机器人技术 关于机电专业机器人技术应用培训的几点意见

　 关于机电专业机器人技术应用培训的几点意见

　**铁道职业技术学院   郝龙

　行业背景：

　在机器人及自动化装备业界，中国被公认为是潜力最大的市场，未来3至5年中国有望成为全球机器人装机量最大的国家。许多生产工业机器人的国际巨头，如今都把中国市场看做“决胜未来的战场”。

　虽然中国制造领域的工业机器人保有量只有数万台，但据测算，“十二五”期间，国内工业机器人市场需求将呈井喷式发展，需求量将以每年15%的速度增长，预计未来我国工业机器人年均市场规模将在40亿元以上。

　学情分析：

　    高职学生相较中职学生具有更强的学习积极性和实践操作能力。与本科生比较，高职学生虽然在理论知识的学习能力尤其是计算能力上略显不足，但是他们的思维相对更加活跃，对实际问题的逻辑分析能力和处理的能力上普遍更强。对于高职学生这样一个实践学习能力较强而理论知识研究深度较浅的群体，更适合进行对工业机器人进行使用和操作方面的学习和对工作现场的事故处理及日常保养维修方面的训练和培养。

　培养计划：

　    结合高职学生的总体特点，在高职学生的队伍中进行严格挑选一些对机器人技术有较强兴趣爱好的综合素质较强的学生利用课余时间有组织的进行学习、训练。

　一、使用、操作方面的培训

　    要实现让高职学生独立完成对工业机器人的使用、操作和控制，我们首先要对他们进行系统的相关专业理论知识学习。

　要实现对工业机器人的生产实践的应用，必须具备多方面的技术知识和实操能力。需要在前期对学生进行相关基础课程的教学和训练，如：PLC技术应用、变频器应用技术、电工电子、机器人语言程序编写（如MELFA-BASIC V语言）、信息通讯技术（如PLC的485通讯及Modbus通讯）、传感器应用技术和触摸屏技术等技术知识。

　1.PLC技术知识的培训

　其中学习PLC是为了实现对工业机器人的外设驱动控制，对学生进行这方面知识的培养工作可以分为三个阶段，每个阶段都有其侧重点和培训目标。

　初级阶段侧重于培养学生的编程能力，即对已连接好的PLC控制线路进行典型工作的程序编写并调试，这一阶段的培养目标是锻炼学生对工作要求的分析能力和独立编程能力。

　中级阶段侧重于培养学生的对PLC输入输出的分配、接线能力。这一阶段对学生的培养要求是

　能根据工作要求及不同类型PLC的功能特点选用适合的PLC，并根据PLC的实际工作状态进行输入输出的合理分配并正确接线。

　高级阶段侧重于培养学生对PLC与变频器的综合应用能力及PLC与PLC之间的联机通讯运行、触摸屏与PLC的相互联接控制、PLC对伺服驱动器运行的控制等技术。目标是培养学生根据工作要求选用适合的PLC及与之能相联接和通讯的设备，并进行接线，编程调试最终完成具体工作任务。

　2.工业机器人语言编程的培训

　机器人的开发语言一般为C、C++、C++ Builder、VB、VC等语言，主要取决于执行机构（伺服系统）的开发语言；而机器人编程分为示教、动作级机器人编程语言、任务级编程语言三个级别；机器人编程语言分为专用操作语言（如VAL语言、AL语言、SLIM语言等）、应用已有计算机语言的机器人程序库（如Pascal语言、JARS语言、AR-BASIC语言等）、应用新型通用语言的机器人程序库（如RAPID语言、AML语言KAREL语言等）三种类型。目前主要应用的是SLIM语言。

　工业机器人编程语言种类多，不同品牌的工业机器人所用编程语言也不尽相同，所以对机器人编程语言的学习也是对工业机器人使用操作的学习中非常重要的环节。由于机器人编程语言种类较多，所以这一环节的学习需要根据机器人语言的不同进行分类集中的进行学习。

　在学习机器人语言时，主要学习常用的、有现成设备的机器人的编程语言，并在学生学习阶段同步开展对机器人开发语言（如C、C++、VB、VC等语言）的学习，

　并在培训学生的初期入门阶段需要指导教师花费大量时间和精力对学生进行理论讲解和实操演示。当学生具备独立编写基础工作程序并成功调试的能力后，指导教师的工作重点就要由前期针对特定工作任务进行手把手地教改变为后期设置难度适当的工作任务引导学生分析任务、解决问题。

　3.其他相关基础技能的培训

　除PLC技术及机器人语言这两个最基础、最重要的技术知识需要利用大量的课余时间系统、强化地进行训练外，其他大部分相关基础知识在日常教学中就能完成训练，如电工电子技术和传感器技术的应用。

　机器人运行轨迹的设定，动作点位的示教，伺服驱动器及其它相关装置的参数设定等方面的技术知识在进行机器人程序内部运行调试及运用PLC进行外部驱动运行调试时进行演示指导学生练习，这部分技能主要侧重在实操中总结经验，使机器人能够流畅运行。

　二、故障处理、维修技能培训

　高职学生在工业机器人技术的学习训练中，既要掌握它的使用和操作方法，还需要具备较强的现场事故处理及日常保养维修能力。具备了这些能力，才能在企业生产中工业机器人的正常运行。

　1. 培养学生的观察和分析能力

　若工业机器人系统运行时发生故障，在维修前首先要把故障点找出来，这就需要培养学生对故障的分析能力。对学生故障分析能力培养需要如下几个方面入手：

　（1）让学生熟悉工业机器人系统的各组成部分的功能，使学生能根据现场运行状况找出发生故障的机构或环节。

　（2）培养学生的观察能力，增强学生对执行部分的机械结构运行原理的分析能力，使学生能够通过现场运行情况快速判断故障原因是否出现在硬件及接线上，并找出故障出现的点。

　（3）培养学生对系统程序阅读能力，使学生能够在最短的时间内完成对程序的阅读，并进行检查，分析并找出程序中的错误。

　（4）培养学生分析系统警报的能力，传授学生查看和分析系统警报的方法，使学生能够根据错误警报的代码快速找出错误发生的范围。

　2.培养学生排除故障的能力

　工业机器人硬件方面常见故障主要出现在机械本体、控制器、示教器和电控箱这几个组成部分。相同品牌的工业机器人在同一组成部分发生的故障也不唯一，常见的故障根据现象或导致故障的原因可进行分类。处理同一类故障的基本方法及步骤相同。

　机械本体常见的故障主要有1、2、3轴漏油，5、6轴皮带轮磨损，电机轴断裂，电机刹车损坏，重载线短路或断路，本体内编码器线或电源线磨损等。这些故障在国产品牌中出现较为频繁，国外成熟品牌一般出现的问题是伺服电机编码器电池没电和原点丢失。

　控制器常见的故障主要是通信线路松动，死机，读取原点乱码，六轴脉冲控制信号100Pin故障，运动控制卡损坏，工控机CF卡损坏等。

　工业机器人其他硬件部分如示教器和电控箱等部分也会因为工作环境不适、日常维护及保养不当或操作错误等问题而发生故障。每一硬件部分发生的故障都可按其现象进行归类，再对相同类型的故障的导致原因进行分析。

　虽然导致一种故障的原因并不唯一，但是引起某一故障的主要原因通常只有一个，学生可以通过查询对应型号的工业机器人资料对工业机器人硬件部分可能出现的故障及故障的导致原因及常用处理方式，并进行归类整理。

　对学生排除工业机器人故障能力的培养既需要前期理论方面的讲授及资料的准备，更需要实操训练，但是学校的资源及条件有限，这就需要校企双方合作，把学生带入企业的工业机器人流水线及工业机器人企业的售后维修部门。使学生尽可能多的接触企业生产中工业机器人发生的故障，对所接触到的故障进行分析，在企业售后维修工作人员的带领下共同处理现场问题。这样能快速增加学生排除故障的经验。在具备一定现场经验并且有专业维修人员跟随指导的前提下，由学生亲自进行工业机器人的维修工作，培养学生的实操能力。

　三、优化工业机器人运行程序

　优化工业机器人程序首先要做到明确机器人所要完成的任务，根据具体的工作环境对任务进行分析，对原机器人的运行方案进行优化，根据优化后的运行方案修改或重新编写程序，调试运行。

　在明确任务，分析任务的环节中，我们首先要了解工业机器人所要完成的任务，如搬运、焊接、喷漆等。对于不同的工作任务，我们还要进一步了解工作任务量，根据机器人的负荷能力确定一个工作流程的负荷量。如用在搬运工作，我们就要确定每个流程的负载重量，根据机器人的负载能力及取料方式（夹持、吸取等），这个单流程负载重量既不能太大，也不能太小。负载过大会导致机器人超负荷运行，缩短电机使用寿命，也会影响机器人的坐标精度，降低搬运工作的稳定性。负载过小会造成能源的浪费，还会降低

　工作效率。所以在这个环节，指导教师要引导学生进行实验。在针对单流程负荷的选取上，从机器人的额定负荷开始实验，每组实验对负荷等量逐渐减少，观察记录实验现象，最后根据实验现象分析特定取料方式下的最佳单流程负荷。

　在优化运行方案的环节中，必须要明确的问题是所使用的工业机器人的空间运动范围，单流程运行的起点、终点、中间的必经点，工作执行机构的体积，工作环境是否畅通。在机器人的运行范围内点与点的直线距离无疑是最短的，但是在这条轨迹上是否有阻碍物、机器人能否在这条轨迹上流畅运行都是在优化运行方案时必须要考虑的。要选择最优方案就要经过不断地实验，在这个环节中，学生要根据预先设定的几个方案进行实验，在实际工作环境中装好机器人工作执行机构，记录固定的机器人运行速度下不同的运行轨迹所消耗的时间，观察机器人运行的稳定性。选取在机器人稳定运行的前提下耗时最短的运行方案。

　在优化工业机器人运行程序的过程中，最为重要的两个环节就是明确任务、分析任务的环节和优化运行方案的环节，在这两个环节都完成的前提下，按工作要求正确的编写机器人工作程序及驱动机器人运行的程序并加以调试、检验，最终完成程度优化工作。

　在优化工作中，要不断的对机器人运行所涉及的各方面问题进行有针对性的实验，反复多次的实验，能增加学生操作机器人的经验和熟练度，也能得到很多有参考价值的数据。

　总而言之，要想掌握任何技能都需要不断地摸索和实践，通过实践得到经验和新知，再把经验和新知应用到进一步的探索和实践中去。以上是我对学生进行机器人培训的一些心得和意见，

　由于经验不多，有的意见可能比较片面，在以后的学习和对学生的培训中，我会不断学习、深入研究，努力完善我对机器人培训的看法和意见。