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工业机器人论文范文1
中图分类号：G642.3 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2017）04-0097-03
Abstract According to the industrial robot control course teaching goals and needs of automation-robot major for application-oriented
institute， the reform and exploration methods of theory teaching and
practical teaching for industrial robot control course is discussed. The optimization measures of curriculum and practical arrangements are given. The result of curriculum reform has been applied in tea-
ching and good effect is obtained. It is useful to cultivate the student
practice and innovation ability， and to stimulate the students learning
initiative.
Key words industrial robot control； teaching revolution； course con-
struction
1 前言
近年恚随着制造业的快速发展，劳动力成本不断提高，工业机器人在全球范围内的需求急速增长，企业对高层次机器人专业技术人才的引进也将不断增加，如何培养高质量的机器人专业技术人才成为相关高校所面临的共同问题[1-3]。南京工程学院在2013年招收了第一届自动化（机器人）专业方向的本科生，目的在于培养高层次机器人专业技术应用型人才，能从事机器人系统设计与开发、技术集成，系统安装、运行、维护和技术管理等方面工作。在开设的相关课程中，工业机器人控制是自动化（机器人）专业方向的一门重要的专业课程，为进一步提升教学品质、完善教学策略。本文在对工业机器人控制课程教学大纲及教学现状进行分析的基础上，对其理论教学、实践教学以及课程考核方式进行改革探索。
2 课程特点及教学目标
课程特点 机器人控制系统在很大程度上决定了机器人的功能和性能。机器人控制涉及自动控制、计算机、传感器、人工智能、电子技术和机械工程等多学科的内容。工业机器人控制技术的主要任务是控制机器人在工作空间中的运动位置、姿态、轨迹、操作顺序及动作时间等。课程主要目的和任务是通过对工业机器人控制系统基本理论和最新进展的介绍，使学生掌握工业机器人常用的控制方法以及智能控制方法。
相比于研究生阶段开设的相关课程，本科阶段开设的工业机器人控制课程更注重应用实践能力的提高，在一定程度上弱化理论研究；同时，与高职院校开设的机器人控制实训课程也不同，应用型本科阶段开设的工业机器人控制课程应使学生在掌握控制理论知识的基础上，具备较高的提出问题、分析问题、解决问题的能力[4]。因此，在课程内容设置上，要兼顾理论学习与实践操作的有效融合与渗透。
教学目标 工业机器人控制课程的教学目标是要求学生掌握机器人运动学和动力学基础、机器人控制基础、机器人的位置控制和力控制、机器人智能控制技术、机器人轨迹规划等，要求学生不仅具备一定的理论分析能力，也要具备较高的解决实际问题的能力，使学生既不浮于理论之上而导致难以学以致用，也不会因为理论知识储备不足而导致难以具备以后继续学习的能力。
3 课程改革措施
南京工程学院自动化学院的工业机器人控制课程共48学时，其中理论教学40学时，实践教学8学时，是自动化（机器人）专业方向本科生的必修课程。工业机器人控制课程兼具理论学习与实践操作的教学要求，针对这一特点，在教学过程中，理论上应以引导为主，突出重点，做到深入浅出；而不是要求学生全盘推导复杂公式，否则可能导致学生在学习之初便难以理解而失去学习兴趣。在实践操作环节，应结合已讲授过的理论知识帮助学生理解机器人动作的原理与含义，将相关的运动学、动力学、控制方法、轨迹规划、传感器等知识有效渗透在实践操作过程中，而不是仅仅要求学生按照实验步骤完成机器人动作。理论学习与实践操作的相互渗透、相互结合，可帮助学生更深入理解机器人理论知识，同时加强学生的动手实践能力[5]。
理论教学方法改革 在40课时的时间里要完成工业机器人运动学、动力学、轨迹规划、位置控制、力控制、智能控制等方面的教学内容，知识点繁多，且其中不乏烦琐的公式推导。因此，要能够在有限的时间内让学生掌握关键知识点，教学内容的合理安排尤为重要，可从以下几个方面来进行理论教学的改革探索。
1）架构课程知识体系。可以在绪论部分通过给学生简单介绍工业机器人的工作过程，将后续要学习的相关知识点都容纳进来，给学生提供一条学习的主线，首先架构出完整的知识体系。如对于工业机器人的工作过程，简言之，就是通过规划，将要求的工作任务变为期望的力和运动，由控制环节根据期望的力和运动信号，产生相应的控制作用，以使机器人输出实际的力和运动，进而完成期望的工作任务；工业机器人实际运动的情况通常还要反馈给规划级和控制级，以便对规划和控制的结果做出适当的修正优化。工业机器人的这一工作过程如图1所示。
在上述概念中，自然地涵盖了课程的关键知识点，如何才能在工业现场实现机器人的上述动作过程？这一问题的提出，可大大激发学生的学习兴趣，若能配合相关的视频、动画、框图进行讲解，可进一步帮助学生了解课程内容与工业现场之间的关系，进而架构更完整的知识体系。
2）打牢数学基础。工业机器人控制技术涉及多种坐标系以及复杂的姿态变换、坐标变换等，这部分内容是课程重要的数学基础。一些重要概念一定要讲解透彻，如旋转矩阵的多种表示方法、齐次变换矩阵的含义等，可借助多媒体课件加深学生对各种变换的掌握。具体的公式不要求学生记住，但是一定要理解其含义，在此基础上进一步讲解通过MATLAB仿真软件完成相关计算的方法。也就是说，这部分内容要侧重讲解变换方法与MATLAB实现方法，弱化具w的运算。
3）控制方法要具体可行。工业机器人控制系统的构成包括中心控制器、驱动电路、电动机、减速器、传感器、相关硬件和软件等组成部分，对于多变量、非线性、耦合的复杂机器人系统，其控制方式也与一般伺服系统不同，控制方法的好坏是系统性能优劣的关键因素。尽管很多研究者对机器人的高级控制方法进行了很多研究，如变结构控制、自适应控制、智能控制等，但这些更多地偏重于理论与仿真研究，对于应用型本科院校的学生来说，在工业机器人控制这门课程的教学过程中，切不可让学生脱离机器人本体而仅浮于理论研究之上进行学习，应紧密结合机器人本体进行教学，从模型建立、模型简化、电动机伺服控制原理、电动机转速调整、单关节控制、多关节控制的耦合与补偿等各个方面讲解工业机器人控制系统的基本原理。可以讲解经典机器人案例的控制方法，如PUMA机器人，其伺服控制组成结构、位置控制系统实现原理、单关节控制、多关节控制等各个方面的内容都与机器人本体紧密相关，这种具体性、可实现性也可在一定程度上增强学生学习的信心。在此基础上引导学生深入学习一些机器人高级控制算法，并通过MATLAB对算法性能进行仿真对比，进一步掌握机器人各种控制方式的特点与控制算法的优劣。
实践教学方法改革 在实践教学部分，南京工程学院自动化学院采用的实验设备是汇博六自由度模块化可拆装串联机器人，该设备6个自由度的每个模块可以独立运行操作，并能按照统一接口任意组合成2～6自由度机器人。工业机器人控制课程的实践侧重于机器人运动学、动力学研究、驱动源电气参数的设置、机器人程序的编写、基于控制卡链接库和机器人链接库的VC编程等方面。
1）拓展实践教学内容。
首先，常规的示教、搬运装配等实验是大纲中要求的实验内容，为进一步提升学生对机器人工作原理、工作方式的认知程度，应结合实验设备进一步拓展实践教学内容。6个模块多样化的结构均体现了工业机器人的特点，涉及谐波减速、行星减速、同步带传动、蜗轮蜗杆传动以及齿轮传动等工业机器人常用的结构形式，因各模块均为透明封装，便于了解其具体结构原理，故可将其与实验室已有的搬运、焊接等工业机器人结合起来进行讲解，帮助学生掌握工业机器人的机械结构与传动原理。
其次，产品设备提供了控制卡链接库函数和机器人动态链接库，因此，要求学生在掌握控制卡链接库函数和机器人链接库函数的功能及调用方法基础上，能实现对机器人的二次开发，实现机器人复位、单轴运动、状态检测等多种控制，而不仅限于能操作设备自带的软件界面。
最后，实践环节还应设置相关的MATLAB仿真实验，将一些控制算法与工业机器人对象相结合，借助MATLAB软件对机器人的动力学特性进行分析，实现对机器人的仿真控制，通过直观的图文可以加深学生对控制算法的理解，动画仿真结果也可大大激发学生的学习兴趣。
2）实践考核方式多样化。在实践环节，教师应进一步优化实践考核评价体系，各环节的考核方式均应灵活多变，注重培养学生的创新能力。虽然大纲上已安排了具体的实验，但在实验过程中，仍然应根据学生的学习能力对其进行引导，鼓励学生积极思考，利用实验室现有设备提高自己对知识的综合应用能力，而不受限于仅完成已有实验项目。同时，应鼓励学生参加各种机器人大赛，在实践中综合运用各学科知识，提升知识应用的能力。将这些纳入实践环节的评价体系中来，可以增强学生学习的主动性。
4 结束语
通过对工业机器人控制课程理论环节和实践环节教学方法及考核方式的不断改革创新，在教学过程中取得一定的效果，改革成果在实际教学中的应用为培养自动化（机器人）专业方向的优秀人才打下坚实的基础。随着机器人技术的快速发展及企业对高层次机器人专业技术人才的大量需求，南京工程学院自动化学院将进一步完善工业机器人课程创新教学平台，进一步突出素质教育和工程应用能力的培养，注重学生学科知识、工程能力和专业素质的协调发展，让学生能以工程项目为背景，在工程应用中更深刻理解机器人控制理论知识，提升解决实际问题的能力和创新能力。
参考文献
[1]王建文，王剑，马宏绪.“机器人控制”课程建设研究[J].电气电子教学学报，2013，35（6）：4-6.
[2]程仙国，孙慧平，李占涛.《工业机器人技术》课程教学改革与实践[J].宁波工程学院学报，2015，27（4）：104-108.
[3]李庆龄.应用型本科工业机器人课程教学改革的探索与实践[J].中国教育技术装备，2013（21）：93-95.
工业机器人论文范文2
近年来，人机工程学得到了飞速发展，并已逐步发展成为了一门多学科交叉的工业设计学科。人、机器以及环境之间的关系是人机工程学的主要研究目标。在科学技术飞速发展的今天，人机工程学该门学科具有一定的现实意义。本文从人机工程学角度入手，系统的阐述了人机工程学相关理论的研究速度，旨在进一步推动人机工程学理论研究工作的深入。
关键词：
人机工程；人体性能；环境因素
人、机器和环境之间的关系是人机工程学的主要研究内容，该门学科的研究方法众多，评价手段非常丰富，包括心理学和生理学等等，通过对人机工程学理论的深入研究，我们能够通过多门学科的有效应用，为工业设计领域提供必要的理论依据，这种做法能够有效提高我国工业设计领域的工作效率，能够极大的改善工业设计的工作方式，因此，我们必须对其予以高度的重视。
一、人体特性
作业者以及机器的使用者在人机工程学理论中被称之为“人”，研究人机工程学理论中的“人体特性”应当从以下两个方面入手。一是深入的研究人体结构。[1]从本质上来说，该种研究方式就是在应用人体尺寸测量知识来实现对人体结构的研究，从而将单个主体同群体之间的差别挖掘出来，得出相关数据。这些数据能够为人体测量提供必要的标准。例如，在设计驾驶员座椅的时候，我们就可以以人体数据为标准，制作出适应驾驶员实际情况的座椅等等，由此可见，人机工程学理论在工业设计中占据着非常重要的地位。二是深入的研究人的具体劳动动作。在这里我们又将人的具体劳动动作称之为作业，其内涵是设计者通过作业这种手段，将材料逐步转变为与具体工作顺序相一致的活动。所谓作业空间是指作业者以及机器的使用者在工作的过程中，同机器以及工具等所需要的所有空间总和。之所以进行作业空间设计主要目的在于通过这种方式能够将人机系统的工程优势充分的发挥出来，从而不断的满足作业的需求。[2]笔者认为，在设计作业空间的过程中，设计者应当做到全方面的考虑诸多因素，例如个人的行为因素、设计作品的舒适度等等，只有这样做，才能够设计出符合大众需求的优秀作品。良好的作业空间具有以下几方面的优势，一是作业者的工作效率能够得到极大的提升；二是能够确保作业者四肢所分担的工作量保持适中；三是适应群体的范围非常广泛；四是安全性高，舒适、便捷。在设计作业空间的过程中，我们应当遵循以下几点要求：
1）在设计作业空间的过程中，设计者应当以具体设施和元件的重要程度为依据，像显示器、控制器这类装置是比较重要的装置，因此，在布置这类装置的过程中，我们应当考虑布置区域是否能够方便作业者进行操作，笔者认为，这些设备可以安放在空旷的作业区内。[4]
2）在设计作业空间的过程中，设计者还应当依照具体设施和元件的使用频率进行布置。在最佳操作区域内放置的设施和元件往往是一些使用频率较高的元件，值得注意的是，在依照该顺序进行摆放的过程中，应当尽可能的将上述元件安排的接近一些，这样做能够使整个操作过程形成一个流水线，极大地提高了工作效率。
3）在设计作业空间的过程中，设计者除了应用上述顺序进行排序外，还可以依照不同设施和元件的功能来进行排序，这样，能够极大地方便操作，提升管理水平。值得注意的是，上述排列顺序并不是独立存在，是有机结合在一起的。设计者在进行空间布局的过程中，应当将上述顺序有机结合在一起，并在此基础上，充分考虑作业的安全性、人流的组织形式以及方便特殊人群等因素，可见，虽然空间布置看上去比较简单，其中所蕴含的道理则非常的多。
二、机器系统
作业者以及机器的使用者所操作和使用的产品就是指人机工程学中的“机”，值得注意的是，大家在理解这一概念的过程中，应当明确这里所说的“机”并不是狭义的机器。机器系统主要研究和设计人机界面层次，它具有一定的具体性。一般情况下，我们会将机器系统划分为两个方面，一是显示设计，二是控制设计。很早以前的一段时间内，我们都是通过手工技能来实现对机器质量的控制的，在这种情况下，作业者及机器的使用者与机器之间的协调配合就显得非常重要。常见的手动控制机器的作业包括机床操作等等。随着社会的发展，科学技术水平的提升，大型智能机器应运而生。与传统机器不同，大型智能机器的输出量非常大，其操作幅度也越来越复杂，这就要求作业者以及机器使用者（人）具有较强的决策能力，能够正确的判断信息，并以此为依据选择正确的操作方案。现如今，人机工程学的主要研究内容已经逐步向显示器与控制器的设计方向转变。显示器在工作过程中占据着非常重要的位置，主要原因在于，现如今的生产过程中，操作人员需要大量的处理信息，这就要求操作人员具备精准的、快速的信息处理速度，而上述这些要求则必须通过显示器来实现；控制器在信息传递的过程中也发挥着巨大的作用。笔者认为，设计师在设计控制器的过程中，应充分考虑操作人员的性别特征以及生理尺寸，这样才能够提高工作效率。
三、环境因素
在人机系统中，环境的作用也非常的重要。所谓环境主要是指人们工作的环境以及生活的环境。这些小环境往往与人机系统存在着密切的联系。工作环境不好，会给作业者带来一定的负面影响，例如，作业者如果长期在声音较大的环境下工作，就会导致听力有所下降等。因此，必须对环境因素给予高度的重视。通过长期的研究与实践我们可以得出这样的结论，在深入了解人体对环境中各种因素适应能力的基础上，我们可以确定什么样的环境才能够保障作业者以及机器使用者工作的舒适度，才能够确保他们的安全，使整个作业在安全的环境下进行，这样做，能够极大地提高作业者以及机器使用者工作的积极性，保障他们的健康。
四、结语
总而言之，工业设计中人机工程学理论的研究具有非常重要的意义，它能够进一步提高作业者的工作效率，保障作业者的人身安全，除此之外，还能够实现流水操作，从而推动工业领域的发展，正因如此，我们应当对其予以高度的重视。
作者：王兴 单位：九江职业技术学院
参考文献
[1]卢兆麟,汤文成.工业设计中的人机工程学理论、技术与应用研究进展[J].工程图学学报,2009,06:1-9.
[2]刘继航.工业设计中的人机工程学理论、技术与应用研究进展[J].科技展望,2015,09:280.
工业机器人论文范文3
关键词：高职；工业机器人；研究
1高职教育工业机器人专业开设的必要性
《中国制造2025》指出机器人产业是重点发展的十大产业之一[1]。在国家相关政策的引导下，工业机器人作为智能制造的着力点，在各行各业的应用迅速发展起来，但是与之配套的工业机器人技能人才严重缺乏，由于工业机器人专业是新兴专业，各高职院校的专业建设不成熟，造成了毕业生难以达到企业的要求，而企业又招不到合适人才的尴尬局面[2]。
2高职工业机器人专业课程建设措施
1）人才培养方案。以山东工业职业学院为例，工业机器人专业已与江苏汇博工业机器人有限公司、北京华航唯实机器人公司以及与山东钢铁集团、日照钢铁集团、魏桥集团等大型企业进行深度合作，将企业的需求作为人才培养的重要方向和目标，校企共同制定工业机器人技术专业人才培养方案。2）课程体系。课程体系的构建，遵循“逆向设计，正向培养”的设计思路。通过企业调研，确定主要工作岗位，并对岗位任职要求进行分析，归纳出若干典型工作任务，依据典型工作任务特点的不同，归纳出职业行动领域，根据行动领域特征，以学生知识、能力、素质三方面的综合培养为目标，按照“从基础到专业，由单一到综合”的基本认知规律构建课程体系。3）实验室和实训基地建设。实验室建设：根据本专业所需要的核心知识能力要求，选取喷漆、涂胶、焊接、分拣、装配和包装6种工业机器人典型应用自动线项目为载体进行实验室的建设；根据山东省和全国职业院校技能大赛工业机器人技术应用赛项（高职组），建立工业机器人创新实验室。实训基地建设：加强与装备制造企业的合作，稳步扩大校外实训基地。在优势互补、互惠互利、共赢发展的原则下，将学校的人才优势与企业的资源优势有效结合，建立良好的校企合作关系。组织学生到校外实训基地进行学习和训练，让企业师傅按照企业标准指导，在真实环境下“教、学、做”一体教学，使学生学习企业需要的知识，体会企业文化。4）教学模式。采用“项目导向制”与“信息化教学”相结合的教学方式。“项目导向制”：以机器人实操为主，将实际工作需要掌握的工业控制、电器绘图、工业机器人项目集成设计等知识点编入项目中供学生学习，由学生实操设备实现需求。“信息化教学”：把知识点用视频、动画、PPT等形式展现出来，做成精品资源课，以便于学生自学，进一步补充学生的理论知识，提升学习的效率。企业可以安排经验丰富的工程技术人员通过订单班、专家讲座、企业顶岗实习指导等多种方式为学生授课。5）学生考核评价。采用理论考核，实践考核。理论考核：网上答题、开卷、闭卷、笔试、口试、提供论文等。实践考核：该考核设计完全依托于工业现场案例，比如其中一道题目是“完成工件的装配设计”，其目标是让学生设计出一个功能完备的机器人装配工作站。学校提供传送装置、各类型传感器、执行部件等，让学生进行小组协作，从器件选型、程序编写烧录、电气图纸绘制、电柜接线到最终的功能实现，全方位考核学生在工业机器人领域实际解决工程问题的能力[3]。6）深化工学结合。学生在企业进行工学结合的过程中，结合自己在学校学习的知识，通过观察，找出自己工作岗位上存在的问题，由老师汇总，由老师和企业技术人员进行深入研讨，确定改造方案，学校和企业进行项目合作，学校取得的项目由创新创业工作室的老师和学生来完成，项目完成，帮助企业完成设备升级改造。通过以上过程实现学校和企业的项目、技术融合。学校把完成的项目汇总，进行宣传，从而获得与更多企业进行项目合作的机会。7）社会服务和保障机制。通过学校的宣传，会有更多的企业与学校合作，学校为社会服务的机会大大增加，并且要建立相应的保障机制[4]。8）师资培训。学校教师要定期去企业培训，深度参与企业售后、自动化系统集成等工程项目的实施。
工业机器人论文范文4
关键词：SimMechanics；串联机器人；约束；包络；工作空间
中图分类号：TP391.9
文献标志码：A
文章编号：1006-8228（2017）01-05-04
0.引言
工业机器人是一种可通过编程完成某些操作或移动作业的自动化装备，具有高度柔性和开放性工业机器人集成现代化制造系统，极大提高了制造业自动化水平。随着空间探索及应用的深入，空间机器人将扮演越来越重要的角色。在空间机器人的设计、规划及控制过程中，工作空间都是一个需要考虑的重要问题，它是衡量机器人工作能力的一个重要的运动学指标。
目前，对于六自由度工业机器人工作空间的求解方法，主要有解析法、数值法、几何法和Matlab仿真法。解析法是指，通过代数方法得到精确描述机器人末端位姿的解析方程，有两种得到解析方程的途径，一种是根据包络理论确定工作空间的界限曲面，另一种是通过求解机器人的奇异曲面来确定工作空间的界限曲面。数值法是以极值理论和优化方法为基础的，首先计算机器人工作空间边界曲面上的特征点，用这些点构成机器人的边界曲线，用这些边界曲线构成的面表示机器人的边界曲面。图解法是指利用几何作图的方式，对机器人的操作机构按工作空间定义来求解，所得到的工作空间往往是工作空间的各类剖截面或剖截线。Maflab仿真法是利用Maflab软件的机器人工具箱（Robotic Toolbox）对机器人进行建模和仿真求解机器人末端的工作空间。Matlab，SimMechanics仿真法使用正弦信号驱动机器人关节，来求解机器人末端的工作空间。
本文提出了一种基于SimMechanics的方法求解串联机器人工作空间，根据机器人关节运动链特征，等角度步长约束关节转动，获取机器人末端点的位置，然后通过包络法，快速地求解出工作空问的包络线或包络面，最终可近似得到机器人末端的工作空问。
1.工业机器人的运动学分析
六自由度串联工业机器人机构具有六个旋转自由度，前三个自由度用来确定位置，后三个自由度用来确定姿态。机器人末端的位姿通过D-H方法建立相邻两关节之间的空间转换关系，用一个四阶变换矩阵表示末端的手爪坐标系相对于基坐标系的齐次变换矩阵，建立操作臂末端的运动学方程。
2.工作空间的求解方法
工业机器人工作空间指机器人运动时手腕参考点或工具安装点能够到达的空间位置的集合。串联工业机器人工作空间求解流程图如图1所示。
本文以六自由度工业机器人KUKA KR240 R2500为研究对象，机器人KUKA KR240 R2500的三维模型如图2所示。
KUKA KR240 R250机器人的工作空间求解过程如下。
（1）机器人关节运动链特征：KUKA KR240 R250机器人是6个旋转关节类型机器人。
（2）机器人关节转角范围：获取KUKA KR240R250机器人6个关节的转角范围。
3.机器人在Matlab中建模并仿真
在Maflab软件中的Simulink/SimMechanics工具箱中，对六自由度串联工业机器人前三个关节和连杆进行建模并仿真。在SimMechanics工具箱中，根据机器^KUKA KR240 R250运动链，对机器人的base、joint]、joint2和joint3四个关节和连杆进行建模如图3所示。
对Body模块进行连杆参数配置，对Revolute模块进行关节旋转轴设置，对Joint Actuator模块进行驱动项设置，对Body Sensor模块配置为检测连杆末端参考世界坐标系的位置。驱动信号配置为运动，Constant和Integrate模块设置为角度信号、角速度信号和角加速度信号来驱动机器人关节转动，Scope模块显示机器人末端的位置信息，To Workspace模块输出机器人末端的位置信息到工作区中。
角加速度的值设置为Orad，保证机器人关节转动的角速度不变；角速度根据该关节在一个包络过程中转动的角度来设定一个定值，保证角度等步长改变；角度值设定为关节转角范围内某一个初值。这样就可以产生等角度步长的点位，仿真时间设定为30秒，解算器选择固定步长类型的二阶常微分方程（改进的欧拉法ode2），该解算器产生的点位误差较小，时间步长0.01秒，这时，在一次包络中将会产生3000个点位。工业机器人基座和前三关节建模完成后，进行模型运动仿真，机器人模型的运动仿真动画如图4所示。
根据机器人2D工作空间求解步骤，六条包络线描述了2D工作空间的外轮廓线和内轮廓线如图5所示。
内外轮廓线之间的范围构成机器人末端2D工作空间如图6所示。
根据机器人3D工作空间求解步骤，六个包络面描述了机器人末端3D工作空间的外轮廓面和内轮廓面如图7所示。
机器人末端的3D工作空间大小取Q于最大包络面和最小包络面之间的范围，机器人末端3D工作空间如图8所示。
从图6和图8可以看出，得到的包络曲线和包络曲面近似机器人末端工作空间，因此，当关节角度变化时的等步长足够小，形成的末端点位均匀且足够多时，就可以达到工作空间边界的精度要求。因此，利用SimMechanics对工业机器人建模，通过生成多条包络线和多个包络面，然后由这些包络线和包络面构成机器人末端工作空间轮廓，近似表示出机器人末端所能达到的点位边界，进而求解出机器人末端的工作空间。
工业机器人论文范文5
【关键词】运动控制 实验 NAO机器人
【Abstract】In this paper， the importance of the Motion Control Theory course is analyzed because of the vast application of the motion control in the industrial automation. Further， the related experiments improvement is also discussed， which can strengthen the application ability of the students. And NAO robot is introduced into the experiments to improve the experimental performance. The robot is of free open platform， flexible configuration， and can be used on the sound identification， motion planning， image processing， etc. Application of the NAO robot can not only help students learn the course knowledge better， but also cultivate the ability of independent thinking and practice， which can improve the teaching effect finally.
【Keywords】Motion Control， experiment， NAO robot
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）10-0210-01
1.引言
现代工业中，随着对生产效率以及作业安全的要求不断越高，自动化系统得到了越来越广泛的应用。运动控制系统是自动化行业中保证机床、机器人及各类先进装备高质高效运行的关键环节，运动控制技术是装备领域和制造行业的核心技术[1]。随着运动控制的快速发展，培养具有相关领域知识的专业人才也迫在眉睫。《运动控制概论》作为一门综合性课程，包括了计算机技术、电机学、电力电子、信号检测以及自动控制等学科知识，内容丰富、知识点多，可以让学生全面地学习运动控制的各方面内容。此外，课程实验可以有效地帮助学生锻炼动手能力、理论联系实际，更好地掌握课程的重要内容，所以如何更好地提高实验教学效果显得尤为重要。
本文重点介绍NAO机器人在课程实验环节的应用。首先介绍NAO机器人的基本特点；然后描述NAO机器人实验内容；最后总结NAO机器人实验达到的教学效果。
2.NAO机器人简介
NAO机器人拥有25个自由度，动作灵活，如图1所示。NAO机器人拥有开放式编程构架，使分布式软件模块可以在一起协调运行。NAO机器人提供了一个全开放的实验平台，可以从声音识别、图像处理、动作规划、步态控制等方面进行实验研究，可以让学生从运动控制的各个方面进行更为深入的理解和学习。
3.NAO机器人实验
针对运动控制的主要内容，本课程设计了8个学时的课内实验。由于学生是第一次接触NAO机器人，所以首先利用2个学时对NAO机器人进行一次系统的介绍，让学生对该机器人有基本的了解。然后从语音识别、动作规划、图像功能三个方面分别进行2个学时的实验学习。
①语音识别实验。掌握利用浏览器登陆机器人主页面，进行基本配置；掌握利用Choregraphe软件实现NAO机器人的基本语音编程。
②动作规划实验。掌握利用Choregraphe软件的时间轴指令盒，控制NAO机器人的动作和姿态；掌握利用Choregraphe软件的时间轴录像功能，进行动作规划。
③图像功能实验。利用Choregraphe软件，可以实现NaO机器人识别人脸的个数，然后利用机器人自带的摄像头实现拍照功能。
4.NAO机器人实验效果
实验前，在NAO机器人上安装一些基本的应用，比如对话，行走等等，可以和学生进行基本的互动，提高学生对课程实验的兴趣。
实验中，针对运动控制的不同知识点，分别安排了针对性的实验。学生在实验中除了要学习基本的NAO机器人软件操作外，更重要的是要根据已学的知识来完成实验内容。过程中除了自己查找资料外，还可以采用小组讨论的形式，加深了对运动控制的理解。
实验后，每位同学都需要根据自己实验的具体过程，撰写实验报告，一方面可以有效地理解实验目的以及实验要求，另一方面可以深入掌握实验内容。
5.总结
运动控制作为现代工业自动化发展中的重要一环，得到了十分广泛的应用。本文分析了《运动控制概论》课程的重要性，以及探索实验效果改进的必要性。通过NAO机器人实验对象的引入，显著地提高了学生的学习积极性；使学生在实验过程中深入掌握课程重要内容的同时，锻炼了独立思考以及动手实践的能力；进一步可以为以后的工作实践打下良好的基础。NAO机器人在实验环节的引入，极大提高了课程的整体教学效果。
参考文献：
[1]班华， 李长友. 运动控制系统[M]. 电子工业出版社， 2012.
[2]王永林. 运动控制课程教学改革研究 [J]. 中国教育技术装备， 2012（30）.
[3]韦忠海. 运动控制系统课程实验教学改革探究[J]. 科教导刊（上旬刊）， 2013（7）.
工业机器人论文范文6
关键词：高职院校；工业机器人技术专业；专业课程构建；探讨
中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）17-0254-02
我国制造业目前正在普遍推进“机器换人”，用来提高产品质量和企业生产效率，大大节省劳动力。随着“中国制造2025”中对于机器人在工业领域的推广应用，仅2015年在中国市场上销售的工业机器人就高达6.4万台，这一趋势将进一步提升中国工业制造过程的自动化和智能化水平，但与世界发达国家比较，我国万名工人工业机器人占有量仍处于较低的状态。目前我国平均一万名工人中的工业机器人使用量约为0.66%，而日本、韩国约为3%、美国约为2%。在工信部联规〔2016〕109号《机器人产业发展规划（2016-2020年）》中，预计到2020年我国自主品牌工业机器人年产量达到10万台。
工业机器人作为“中国制造2025”十大支柱产业之一，产业发展所需要的技术技能型人才需求即将出现井喷，高职院校的工业机器人技术专业建设也将驶入了快车道。2011年常州机电职业技术学院在全国首开工业机器人应用专业，截至2014年底，全国已有120余家职业院校开设了机器人相关专业。目前，国内高职院校并没有系统、公认的工业机器人课程体系和教材等教学资源，工业机器人技术专业的人才培养方案、课程体系构建、专业课程建设等也都没有固定的模式可以借鉴。
一、工业机器人技术专业岗位与工作任务的分析
根据教育部《现代职业教育体系建设规划（2014―2020年）》和《国家教育事业发展第十三个五年规划》等文件精神，宜宾职业技术学院机电教学中心在2016年4―6月，针对成都、重庆等地开展了（高职）工业机器人技术专业的人才市场需求调研及专业建设可行性分析，先后走访了四川机器人产业联盟、宜宾普什联动科技有限集团、宜宾恒旭科技有限公司、一汽大众成都有限公司、四川机械设计研究院、重庆华数机器人有限公司等十余家企业和行业协会，针对工业机器人技术专业课程建设进行走访与调研。
笔者通过调研后发现，对于高职工业机器人技术专业的学生在企业中较普遍使用的技术集中在：工业机器人操作、工业机器人现场管理、工业机器人维修应用、工业机器人装配调试、工业机器人应用开发和工业机器人销售服务等方面。与之相对应的岗位（群）核心职业能力及岗位关键职业则主要体现在工业机器人操作与编程、工业机器人维护与工艺及现场管理、工业机器人机械与电气控制的安装、检测与维修、数控机床和工业机器人工作站装调等人员。由此，笔者确定工业机器人技术专业主要岗位（群）的典型工作任务见表1。
二、工I机器人技术专业课程体系的构建思路
与工业机器人技术专业人才的需求逐年增长相比，工业机器人技术专业人才的培养相对处于滞后状态。通过调研发现，工业机器人行业急需以下人员：一是机器人制造厂商需要工业机器人组装、销售、售后支持的技术和营销人才；二是机器人系统集成商需要工业机器人工作站的开发、安装调试、技术支持等专业人才；三是机器人应用企业需求工业机器人工作站调试维护、操作编程等综合素质较强的技术人才。而目前，从事这些岗位的人员主要来自机电一体化技术、电气自动化技术等专业的毕业生，进入企业后需要通过专业的培训才能初步达到上岗要求，而且需要经过一定的工作年限才能真正适应该类岗位。因此在工业机器人技术专业课程构建时，从以下方面考虑：
一是以培养工业机器人行业所需高素质技术技能人才为目标，以工业机器人操作、装调和维护三个职业能力培养为主线，围绕工业机器人技术专业工作岗位（群）职业能力培养需要，按照能力递进、理实一体的方法构建工业机器人技术专业课程体系。
二是以主要就业岗位（群）职业能力培养为核心，归纳典型工作任务，分析完成典型工作任务所需的基本知识、技术技能及职业素质要求，遵循职业活动规律，按照“从基础到专业，由单一到综合”的学习认知规律和职业能力形成规律，形成理论和实践有机结合的专业课程体系。
三是通过融入技术技能职业标准和对接技能大赛，以能力培养为主线，形成由“专业基础课程+专业核心课程”组成的专业课程体系。
通过分析、归纳和整理，专业课程建设形成岗位基础能力课程（专业基础课）、岗位专项能力课程（专业核心课）和岗位综合能力课程（综合实践课）三位一体的课程组合形式，从而构成系统的、以职业能力为导向的专业课程体系。
三、工业机器人的专业课程设置
根据专业课程构建思路，以学生职业能力培养为主线，按照从基础到专业、从单一综合的认知规律，同时依据工业机器人技术专业人才培养要求，对工业机器人技术岗位群中典型工作任务进行分析，按照工作能力复杂程度，提炼出各工作任务中的核心能力，归纳整合核心课程行动领域，确立《工业机器人技术导论》、《机械制图及计算机绘图》、《机械制造基础》、《电工电子技术基础》、《机械设计基础》、《工业机器人基础》、《传感器技术》、《液压、气动控制系统的组装、调试与维修》、《CAD/CAM软件应用（UG）》和《PLC控制系统的组装与调试》10门专业基础课，《工业机器人系统设计》、《工业机器人装配与调试》、《工业机器人故障诊断与维护》和《工业机器人操作与编程》4门核心课程，以及《工学交替》、《毕业设计》和《顶岗实习》3门综合实践课在内的17门专业课程。
四、结论
笔者通过对工业机器人行业开展调研，整理和归纳出高职工业机器人行业主要岗位（群）及典型工作任务，提出了该专业课程体系构建的思路，构建了岗位基础能力课程、岗位专项能力课程和岗位综合能力课程三位一体的专业课程体系，以期培养出贴近企业需求的高素质技术技能型人才。
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