谈工业机器人集成教学仿真软件开发

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摘要：针对目前职业院校工业机器人课程教学现状，通过校企合作方式，开发一款工业机器人集成教学仿真软件，辅助工业机器人课程教学。根据仿真软件系统设计要求，选择.NET环境下Unity开发平台，采用3DMax建造工业机器人实训项目全过程三维模型，按照用户登录、品牌选择、项目选择、任务介绍、场景浏览、交互操作及示教编程等模块结构开发仿真软件。仿真软件经过测试，运行稳定可靠，在职业院校及企业推广应用，提高了课程教学质量，提升了应用价值。

关键词：工业机器人；集成；仿真

引言

工业机器人已成为一种标准设备，广泛应用工业控制各个领域，为了适应产业发展，很多职业院校开设了工业机器人相关专业及课程[1]。从职业院校、技工院校及机器人使用企业三个维度开展调研，走访了25所单位，发现工业机器人呈现使用品牌多、应用场所广、购买成本高等现状，针对工业机器人课程教学存在的问题，本文开发一款集成常用工业机器人品牌和典型应用案例的教学仿真软件，解决工业机器人课程教学存在的问题，提高教学质量。1环境选择根据软件开发要求及实现功能，开发平台选择.NET环境下Unity开发平台，客户端选择PC客户端，建议硬件配置如表1所示。

2三维建模

实体模型是仿真系统重要组成部分[2]，软件开发前，需要进行工业机器人实训项目全过程三维建模，主要包括实训车间场景、工业机器人及相关辅助设备。（1）实训车间场景建模通过实训车间实地考察，拍摄实训车间环境照片，按照1∶1方式，采用3DMax软件建造出三维工作场景模型。在场景建模过程中，使用Photoshop软件制作纹理材质贴图，设置Unity引擎灯光系统产生光影效果，增强逼真程度。（2）工业机器人建模工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器[3]。按照真实工业机器人的外形，根据不同工作场景，采用3DMax软件建造出不同重量级的工业机器人模型，适应完成不同的项目任务。（3）辅助设备建模辅助工业机器人完成实训项目的设备为辅助设备，每个实训项目不同，辅助设备也不同，需要根据具体项目分类建模。

3软件开发

工业机器人集成教学仿真软件采用模块结构，主要划分为用户登录、品牌选择、项目选择、任务介绍、场景浏览、交互操作及示教编程等模块。（1）用户登录用户登录界面设计了用户名输入框、密码输入框及登录按钮等[4]，当输入密码时，系统不显示键入字符，采用遮掩码代替。用户启动系统后，首先显示用户登录界面，用户输入用户名及密码，点击登录按钮，系统自动将输入用户信息与数据库的用户列表信息进行比对，如果用户合法，进入系统，如果用户不合法，给出错误提示信息，用户登录界面设计流程如图1所示。（2）品牌选择品牌选择界面集成了ABB、KUKA、FANUC、YASKA⁃WA、三菱及广数6种常用品牌工业机器人供用户选择[5]，品牌选择界面结构如图2所示。（3）项目选择项目选择界面集成了搬运、码垛、装配、涂胶、描轨及上下料6种典型工业机器人应用案例供用户选择，项目选择界面结构如图3所示。（4）任务介绍任务介绍界面针对实训项目做什么、怎么做及注意事项等方面进行说明，为实训项目提供了规范性操作说明，任务介绍主要包括项目任务、操作说明及注意事项3部分，任务介绍界面结构如图4所示。（5）场景浏览虚拟场景分为动态模型与静态模型，能够移动的模型为动态模型，不可移动的模型为静态模型，通过浏览虚拟场景熟悉实训环境，场景浏览界面结构如图5所示。（6）交互操作仿真软件交互操作性是指用户对仿真系统中工业机器人和设备的可操作程度及得到反馈的自然程度[6]。在三维虚拟空间中，通过虚拟设备选取、工业机器人操作及场景碰撞，产生实时反馈信息，实现操作仿真化交互，交互操作基本过程如图6所示。（7）示教编程工业机器人是一种能够按照预先设定程序自动运行的智能化设备[7]，属于面向工业领域“示教再现型”机器人。在机器人虚拟仿真系统中，首先加载机器人应用程序到示教器；然后用户操作示教器面板，移动机器人到各个示教点，并将各个示教点的位置及姿态等数据赋值到程序相应点信息中；最后机器人按照程序及示教点设定的轨迹自动运行，机器人示教编程基本过程如图7所示。

4结束语

工业机器人集成教学仿真软件经过测试，运行稳定可靠。在《机器人操作与编程》课程教学中，应用教学仿真软件[8]，节约了教学成本，提高了教学质量。该软件在职业院校及企业推广应用，产生了产业价值共计26.38万元，有很好的应用价值。

参考文献：

[1]陈盛.工业机器人实训中心系统集成技术的应用研究[D].成都:电子科技大学,2016.

[2]李骁鹏.有力觉引导的虚拟现实辅助遥操作机器人系统研究[D].长春:吉林大学,2014.

[3]电子发烧友网.发那科/库卡/ABB/安川电机工业机器人四巨头[EB/OL].

[4]林为伟.轻量级单点登录系统的设计与实现[D].成都:电子科技大学,2011.

[5]张红霞.国内外工业机器人发展现状与趋势研究[J].电子世界,2013(12):5.

[6]广州众承机电科技有限公司.GZC机器人示教编程仿真软件开发方案[Z].2018.

[7]衣勇,宋雪萍.机器人仿真研究的现状与发展趋势[J].机械工程师,2009(7):63-65.

[8]周伟.基于虚拟现实的工业机器人仿真系统的研究与开发[D].杭州:浙江大学,2017.

作者：王永红 单位：广州市信息工程职业学校