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工业机器人拆装虚拟仿真实训软件

发布时间:2022-11-16

编辑人:灵图互动

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近年来,随着工业机器人在各行各业,特别是高端制造业中逐渐发挥重要作用,对工业机器人操作、装调、维护等工种的岗位需求量持续增长。

工业机器人拆装作为工业机器人专业必不可少的一门专业课程,旨在培养学生了解工业机器人的基本组成、工作原理、机械结构、机械装配、电气元件、电气控制原理等,能够独立完成工业机器人的拆装、调试、运行、维护、保养等工作,为学生后续学习本专业其他课程和今后从事工业机器人技术领域的工作打下坚实基础。

工业机器人拆装是一门高度交叉性课程,需要学习者具备工程力学、机械制图、机械基础、电工电子技术等多门先修课程的专业基础知识。但在传统教学实训中会面临教学资源短缺、设备维护困难、实训项目单一、存在一定的安全风险等痛点。

将混合现实MR应用于工业机器人拆装实训课程教学中,把理论教学与实操训练融为一体,将虚拟仿真软件和工业机器人实物放在同一个教学环境中,学生对照实物操作仿真软件,可有效解决传统教学模式下的各种弊端。

1. 工业机器人装调虚拟仿真实训教学软件功能

1.1 工业机器人机械部件和电气元件拆装的虚拟仿真实训

工业机器人机械部件和电气元件拆装的虚拟仿真实训是本门课程的核心目标与重点内容,通过进行零部件拆装的虚拟仿真实训,既可使学生对工业机器人的结构加深了解,又可使学生熟悉拆装的操作要点,减少在实物实训中犯错,造成严重后果。

工业机器人机械部件和电气元件拆装的虚拟仿真实训

1.2 运动控制

通过建立工业机器人的运动学模型,模拟仿真其运动轨迹和运动控制,一方面可以帮助学生更好地理解工业机器人的工作原理、运动学中的不同坐标系、轨迹规划等概念;另一方面还可使学生进行工业机器人运动控制的虚拟仿真训练,为今后从事调试、运行与维护等岗位工作打下坚实基础。

1.3 沉浸式效果

虚拟仿真实训平台与实物模型结合,创建介于现实世界和虚拟世界之间、并可实时交互的混合现实场景,共同组成基于MR的虚拟仿真实训教学系统。同时将传统的鼠标、键盘、触摸屏等人机交互工具代之以头戴式显示器、手柄等设备,可以创造出更加真实的教学环境,使学生一边在虚拟平台上操作,一边与实物模型对照,产生身临其境的学习体验。

工业机器人装调虚拟仿真实训教学软件

2. 工业机器人拆装虚拟仿真实训教学体系

工业机器人拆装虚拟仿真实训教学体系主要包括基础理论教学、虚实结合实训与工程应用实践三个方面的内容。

2.1 基础理论教学

在基础理论教学中,采用工业机器人虚拟仿真教学平台,可以直观清晰地展示工业机器人的内部结构、运动过程以及受力特点等,容易提高学生学习兴趣,加深对基本原理和概念的理解和记忆。

2.2 虚实结合实训

在虚实结合实训中,主要内容是引导学生在虚拟仿真环境下对工业机器人进行操作,同时与旁边放置的一台或数台小负载工业机器人进行对比。由于在虚拟仿真平台中已经掌握了操作步骤和要领,因此在对实物进行操作时可大幅提高效率,节省实训时间,降低实训成本,保障实训安全。

2.3 工程应用实践

在工程应用实践中,当学生完全掌握工业机器人的操作技巧后,可将学生分成若干小组,各组将一个简单的实际工程问题作为研究课题,先在虚拟仿真平台上试操作,然后在实物模型上进行验证。从而培养学生分析和解决工程实际问题的能力。

工业机器人拆装虚拟仿真实训教学体系

3. 工业机器人拆装虚拟仿真实训建设方案构建步骤

3.1 模型建立

工业机器人三维数字模型的建立包括其所有的机械零部件和电气元件的建模。所建模型的准确性和美观性将直接影响虚拟仿真实训教学系统的教学效果和学习体验,同时这一环节也是整个系统开发过程中工作量最大的部分。

在建模过程中,首先采用SolidWorks软件建立工业机器人各部件的三维模型,在此基础上,再用3DMAX软件对基础模型进行高低模和法线贴图的制作,最后再对模型进行材质渲染。

3.2 交互系统开发

将通过上述步骤创建的模型导入Unity3D软件中,开发基于MR的交互系统。借助该软件可以轻松创建能够模拟真实环境的场景,同时,该软件采用可视化的编程方式,开发效率较高,而且支持多平台发布,兼容性好。

3.3 交互设备

工业机器人拆装虚拟仿真实训软件支持使用者采用蓝牙手柄发出的指针与目标对象进行交互,实现选择、拖拽、旋转、传送等基础交互操作。同时佩戴眼镜或头盔等头戴式设备观看虚拟模型和场景。另外在虚拟平台的旁边放置工业机器人实物模型,使学习者可以随时将实物模型与虚拟模型进行对照,清楚其中的区别与联系,从而提高对知识和动作要点理解掌握的准确性。

工业机器人拆装虚拟仿真实训软件可以让学习者在虚拟场景中与工业机器人虚拟模型进行实时交互,同时还可与现实环境中的实物模型进行对照。不仅提升了实训的效率,还有效解决传统教学模式下学生操作机会少、学习效率低、很难发挥自主性且容易发生意外事故等缺点,而且还能使学生清楚实物模型与虚拟模型的区别与联系,从而提高对知识理解和动作要点掌握的准确性,进而更好地对接企业岗位需求。


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