工业机器人论文篇1

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工业机器人论文篇2

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。

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工业机器人论文篇3

随着科技发展和人们知识需求量增大，图书馆资源和服务逐渐趋向数字化和智能化。尤其大数据时代的到来在一定程度上推动图书馆向纯数字图书馆和智慧图书馆转化[1]。未来图书馆的数据资源丰富、结构复杂，需要通过云计算、数据聚类、相关分析等技术手段实现一站式搜索 [2]。目前，CNKI数字图书馆作为国际上技术领先的数字化学习平台，为读者提供跨库检索、学术趋势、学术研究热点等功能，实现了资源的高度整合和智能交互，满足了不同人群对知识的个性化、多样化需求。目前，智能机器人是国家产业创新发展重点项目和科研热点项目，本文利用CNKI数字图书馆的学术研究热点、学术趋势搜索、指数等检索功能实现“智能机器人”学术热点和学术趋势研究，让读者对其有个整体认识。

一、智能机器人

机器人是一种可编程和多功能的，用来完成搬运、安装、焊接、切割等不同任务的操作机，或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统[3]。 智能机器人则是一个在感知、反应、思维方面全面模拟人的机器系统，融合了机械、电子、传感器、计算机、仿生学、自动控制、人工智能等多学科知识的复杂智能机械，可以代替人从事危险复杂的工作，例如在工业、农业、军事、航天、医疗等多个领域大显身手。目前，各国正加快智能机器人技术的创新与发展，如美国再工业化和工业互联网战略、德国工业 4.0 战略、日本机器人新战略、韩国机器人强国战略等，机器人技术引领当今科技和产业发展态势。中国通过制定“互联网+”行动计划、“中国制造 2025”发展目标、“十三五”规划，，将机器人和智能制造纳入了国家科技创新的优先重点领域[4][5]。

二、 “智能机器人”和“智能控制”主题热点搜索

本文以“智能机器人”和“智能控制”为主题进行“学术研究热点”检索，检索结果显示了按照热度值排序的热点主题相关的主要知识点、主题学科名称、热度值、主要文献数、相关国家课题数、主要研究人员数和主要研究机构数。“智能机器人”相关知识点主要有移动机器人、工业机器人、仿人机器人、服务机器人、机器人导航、远程操作、人工智能、神经网络、模糊控制等知识点。

智能化是机器人控制和产业创新发展的重点。关于“智能控制”的热点知识主要包括模糊控制、神经网络、遗传算法、学习控制、自适应控制、变结构控制、预测控制、专家系统、非线性系统等知识点，这些知识点代表着“智能机器人”主要研究方向。

三、“智能机器人”和“智能控制”主题学术趋势和研究发展

CNKI数字图书馆提供“学术趋势”检索功能，为科研工作者了解“智能机器人”发展趋势提供了非常好的工具。本文通过“学术趋势”功能检索“智能机器人”和“智能控制”主题的学术趋势，图中不仅提供学术关注度，还提供热门被引文章供读者深度研究。图2显示智能机器人和智能控制方面的从1997年至2015年论文收录量逐年增大，2015年收录量达1343篇。读者可以从图2中及时掌握每年学术热点论文，从中深入学习“智能机器人”的具体研究方法和科研理论，为理论创新寻找突破口。

另外，CNKI数字图书馆还具有“指数”功能，通过对“智能机器人”和“智能控制”主题进行检索，得到以下各项信息：

“学术关注度”和“媒体关注度”是我们进行科学研究时比较关注的两个方面。通过对关注度的分析发现最近三年科研工作者和媒体对智能机器人的关注度剧增，预示着国家加大了“智能机器人”领域的投入和研究力度。

“关注文献”和“研究进展”搜索功能为读者提供了当前“智能机器人”领域高被引论文、下载量比较大的论文以及最新相关论文，为科研工作者迅速把握“智能机器人”研究的内容和研究趋势提供帮助。

“学科分布”为读者提供“智能机器人”和“智能控制”在不同学科领域的研究情况和“相关词”的统计情况。通过分析可知，移动机器人、智能制造、人工智能、路径规划、机器视觉、图像处理、虚拟现实、语音识别、声源定位等是分布在不同学科领域的“智能机器人”相关词，也是“智能机器人”目前重要的学术研究方向；单片机、模糊控制、神经网络、智能家居、智能电网、物联网、RFID、ZigBee、无线传感器网络、智能交通等是分布在不同学科领域的“智能控制”的相关词。因此，我们通过它们可以了解到跨学科智能机器人的研究动向。

“机构分布”显示了哈尔滨工业大学、哈尔滨工程大学、上海交通大学、清华大学、浙江大学、中国科学院沈阳自动化研究所等多所研究机构是文献的主要提供单位，这为读者认识机器人研究机构提供参考。

结论

CNKI数字图书馆提供的“学术研究热点”、“学术趋势”和“指数”功能为我们展示了“智能机器人”和“智能控制”的研究热点和学术研究方向，为读者科研选题和科学研究提供学术参考。通过对“智能机器人”关键知识点的、经典科研论文和最新科研论文的深度分析，探索和挖掘智能机器人发展的技术空白点，发现最新研究方向。目前大学图书馆的资源整合和智能搜索功能还比较弱，需要进一步加强图书馆智能搜索引擎的构建和其他智能交互平台建设才能提高图书馆资源利用率和服务效能。

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工业机器人论文篇4

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Analysis on Basic Research on Robot Projects Funded by the Chinese Government and its Funding Effect

CHEN Yue，WANG Zhiqi，TAN Jianguo

工业机器人论文篇5

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

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工业机器人论文篇6

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674－4810（2012）19－0006－02

应用型本科教育与研究型本科教育相比，最大的特点是培养实践动手能力强的应用工程型人才。而应用工程型人才的培养，必须以就业岗位所需能力为基础构建一套科学合理的实训体系。通过对我系以往毕业生工作情况的调查，大部分同学认为我系机电专业实训环节基本足够，但是实训内容较为分散，仅仅注重了与课本理论知识结合，却缺乏系统性、整体性，学生就业后很难适应工作岗位对技术的全面整体性要求。为培养企业所需人才，达到应用型本科教育的培养目标，必须对实训进行改革。改革原则是以理论课程为基础，以项目为导向，建立系统的实训体系。

一 实训内容安排

机电专业从大一到大四总共八个学期，其中，最后一学期为毕业设计，前七个学期每学期都安排1～3周的实训环节。整个大学四年的实训内容安排应以某个项目为主线，上下衔接，形成一个系统，如功能型机器人的设计和制作。同时要符合本学期专业基础课和专业课的理论要求。具体的每学期实训名称、实训周数安排详见下表所示。

第一学期，新生刚刚入校，主要学习工程制图这一门基础课。对机电专业学生来说，对机械制图的学习要求不亚于机械专业的学生。开展为期1周的机械制图实训，通过徒手

绘制机器人平台和各基础部件，让学生掌握工程制图的绘制方法和标准等。大一第二学期，学生已经学习了AutoCAD、电子线路CAD等机械、电路绘图课程，因此在本学期开设机电产品认知实训，为期3周。此实训的主要内容有：计算机绘制机器人模型、参观工厂企业，邀请企业工程师开展讲座，识别电子、电气元件，学习焊接、绑线，制作简易小电路板等。本实训的主要目的是让学生真正开始进入机电实践环节中，从最基本的基本功学起、练起，给学生建立一个机电专业的感性认识。第三学期，学生已经学习了电工技术、电子技术等电路基础课程。此学期实训称为电子技术实训，实训内容主要围绕机器人的基本电路展开，如机器人寻线电路、避障电路、电机驱动电路、电源电路、音频电路等。这些电路板的设计和制作是机器人最基本的电路。同时本学期还有一个金工实习，打破传统的锤头、钢球等的实训内容，根据功能型机器人改为机器人底盘、手臂、车轮、手、轴承等的加工。第四学期学生学习了机械原理、液压与气压传动、三维绘图等课程，由此开设机械设计实训，让学生自主设计机器人模型，机器人可以采用不同的驱动方式，完成机器人二维图纸绘制和三维动画演示，该实训为期2周。第五学期开设检测与控制实训，把本学期所学的单片机原理与接口技术、传感器检测技术、机电传动与控制三门理论课综合起来。学生可以根据能力大小自行完成机器人核心电路板的设计和制作，并为机器人增加功能模块，如机器人寻迹、机器人颜色识别、机器人语音等。第六学期的电气控制系统实训主要针对本学期的PLC电气控制技术展开，让学生在机器人上增加气动驱动方式、用PLC控制完成机器人夹持物品、机器人物料运输等功能。第七学期安排机电一体化系统综合实训，需要把三年来学的专业知识综合起来。学生把以前做的功能型机器人进一步完善和强大，然后根据老师拟定的机器人比赛规则组织机电专业学生举行一场机器人对抗赛。总之，把大学四年来学的所有知识综合应用起来，为第八学期的毕业设计做好铺垫。

二 实训过程管理

严格的实训过程管理对实训质量起着一个监督、保障的作用。可根据实训内容、性质对实训环节分散或集中进行。如：机电产品认知实训中的讲座、企业参观等就可分散进行，充分利用学生的课余时间举行。为保证良好的实践动手效果，其他实训建议停课在实验室集中进行。实训过程包括以下环节：实训开题动员、实训专题技术讲解、学生集中设计和制作、实训验收答辩、实训论文提交等。在实训动员时具体告诉学生详细的实训时间安排、实训内容、实训检查、实训考核方式等，让学生完全进入实训状态。根据题目难易程度和学生能力可把实训专题讲解放在实训初或实训中。如电子技术实训是学生接触的第一个专业基础实训，那么最好在实训初给学生具体讲解一下每个题目的大致思路和实训报告的撰写方法。机械设计实训和检测与控制实训可让学生拿到题目后首先自行设计，在学生设计过程中发现问题后再针对问题进行讲解。实训过程中相应地安排指导老师在实验室值班，负责学生考勤、答疑、指导和实验室管理等工作。在此期间，学生按班次、时间段到实验室分批设计和制作。一般，实训最后几天为实训验收或答辩时间。排好时间段，几位指导老师共同验收，根据学生做的实物进行提问。最后，学生提交实训报告。实训报告撰写方法原则上同毕业设计论文写法、格式相近。这也是为学生毕业设计的论文撰写奠定基础。

三 实训耗材的可持续利用

对机电类专业来讲，由于学生必须制作实物，因此实验耗材开支较大。如果每次实训都购买耗材，这将是极大的浪费。系统性的实训内容安排已为循环利用实验耗材做好保障。每一学期的实训作品都是下一学期实训的地基，犹如必须一步步做好底层才可以最后建造出金字塔来。如何在保证作品质量的前提下，合理、可持续利用实验耗材是实训管理中较难解决的问题。例如，从实训性质来说，电子技术实训和检测与控制实训主要让学生做电路板来实现一定的功能，这两个实训的主要成品都是电路板。可以在这两门实训结束后，由实训负责老师把电路板收集起来统一放在大纸箱里集中保管。机电产品认知实训部分内容，如电子元件识别、电路板焊接就可以使用这些保存的电路板让低年级学生练习，大大节省电子元器件的开支。机电产品认知实训购买的电气元件可以继续为电气控制系统实训服务。当然，实训中常用的各种电子、电气元器件可以由实验室早期统一购买，实训时到实验室领取并做好登记。不常用的，或有些特殊的，由学生提出申请，指导老师同意后方可购买。由于大学四年的实训内容是系统性的，如果严格做好实训耗材的进出管理，妥善保管好每一次实训作品，都可重复、循环使用实验耗材，为节约实训耗材成本提供保障。

四 结论

本文提出的机电实训体系构建是根据我系对毕业生就业情况调查和理论课程设置总结出来的。实训体系的合理构建为工程应用型人才培养奠定基础，满足社会对高技术人才的需要。我们将在今后的实践教学中根据各方反馈的信息加以调整和完善此实训体系。

工业机器人论文篇7

一、专业项目论文的工作观

技师技能考核或鉴定首先应注重的是工作者专业素质――岗位工作能力水平的评价。写作和提交论文是申报鉴定者应对技能考核鉴定的准备过程，同时是个人技能水平的展示过程。

技术工人的专业工作目的一般要求是：保证生产质量、提高生产率、降低物质消耗――有效益价值核算或向好性预期。凭借论文关于专业工作项目立论确定、技术路线解析、工艺方法选择、调试过程记录等的描述，充分显示工作者的能力水平――专业规范把握、主流技术运用、工艺方法适当、工序工步明晰。

技师论文应该强调较高级工艺性内容，应该是工作技艺和业绩展示、以专业文献范式表述的文章，并不一定要用某效益指标来显示工作价值。如工艺改进型课题论文，突出的是专业技巧水平；又如新技术应用型课题论文，突出的是对工程新技术或复杂工艺的理解和驾驭能力。

1.强调论文项目的工艺性价值。技能，应理解为专业工作的技能工艺能力。也许是简称，总易误认为技能偏指技术能力，而忽视工艺能力。技术一般是指工业过程的方法论，即一般是可行性确定后在标准化设计前提下选材、加工手段、加工流程以尽可能的高效率获得目标产品的方法。而工艺，可以理解为加工的“艺术”，强调工作过程中获得目标产品的技巧性、保障性和完美性。技术工艺能力，可以理解为技术与工艺互渗而形成的知识型、技巧型、成熟型的生产力。

较高级的专业技能型人员的工作，应能体现技术工艺引人入胜的技巧性，工作项目论文也理所当然要求显示出工艺性价值――论文应显示出写作者关于工作项目的基本技术理解能力和工艺质量层次。基本技术能力包括专业理论的引用或引证，工艺质量则涵括改进能力、工作技巧、专业理论与实际的连接和补足能力、安全防护构思能力、提高工作对象商品化的能力。工艺质量直接决定了目标产品的实用性、适用性和市场性。

2.注重专业性表述的标准化概念。技师的基本技术理论理解力是其工作的重要基础之一，但其工作的方式、目标往往约束了专业理论的扩充速度和应用空间。许多长期在特殊电气工程岗位工作、工艺经验丰富的技艺型人员理论水平并不高，但他们的本职工作很出色，工作质量的工艺价值突现。一般认为长期的专职工作经验中积累着较高的专业工艺悟性。应该看到，高专业工艺性主要表现为相对行业标准、生产规范有很强的理解力，对生产流程有很强的连接、补足、改进的能力。正是高的专业悟性使得技艺型人员与技术设计人员的工作配合相得益彰。

3.把握过程分析的理论深度。一些技师工作项目论文中，用大量篇幅阐述理论的依据――数理公式推导过程或教科书式论说，然后绘出基本原理图，最后给出相当肯定的可行性结论。必须注意，这种论文往往是有缺陷的――项目的实施有效性没有表达―作者的操作工艺技能水平得不到显示。缺少相关工程经验公式或者经验系数（理论公式受客观实际过程条件的约束），易使得项目实施性这一关键工艺环节受到鉴定评价者质疑。这类论文的缺陷在论文大辩的有限时间里难以弥补。

4.妥当运用“技术进步手段”、“技术创新理念”、“精湛工艺过程”。机电工程岗位特征――专业智能成分较多，技巧思维保持，非连续性非周期性的操作。视下述工作能力为工艺能力；把握专业标准和规范的运用方法、流畅的专业语言（术语，编程，工程图，解析图表等）表述、撰适用的工程文档、规划工作技巧和效率。

技术进步：在产业规范约束下，采用现代的、主流的专业技术成果。

技术工艺创新：在产业规范约束下的工作能够在去除隐患、操作便捷、安全可靠、形式优化、节能提效、减污去噪、降低维护成本、智能化诊断运行等某些方面有显明的特色成果。

基本完备和适配的资料：是指可以作为施工提纲或设备的档案基本资料。

二、电学原理在工程运用中的本征性理解

机电技术中的电工技术是关于电能量分配和智能控制的技术，应用电工技术的基础原理是欧姆定律和麦克斯韦电磁方程组。

1.本征性理解。客观导电材料上的电量分析应划分为以电压（电动势能信息）为主量的“信息变换及传递系统”和以电流为主量的“能量传输电路”。控制信息传递系统的第一要素是“保证信息的准确”，控制系统传递信息不一定依赖固形材料（例如可通过空间电磁场感应传递）。

使用电动机为电能耗用终端的设备继电器线路形式控制电路主要形成运动控制“逻辑、时间、顺序”机制，自保、互锁、延时、中继等都是形成控制信息的电路。

采用集成运放器为核心的信号电压调节器主要解决比例（信号放大）、微分（信号即时变化率）、积分（信号的时间积累效应），而整流、检波、限幅、隔离、跟随、调零、保护等都是附加电路。

电能量传输的第一要素是电路成为回路，依赖有形的导电材料，再者就是能量规模（大小）和传输时间可控。因此，控制电路的关键功能是信息“变换（如电压放大器）”和“调节”。

主电路的关键功能是能量的“被控”和“驱动”，而反馈电路则是对于完成基本运转功能的、由基本控制器和驱动器（主电路）组成的开环系统输出量检测并形成修正信号的“智能化”部件。

现时的机电“主流技术”指由集成PID运算器件、逻辑运算器件（CPU）及大容量数据存储器件为核心的控制器运用技术、由可高频全控大功率无触点开关元件为核心的驱动器运用技术及由新型传感器为核心的传感信号接收变换电路技术。

2.机电能量转换技术离不开磁材料技术，也离不开磁路分析技术；传统的磁路材料由于磁传导敏感于温度和介质成分，其电气特性检定比较困难。但是近些年来，新型合成磁性材料技术迅猛发展，其运用空间（特别是在机电技术领域）急速扩展。

再者，材料科学技术和信息技术是工业技术发展的双引擎，感知设备运动状态和形成系统信息的传感器技术是智能系统的前端。

从对于控制方式本质的理解判断机电控制技术的发展方向：以一个四端电路（网络）为例，若以改变激励能够实现相应响应，则控制方式可分为：a.电流控制电流（控制机制参数体现为电流放大系数），b.电压控制电流（控制机制参数体现为转移电导（跨导）），c.电压控制电压（控制机制参数体现为电压放大倍数），d.电流控制电压（控制机制参数体现为转移电阻（跨阻）），实现电能利用的机电设备的电路多以电流为被控量，所以上述a，b两种控制方式是驱动器电路，c是信息处理电路，d不是机电设备电路优选形式（能量控制信号）。

上述a、b方式分别代表着两个时代的电能传输电路（主电路、驱动器）形式。

a方式中，电流控制电流的中心技术是：实现小电流控制大电流、一路电流控制多路电流。代表器件有三极管和继电器。

三极管，响应速度高，无动作触点，但控制电路与被控电路有公共支路，控制量与被控量的高次谐波相互影响或制约，而且可承受功率在瓦特级，一般不符合机电设备功率规模要求。

继电器（接触器），以电-磁-力形式驱动开关触点动作，实现电流的小控大和一控多。但触点动作时间不准、电弧现象、线圈断电反电动势高并形成高频干扰源、体积大等固有弱点，长期以来被视为“非理想器件”。

b方式是经典控制技术体系中理想的控制方式――信息控制能量。

上世纪后半期，业界使用大功率半控型电子器件晶闸管加之PWM技术的移相触发器实现有缺陷的“信息控制能量”方式于机电设备能量控制――主要是直流电动机的荷载调速。

上世纪末期大功率全控型电子器件IGBT（一种增强型绝缘栅场效应管器件）的商品化普及，机电设备用全控型的信息控制能量方式成为现实，例如在结构简单价格低廉的交流电动机实现宽范围荷载的变频调速。

3.电气主流技术发展的瞻望。机电设备机械构件的技术进步程度受制于材料技术发展及其成果的商品化程度。通用机电电工技术范畴的技术开发重点有：

电力电子技术：利用电力电子器件实现工业规模电能变换的技术，是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科成果。器件以半导体为基本材料，根据器件的特点和电能转换的要求，开发电能转换电路，包括各种控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接触等二次回路及电路。

电动机技术：强磁材料与低温环境技术。

虚拟现实技术：软件型传感系统分析与仪表。

机电液智能控制技术：机械、液压、电子融合控制技术使得机器的效率、性能、品质、可靠性等大大提升，如大型工程机械设备、深海或隧道的巨力液压控制系统。

微机电系统技术：常规电气系统元器件微型化组件化甚至实现“叠层组件―集成化”，即把微型化的敏感元器件、微处理器、执行器、各种机械构件、电动机、能源、光学系统等都集成于一个极小的几何空间内，并且能像集成电路一样大批量、廉价地生产。

电致流体相变技术：电场作用下电流变液（ERF，electrorheological fluid）可在“固”―“液”两相之间转换，转换过程可控而且可逆，转换时间为ms级，利用其电控力学行为，可以预期得到较之传统力学元件更为理想的（机―电能量转换控制的）响应指标。

磁致流体相变技术：磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。在零磁场条件下呈现出低黏度的牛顿流体特性；而在强磁场作用下，则呈现出高黏度、低流动性。磁流变液在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的，而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系。

硅胶导电与绝缘的智能化控制技术；作为可以在电磁场发挥“柔性”功能的新型器件必将影响机电设备电路构造技术。导电硅胶是具备导电性能的硅胶制品，用于一些电子硅胶产品上发挥开关接通的作用，现时应用于一些电子设备、家用设备、办公设备中，比如导电硅胶按键、电线连接管、影印机滚轴、电缆插头、连接器衬垫等。

三、要强调通用电学知识与电工新技术运用衔接的工艺能力

机电设备技术标准（国家标准、国际电工委员会文件、超级公司企业标准）的意志和执行能力。标准化是机电设备可靠性的保障。国家标准中对机床的控制方式、接地方式、抗干扰、容错、机械连锁、危险部件防护等，作了较完善规定，有效保障了机床的安全可靠运转。经验证明，符合标准的机床，故障率较低，反之故障率则高，可靠的保护措施是防止器件和装置损坏的重要方面。

当前的国家职业技能鉴定技师和高级技师考评体系强调了标准化水平是素质和技术能力的体现。如技术资料规范化编整能力、微机控制应用程序解析能力、逆向工程能力（逆向于在确定材料条件下设计制造的路径对产品拆解―解析技术工艺特征，提交改进或改性方案，以期获得结构或功能更优化的产品）、工程数学与物理运动现实的映射解释能力。

四、提高论文的精致程度和新技术含量的着眼点

工业机器人论文篇8

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

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中图分类号：TP242.2 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn1003-8256.2013.05.008

1 引言

工业机器人是综合了计算机科学技术、机械工程技术、电子工程技术、信息传感器技术、仿生学、人工智能等多学科形成的一项高技术成果。1961年，美国Unimation公司制造出了世界上第一个用来管理铸造机的工业机器人，但是由于技术与经济效益的原因，工业机器人并没有被投入足够多的时间与资金继续研发。直到七八十年代，微电子技术的兴起使得机械化重新得到重视。时至今日，工业机器人无论是在技术上还是应用中都趋于成熟，特别是在美、日等工业发达国家，已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。

目前，我国工业机器人应用的广度与深度也逐渐延展与纵深。据统计，我国工业机器人的市场自二十世纪以来一直处于快速增长阶段。据《2012年中国工业机器人市场研究报告》指出，仅在2011年这一年内，我国工业机器人的销售量就达2.26万台。

十报告提出了深化国有企业改革、引导非公有制经济发展以及保障人民切实利益等要求，在我国工业机器人迅速发展的大形势下，一线工人在就业、生活、劳动技能、工作内容、收入等诸多方面受到了巨大的影响。所以，针对工业机器人发展对工人影响的探索性研究势在必行。

2 文献回顾

“一线工人”和“工业机器人”这两个名词一个是初级工业制造的代表，一个是现代化工业制造的翘楚。然而这看似完全不相关的两个名词却无数次地在世界上各个角落同台登场。

自“七五”计划起，工业机器人项目就被列于国家重点科研规划内容之中。国内工业机器人的研究开始于20世纪80年代中期，孙英飞、罗爱华在《我国工业机器人发展研究》中指出了我国工业机器人产业化发展的影响因素，探讨了我国机器人发展的方向及策略。赵臣、王刚于2009作提出的《我国工业机器人产业发展的现状调查报告》也对我国工业机器人的发展现状作出总结研究。目前，国内相关研究主要集中在工业机器人的应用技术、生产销售等领域以及对我国工业机器人未来发展的展望，而对于工业机器人应用相关的社会问题却鲜有涉及——而这些社会问题已经开始陆续出现。

就工业机器人发展较为成熟的工业发达国家而言，类似的研究则完善一些。日本早在上个世纪80年代，工业机器人与工人的关系就变的微妙，日本的相关学者很早就考虑到了工业机器人对工人的影响。陈辛波于2000年在《日本机器人工业的现状和发展动向》一文中也指出日本从一开始就积极引入工业机器人并且这种思路逐步变成了社会共识，而一线工人则无抵抗的接受工业机器人。在美国与欧洲，对工业机器人的研究同样也深入到了社会层面。

简单来说，现有研究可以概括为发现工业机器人对工人潜在的危害，寻求建立完善的保护措施。但工人的角度出发缺乏全面的研究且没有具体的措施来解决这些问题。

3 案例介绍

目前世界上有95%的机器人是工业机器人，应用最多的领域是汽车行业。本次研究采用案例分析的方法，选取湖北东风乘用车公司为对象，切实遵循社会调查研究的客观性、科学性、系统性原则，就企业应用工业机器人对普通一线工人的影响进行调研，利用走访、发放调查问卷、与企业管理层，工程师进行座谈等方式取得真实的一手资料，通过对目标的研究从不同的角度分析工业机器人应用的过程中一线工人受到的影响。

我们分别走访参观了东风乘用车公司的冲压车间、焊装车间、涂装车间、总装车间，并与一线工人进行了深入的交流，切实了解了一线工人状况（图1）。

在冲压车间内，我们了解到该班共有工人二十余人，学历大都在高职高专水平，他们间的工作配合颇为默契，同时整个加工工序已基本实现了全自动化和机械化，虽然工业机器人的数量并不多，却起到了举足轻重的作用。焊装车间规模较大，在生产流程环节及进行材料运输的都是智能运输车，该车间的生产节拍设定比较高，在没有工业机器人的配合下，仅靠一线工人的双手，是不可能完成既定的任务的——且这里的工业机器人并未独立工作，而是分成工作机组在技术人员的操作下进行生产，表现出了超乎寻常的人机和谐。涂装车间由于工作环境比较危险，工作人员全部身着防护服，这些一线工人的基本防护措施对他们的身体健康起到了极大的保障作用。

由走访座谈以及实地调研我们得到信息：由于一线工人每日的工作量（具体表现为焊接的焊点）是大概确定的，即便引进了工业机器人，他们的劳动强度依旧不会有太大的变化，但整条生产线的劳动强度会有略微的降低；而工人的薪资待遇因为人力资源成本的增加会有一定的提高。工业机器人的大规模运用会使得生产线的节拍增加——从效益的角度出发，一条生产线的产能越大，则平摊到每台产品的成本就越低。产能越低，则工业机器人固定成本所占的比重就越高，这显示了工业机器人对大规模生产的普适性。但是由于单台生产时间降低，工人必须在岗位上待更长的时间以跟上节奏，虽然总的工作强度是降低的趋势，但是工人自身的紧张度并没有减少。其中有一点信息值得注意：工业机器人数量对一线工人数量产生的影响虽然巨大，但是趋势并不如我们的假设一般——工业机器人越多的生产线上，一线工人数量没有呈现明显的下降，部分车间反而有增加，因为在引进机器人的同时，还需引进或培养相关的维护和操作人员；而且节拍增加后，有更多的工作给一线工人完成，所以管理人员增加了排班数以满足生产需求，故没有出现工人大批下岗的情况。同时，管理人员也向我们表达了一个有趣的观点即：人力资源永远处于不饱和的状态。在对一线工人进行面对面沟通时，他们普遍表示了对当前工作状态的不满和对未来的愿景，如工资更高，工作更轻松，有更多的闲暇时间从事自己喜爱的活动等。这些都会导致他们对自己工作岗位没有长期固定的愿望，以及工作积极性的小幅度降低，这些都与企业面对的高技术工人缺口窘境有着一定的联系。

4 案例分析与讨论

调查结果表明：一线工人和工业机器人的冲突规模并不如预想的大。工人的适合岗位和工业机器人有着一定程度的不同。工业机器人主要从事重复度高，精度高，容错率低，难度大的工作；而一线工人主要从事自由度高，柔性大，对应变能力要求高的工作。以该乘用车装配厂为例，机器人主要完成零件压制焊接装配工作，因为部分部件安装的重复定位精度要求在0.5mm内，一个普通工人在长时间工作后想要达到这种精度是相当困难的；一线工人主要完成整车的测试，发动机、制动轴、车轮的装配工作，这些都对工人的技能和责任感有着较高的要求。由于这些不同点的存在，调和二者便有了可能性。该公司的管理人员在向我们介绍工厂情况时称，被工业机器人顶岗的一线工人去向大概有以下几点：因为一线工人的职业技能往往不仅限于有限的一种，所以如果无法在原本的岗位上与工业机器人竞争，那么可以去其他岗位再就业；或者从第二产业（生产线）转向第三产业（后勤服务），从事机器人的维护或保养工作，更有甚者可以去做汽车的返厂售后维修工作或者经过培训后加入销售部门；同时他还描述了工业机器人在制造领域的普及和广阔未来，公司虽然现在没有进行工业机器人的自主研发，但是在不久的将来，在追求产品质量和创新的同时，也会不遗余力地开发适合自己的配套工业机器人。同时车间管理者称：即便工业机器人有诸多优势，但是他们仍不能完全替代一线工人，因为两者的相互影响不仅仅是互斥的，在很多地方还是互补的。机器人的大规模应用也产生了许多相关的岗位，如后勤维修部门和技术操作员等，一定程度上缓解了岗位不足的窘境。

4.1 对于工人素质的影响

工业机器人的应用对一线工人的素质水平有了更高的要求。在文化水平素质上，东风风神乘用车公司从建立开始就大量使用工业机器人进行装配生产，因此，在标准化的流水线上基本没有低技能工作，一线工人也大多数为技校生、专科生。在劳动密集型企业中，对工人的专业技能要求不高，因而一线工人的文化素质也普遍不高。据统计，目前我国技术工人文化程度在中专以下占94%，而大专以上学历者仅占6%。然而，随着工业机器人的应用，许多企业正处在转型改制期间，资本密集型企业对一线工人的文化素质和专业技能水平有着一定的要求，低技能的工作被机器人所替代是大势所趋。在未来机电一体化的发展趋势中，培养出高素质的一线工人、组建技术过硬的技术团队，才是企业发展的关键。

工业机器人应用对工人素质水平高要求也表现在一线工人的心理素质上。在对一线工人采访的分析中发现，高技能工人均表示不担心增加的机器人会和他们“抢饭碗”。有工人认为，优胜劣汰是社会发展的准则，只要自己清楚这一点，愿意学习和掌握更高技能，即便未来有更先进的机器人，他们也不愁失业问题。由此可以看出，相比于从事被取代的低技能工作的工人，适应工业机器人应用的高技能工人在心理素质上有一定的提升。

从发达国家的经验来看，先进的科技和技术要想转换为有竞争力的工业产品，就需要高素质的产业工人，而现代化的大生产要求每一个生产者都能掌握技术。根据世界经济论坛与德勤有限公司在2012年联合的研究报告《制造业未来：机遇推动经济增长》中估计，技能人才缺口全球已达1000万。德勤与美国制造业协会有相关调查显示，以美国为例，技术工、熟练生产工人（45%的受调查企业反映严重短缺）是人才短缺的主要职能类型。从行业看，77%的汽车企业出现人才短缺现象。虽然近年来我国高技能人才在劳动者中所占比例不断上升，为10%-30%，但是同西方发达国家的20%-40%这个数据相比明显不足。也正因机械化发展中的高技能人才的短缺，才造成了“技工荒”现象。

如今，在引入工业机器人的生产线上，一线工人主要是完成现有机器人难以完成的精密工作、为机器人编写程序以及修理和维护机器人。随着机器人的投产和使用，人力将被转移到更高的附加值上。随着单调、高负荷的体力活逐渐被剥离出一线工人的工作任务，新的工作对于与一线工人来说，无论是在思维还是能力上都有了更高的要求。由此可见，机器人的应用对一线工人文化水平的高要求使得高技能人才的需求量很大，无论是在国内还是国外，低技能、低素质工人的前景都令人堪忧。

4.2 对于工人工作岗位的影响

工业机器人的应用对使得一线工人的工作岗位也有了变化，主要表现在专业技术人才的缺口逐渐扩大。在采访中，有关管理人员指出，对汽车行业来说，随着工业流水线上的工作逐渐被机械甚至机器人替代，操作工人的岗位将急剧减少，但由于机器人需要人工维护和保养，因此这样的技术人才需求会提升。在有些高度自动化的工厂里，工业机器化代替了大部分工人的工作，只留下少部分技术员工进行操控。

此外，在机器人制造上也将提供许多工作。在发达国家，由于有自己研发制造的机器人，即使会失去大量蓝领的工作，也会在诸如设计、生产和维护组装线方面产生新的工作岗位。据国际机器人联合会于2011年委托的报告显示，全世界的机器人制造商在工程和安装岗位上已经雇佣了15万人。虽然增加的岗位仍然难以填补大量使用机器人造成的低技能工作岗位的空缺，但是，新增加的机器人工厂从一定程度上也实现了岗位的转移。对比国内，虽然很多进口机器人是在国内生产制造的，提供了新的就业岗位，但由于核心技术的缺失，机器人制造上所能提供的岗位有很大局限性。

目前使用机器的成本相对人工成本较高，只有生产规模大、经济实力雄厚的企业，才有能力去大量使用机器人。因此，国内机器人应用带来的工作岗位变动的过程是连续且漫长的。总的来说，机械化不代表不需要工人，但是对工人素质有了更高要求，低技能工人数量会减少，技术工人需求量会增加，行业内存在失业、社会层面上表现为岗位转移是机器人应用所造成的主要趋势。

5 思考与启示：主要经验及对策

5.1 调整优化岗位需求，实现工人合理的岗位转移

随着工业机器人技术发展不断地进步，工业机器人的应用也将越来越普及，企业对于工人岗位的改革势在必行。企业要适应工业机器人对工作岗位带来的变化，对于新的需求设立新的岗位，可以优化的岗位要及时优化，对于机器人顶岗所淘汰的工人，要实行合理的岗位转移，争取在企业内部创造工作岗位，实现工人的流动循环，这也是工人福利的一种体现，同时也缓解了社会的就业压力。

5.2 加大对工人技能的培养，培养适应现代化生产的新工人

自上个世纪80年代以来，我国开始注重培养适合自动化生产的新工人，经过多年的努力，工人的技能不断地提升，学历不断提高，工人队伍趋于年轻化，但是不得不说现在的工人距离适应现代化生产的新工人还有很大的一段距离，特别是在工业机器人得到普及后，对于工人技能的要求就显得越来越高了。

加大对工人技能的培养一方面体现在企业的培训上，另一方面是工人在进入企业前所受的教育，现在的一线工人多为职业技术学院培养的技工，学历多为中专或大专，学校的目标多以实用、速成为主，技能往往只是停留在会操作的层面。所以职业技术学院一类的技校，也应该增加工人对于工业机器人等先进技术设备操作素质的培养，让工人对设备的操作更加熟练，了解更深，培养适应现代化生产的新工人。

参考文献：

[1]王昌文.注生产一线上的“蓝领”[J].技术与市场， 2009，33：25-27.

[2]马光.申桂英.工业机器人的现状及发展趋势[J].组合机床与自动化加工技术， 2002，3：48-51.

[3]潘丽霞.论工业机器人的发展与应用[J].山西科技， 2010，3：22-24.

[4]赵杰.我国工业机器人发展现状与面临的挑战[J].航空制造技术， 2012，12：26-29.

[5]徐方.发展我国工业机器人产业的思考.机器人技术与应用[J]， 2010，5.

[6]卢飞强.富士康：工资涨一倍，钱从何来[J].中国机电工业， 2012，6：28-31.

[7]刘远江.中国工业机器人市场调查[J].机器人技术与应用，2006， 1 ： 24-26.

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本论文为6腿机器人控制系统研究与设计，采用了1种分层控制系统结构，采用1点对多点的串行通信模式。论文对单关节控制器的数学模型进行了简单研究并采用PID控制算法对关节的位置控制进行控制。完成了基本的硬件设计，包括主从控制器的设计，主从通讯设计，延时及驱动电路的设计，传感器及其信号处理的设计。在软件设计方面，给出了主从通讯，步态算法的软件实现程序框图。

关键词：6腿机器人、Motorola MCU、PID控制、主从通讯、编码器、步态

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

机器人学是迅速发展的交叉性学科，但世界各国对机器人的定义各不相同，联合国标准化组织采纳美国机器人协会给“机器人”下的定义:“1种可以反复编程和多功能的，用来搬运材料、0件、工具的操作机；或者为了执行不同的任务而具有可改变的和可编程的动作的专门系统”。

机器人技术成为高科技应用领域中的重要组成部分。可以预言，机器人技术具有广阔的发展前景，它正向着具有行走能力、对环境的自主性强、具有多种感觉能力的智能机器人的方向发展。机器人技术的进展与其在各个领域的广泛应用，引起了各国专家、学者的普遍关注。许多技术先进国家均把机器人技术的开发、研究列入国家高科技发展计划，进行大力研究。机器人学作为1门边缘学科，成为当前高科技发展的前沿学科，它与高等动力学、材料科学、近代电子学、计算机科学、自动控制理论与系统、传感技术、人工智能、仿生学、系统工程等学科关系密切，相互渗透，共同发展。机器人的要害是自动控制，是计算机与人工智能的结合，它解决CAD, CAM, CAE等1系列问题。机器人先进程度和功能的强弱，通常直接受到其控制技术的影响。由于机器人动力学模型具有变参数强耦合、高度非线性的特点，机器人控制要求精度高与速度快;并具有通用性、柔软性与灵活性，它在很大程度上依赖于机构运动学和动力学分析、感知能力与伺服技术。现代控制理论的发展、高级控制策略的探求，新1代计算机的出现与人工智能开发将给机器人技术带来新的生机。

机器人学是迅速发展的交叉性学科，但世界各国对机器人的定义各不相同，联合国标准化组织采纳美国机器人协会给“机器人”下的定义:“1种可以反复编程和多功能的，用来搬运材料、0件、工具的操作机:或者为了执行不同的任务而具有可改变的和可编程的动作的专门系统”。

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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。

工业机器人论文篇12

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（c）-0160-04

实践教学是高校机械电子工程专业不可或缺的重要教学环节，其在培养学生创新思维和实践动手能力方面具有重要意义。机器人教学平台是高校开展实践教学，培养及提高学生创新能力的最佳平台。当前，我国正处于“中国制造2025”战略发展时期，高校机械电子工程专业作为制造业人才培养的主体机构，积极开展机器人实践教学平台建设，正是响应国家智能制造战略“以人为本”的基本方针，充分把握智能制造业人才培养市场机会，顺应高校实践教学发展趋势，提高学生实践和创新能力，适应智能制造发展对高素质机械电子工程人才需求的重要工作。

1 高校机械电子工程专业机器人实践教学平台建设的必要性

1.1 高校助力“中国制造2025”的重要措施

2015年5月8日国务院公布的为强化高端制造业的国家战略《中国制造2025》明确提出“以人为本”的基本方针，强调“坚持把人才作为建设制造强国的根本”，“加快培养制造业发展急需的专业技术人才”，“以高层次、急需紧缺专业技术人才和创新型人才为重点，实施专业技术人才知识更新工程和先进制造卓越工程师培养计划，在高等学校建设一批工程创新训练中心，打造高素质专业技术人才队伍”[1]。高校机械电子工程专业是培养制造业人才的主体。机器人教学平台是高校进行工程训练，开展实践教学，培养提高学生创新能力的最佳平台[2]。因此，高校机械电子工程专业应依托机器人实践教学平台，加强新型制造业人才培养力度，提高制造业人才整体素质，以响应制造业强国战略、助力“中国制造2025”。

1.2 把握智能制造人才培养市场机会的客观要求

高校人才培养要关注新问题，迎接新挑战[3]。当前，我国正处于传统制造向智能制造的升级转变阶段，智能制造也是“中国制造2025”战略发展的主攻方向。要实施“中国制造2025”发展战略，达到中国制造强国的发展目标，必然需要大量具有以机器人和数控机床为代表的自动化、智能化装备专业背景知识、具备创新设计能力和自动化、智能化产品研发和制造能力的高素质制造业人才[4]。然而，目前我国制造业人才中高级技工人数仅占5%，远低于欧美制造业强国35%～40%的平均水平，而且具有大学本科学历的制造业工人的数量也甚少[5]。实践教学是高校人才培养的重要环节，而机器人平台是开展工程实践训练，培养学生创新思维和实践能力的最佳平台[2]。因此，高校应把握新形势下的人才需求市场机会，积极建设机器人实践教学平台，提升高校机械电子工程专业人才培养质量，增强学生综合能力，适应智能制造发展对高素质制造人才的需要。

1.3 机械电子工程专业人才培养中实践教学的发展趋势

机器人是典型的机电一体化系统，它融合了机械、电子、单片机软硬件、传感器、通讯和自动控制技术等众多先进技术，涉及单片机、C/C++语言、传感器、机械设计、自动控制技术、无线通讯等专业课程知识内容，被称为“当代最高意义上的自动化”。机器人实践教学一直是个热点，其在培养学生实践创新能力方面具有重要作用。早在1970年，麻省理工学院（MIT）机械电子工程系的H.H.Richardson教授就采用了《设计课程导论》课程，并将其改造成一项设计竞赛，成功开创了“工程导向式”培养模式的先河，目前它已经成为全世界众多遥控机器竞赛和机器人比赛的典范[6]。此外，美国、日本、德国、法国和韩国的高校都开设了机器人课程。其中，美国高校不仅开设了诸如《机器人学》《机器人学导论》这样的机器人相关理论课程，它们还将机器人作为课程的学习平台以提高学生的工程实践能力和创新能力。近年来在国内，清华大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、西安交通大学等传统工科优势高校也相继以教学机器人或者改造过的工业机器人为载体，开展了工程实践课程或者相关活动，并取得了一些成效。依托机器人平台，已成为高校实践教学发展的大趋势，高校要顺应这一趋势，大力开展机器人实践教学平台建设，提高高校教学质量。

1.4 有限实验条件下的有效人才培养措施

实践教学活动是工科院校人才培养的重要组成部分，但是很多院校由于实验经费投入不足、实验人员数量不足、实践教学活动时间少等原因，导致学生的培养质量下降。选择通用的实践教学平台、构建合理的课程体系是实现“有限实验条件下的有效人才培养”的重要措施。具有高度综合和学科交叉性质的机器人实践教学平台，同时具备机械、电子、自动化、计算机等学科的实践教学功能。构建高校机械专业机器人实践教学平台是解决工科院校在有限实验条件下，进行人才培养的有效措施。

2 机械电子工程专业机器人实践教学平台建设的目标和基本思路

2.1 建设目标

机械电子工程专业机器人实践教学平台旨在以机械臂教学平台、各种传感器模块、开放式控制器平台、轮式移动机器人教学平台、机电一体化综合应用等几大机器人教学平台为载体，通过分年级、分层次的模块化能力培养模式，实现专业课程体系的理知识和机器人实践教学平台的有效衔接，从而达到机械电子工程专业的培养目标，即：培养掌握基本数学和自然科学知识；具备坚实的机械学科的基本理论和机械电子工程专业知识；具有从事机械电子工程行业所需的数值计算与分析能力、机构设计与分析能力、控制系统设计与分析能力、工程实践综合运用能力；胜任机械电子工程领域的研究开发、设计制造、技术经济管理等岗位的智能型制造人才。

2.2 基本思路

结合智能制造人才的内涵，依据解决工程问题的能力需求，我们认为智能制造时代机械电子工程专业大学生应具备4类基本能力，即数值计算与分析能力、机构设计与分析能力、控制系统设计与分析能力、工程实践综合运用能力。对应这4个能力模块，将机械电子工程专业机器人实践教学划分为4个层次，即：关注数值计算与分析能力培养的基础实验、关注机械设计与分析能力培养的拓展实验、关注控制系统设计与分析能力培养的提高实验、关注工程实践综合运用能力培养的综合实验。基本建设思路如图1所示。

2.2.1 基础实验

基础实验的适用对象为大一学生，旨在帮助大一学生了解和掌握工科专业基础知识，强化数值计算与分析能力的培养。实验内容涉及的课程主要包括《Matlab程序设计与应用》《工程数学》《工程力学》。实验项目包括：（1）基于“机械臂教学平台”和“轮式移动机器人教学平台”，运用《工程数学》的基本数学理论知识，结合Matlab的Robot工具箱进行机器人运动学分析，使学生深入理解数学的基本概念和基本方法，掌握微积分运算、矩阵运算、线性方程组运算的方法，培养学生使用数学工具、建立数学模型解决实际问题的意识与能力，并培养大学生运用数学知识解决工程实践的能力。（2）以《工程力学》基本理论为基础，以“机械臂教学平台”和“轮式移动机器人教学平台”的传动轴设计为研究对象，利用Matlab进行建模、仿真，根据运算结果输出传动轴的弯矩图、扭矩图及合成弯矩图，对机器人传动轴进行校核与优化设计。（3）以机器人教学平台为基础，在《工程数学》《工程力学》等课程的学习过程中，借助Matlab软件强大的计算、仿真和绘图功能，激发学生的学习兴趣，培养学生独立思考问题的能力，在奠定工程理论基础的同时达到培养学生数值计算与分析能力的目的。

2.2.2 拓展实验

拓展实验的适用对象为大二学生，旨在帮助大二学生了解和掌握机械电子工程专业的相关知识，强化机构设计与分析能力的培养。实验内容涉及的机械专业基础课程有《金属工艺学》《工程制图》《机械原理》《机械设计》《互换性与测量技术》《基于SolidWorks的机械CAD/CAE》等。其中，学生通过《基于SolidWorks的机械CAD/CAE》课程的学习，要能使用SolidWorks软件进行机构设计与分析。因为，SolidWorks软件以其强大的工程图设计、零件建模、装配体建模、钣金设计、模具设计、机构运动仿真、机构力学分析、机构优化、计算液体力学分析、虚拟样机等功能，目前在航空航天、机车、食品、机械、国防、交通等领域得到广泛应用。在国外，包括麻省理工学院（MIT）、斯坦福大学等在内的著名大学都已经把SolidWorks列为制造专业的必修课。在国内，清华大学、华中科技大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、武汉理工大学等一批具有机械电子工程优势专业的高校也都在应用SolidWorks开展实践教学。实验项目包括：基于“机械臂教学平台”和“轮式移动机器人教学平台”，利用SolidWorks软件进行机器人关键零部件的3D设计、机构运动学仿真、机构优化设计，在具备一定的设计基础后进行新型机器人运动机构的设计与开发，最终达到机构设计与分析能力培养的目的。

2.2.3 提高实验

提高实验的适用对象为大三学生，旨在帮助大三学生了解和掌握电气与控制相关专业知识，强化控制系统设计与分析能力培养。提高实验涉及的课程为电气与控制专I课程，不同课程实现不同能力与技能的培养。如通过学习《电路基础》《电工电子》课程，要求学生掌握基本的电路设计方法；通过学习《C/C++语言程序设计》《单片机应用技术》《微机原理与接口技术》课程，要求学生掌握控制系统设计的方法；通过学习《机械工程控制基础》《传感器与测试技术》《机械故障诊断》《Labview虚拟仪器技术》课程，要求学生掌握基本的控制理论；通过学习《PLC原理与应用》《液压与气压传动技术》《机电传动控制》课程，要求学生掌握常用执行机构的工作原理及应用方法。该实验模块的内容包括：（1）基于“开放式控制器平台”，利用单片机、工控机、PC机、PLC等控制器实现电机、液压缸、液压马达、气压缸等常用执行器的运动控制，掌握开放式运动控制器的应用与开发方法；（2）基于“各种传感器模块”平台，利用Labview软件，掌握各类传感器的使用及信号采集与处理方法；（3）基于“开放式控制器平台”“各类传感器模块”“机械臂教学平台”和“轮式移动机器人教学平台”，根据控制理论，通过设计C/C++控制程序，实现机器人的运动控制，并通过Matlab的Simulation工具箱对控制系统进行分析。

2.2.4 综合实验

综合实验的适用对象为大四学生，旨在帮助大四学生了解和掌握机械电子工程的专业知识，强化工程实践综合运用能力。综合实验要求大四学生通过《机器人技术》《数控加工技术》《工业设计》《工业系统工程》《自动化产品设计》和《自动化生产线设计》等课程的学习，基于各类机器人教学平台，以课程设计、毕业设计的形式，进行以工程应用为导向的各类课题的研究。以工程应用为导向的相关的课题包括：传感器类课题（机器人路径规划、移动机器人精确定位研究、传感器信号采集及处理）、运动控制类课题（基于PID控制的机器人轨迹跟踪、移动机器人控制方法研究、开放式机器人控制器研究）、机器人系统类课题（新型机器人系统开发、机器人寻迹、机器人避障、机器人灭火）、图像处理类课题（视觉伺服控制、机器人视觉信息处理、运动目标跟踪）、人机交互类课题（语音识别技术研究、手势识别技术研究）、工业现场类课题（自动包装生产线研究、自动化仓库研究）。通过工程应用前景明确的课题的研究，实现机电一体化产品开发能力的培养。

3 机械电子工程专业机器人实践教学平台的实践效果

河南工业大学机电工程学院以现有机械电子工程训练中心为基础，在学校实验室建设专项经费支持下，规划建设了机械电子工程专业机器人实践教学平台。长期的实践教学表明，机器人实践教学平台对促进学生能力培养，激发学生的学习兴趣，提高人才培养质量有重要作用。

3.1 培养了学生从事机械电子工程专业所需的能力

专业能力培养是机械电子工程专业的重要教学目标。通过以能力培养为导向的专业课程体系群学习后，学生掌握了工科专业基础知识和机械电子工程专业知识；通过基于机器人教学平台的实践教学环节的培养后，学生具备了从事机械电子工程行业所需的数值计算与分析能力、机构设计与分析能力、控制系统设计与分析能力和工程实践综合运用能力。其中，在工程实践综合运用能力培养过程中，基于机器人教学平台，运用工程软件解决复杂工程问题的培养效果尤为明显。如运用Matlab进行工程计算、运用Matlab Simulation进行控制系统仿真、运用SolidWorks进行机构3D设计、运用SolidWorks Simulation进行机构力学特性分析与仿真、运用SolidWorks Flow Simulation进行流体力学分析、运用Labview进行控制系统构建、信号采集与处理等，极大地提高了学生解决复杂工程问题的能力。

3.2 激发了学生的学习兴趣，提高了人才培养质量

趣味性是学习的原动力，基于机器人教学平台的实验教学模式以工程应用能力为培养目标，以工程问题为研究对象，有效地提高课程的趣味性，增强了学生的学习主动性。通过组织小组对抗赛、校内机器人大赛、校间机器人大赛，充分调动了学生学习的积极性、主动性；通过组织参加挑战杯、机械设计创新大赛，提高了学生的创新思维能力，实现了工程应用能力培养的目的，在提高人才培养质量的同时，大大提高了大学毕业生的首任职业胜任率。

4 结语

针对机械电子工程行业对数值计算与分析能力、机构设计与分析能力、控制系统设计与分析能力和工程实践综合运用能力的需求，构建基于机械臂、传感器模块、开放式控制器平台、移动机器人和机电一体化系统的机械电子工程机器人实践教学平台，建立包括基础实验、拓展实验、提高实验和综合实验的分层次实验体系。实践教学效果表明，机器人实践教学平台对于培养大学生综合能力，激发学习兴趣，提高培养质量有重要作用。

参考文献

[1] 于志晶，刘海，岳金凤，等.中国制造“2025”与技术技能人才培养[J].职业技术教育，2015（21）：10-24.

[2] S文恺，陈虹.机器人创新性教学平台的实践与探索[J].今日科苑，2009（5）：131-132.

[3] 钟秉林.大学人才培养要研究新问题，应对新挑战[J].中国大学教学，2013（7）：1-2.