在“工业机器人轨迹规划及人机协同评判虚拟仿真实验”前，应具备机器人动力学、机器人运动学、机械加工工艺规划以及自动化生产线协同控制实验等相关知识和能力储备；实验融入了“爱国主义精神”“安全意识和节约能源”“团队精神”“人生价值观”等课程思政元素。本实验共计3个实验学时，操作者在整个场景和情境中进行交互性操作共13个实验步骤，具体实验操作流程为：实验开始 → 学习模式（机器人原理 → 设备认知 → 示教器认知） → 实操模式（示教实验 → 协同实验 → 入库实验） → 考核模式（学习认知考核 → 示教实验考核 → 协同实验考核 → 思考题） → 完成实验并在线提交。通过本项目实验后能够达到如下实验教学目标。
（1）掌握工业机器人工作原理、坐标系、整机组成及内部结构；
（2）掌握工业机器人虚拟示教原理，完成示教工业机器人的工作轨迹；
（3）掌握自动化生产线协同控制机理、自动化生产线协同参数设置和协同控制效果评判；
（4）掌握自动化生产线产品装配及入库操作；
（5）提高适应“新工科”背景下产教融合人才培养模式，培养团队意识、创新精神、科学严谨的工作态度，达成“解决复杂工程问题”能力。
安 徽 工 程 大 学
实验报告
班级 姓名 学号 日期 指导教师 成绩
实验名称：工业机器人轨迹规划及人机协同评判虚拟仿真实验
一、实验目的
（1）掌握工业机器人工作原理、坐标系、整机组成及内部结构；
（2）掌握工业机器人虚拟示教原理，完成示教工业机器人的工作轨迹；
（3）掌握自动化生产线协同控制机理、自动化生产线协同参数设置和协同控制效果评判；
（4）掌握自动化生产线产品装配及入库操作；
（5）提高适应“新工科”背景下产教融合人才培养模式，达成“解决复杂工程问题”能力。
二、实验步骤
步骤1：机器人原理
工业机器人型号规格编制由公司代码、机器人加载、特性代码、本体型号和控制柜型号组成；机械系统中6个伺服电机驱动6个关节的运动实现不同的运动形式，完成工业机器人的6个关节J1、J2、J3、J4、J5、J6各轴的运动过程的交互操作选择；认知工业机器人的关节坐标系、运动学标系、工具坐标系、世界坐标系、工件坐标系等各种坐标系选择；认知工业机器人性能参数。
步骤2，工业机器人虚拟拆装
沉浸式漫游工业机器人本体结构虚拟拆装，分为J1-2轴、J3-4轴、J5-6轴等共3组，分别进行虚拟拆卸与组装实验操作，可以选择界面“放大”，增加沉浸浏览效果。
步骤3：示教器按键操作练习
示教器的启动、暂停、模式旋钮、急停和功能按键的30个按键的操作练习。
步骤4：机器人手爪选取
根据工业机器人夹持对象针对性选择机械爪、气动吸盘、电磁吸盘等，本实验选取和安装机械爪。
步骤5：工业机器人工作轨迹规划示教
操作示教器，完成工业机器人对齿轮毛坯零件的抓取、放置、避障作业的轨迹规划设置；设置机器人运动速度，确定坐标系；本实验选择“关节”坐标系，对着参考点，按要求对所有记录点逐点示教逐点记录，且系统设置手爪靠近工件时，自动抓取工件；手爪靠近输送带时，自动放置工件，获得工业机器人工作轨迹规划，运行一次，结束示教实验；示教操作过程中，要求实现避障，当出现机械手臂撞到物品时，出现纠错提示，工业机器人自动回到上一点，再次示教操作，重新调整6个关节示教参数。
步骤6：工业机器人工作轨迹确认
根据协同实验中自动化生产线中加工机床机械加工要求，确定工业机器人工作轨迹，通过“模式选择”完成；工业机器人工作路径设计有两种模式，即“默认模式”和“示教模式”。
步骤7：协同参数设置
协同实验的设置设置自动化生产线工艺路线中车削加工、滚齿加工和铣削加工的切削速度、进给量和切削深度的切削三要素，设置传送带参数。
步骤8：协同控制效果评判
参数设置完成后，进行协同控制效果评判，评判参数设置是否符合自动化生产线生产节拍协同控制原理。协同控制效果评判结果有两种，协同控制效果符合要求；纠错警告和引导提示协同控制效果不符合要求，请重新修改参数，返回上一步骤，协同参数重新设置，再进行协同控制效果评判，直至协同控制效果符合要求。协同控制原理主要要求是当泵体未加工完，齿轮就不能运动到放置泵体的位置；当泵体未被机器人从主输送带抓往装配操作台，齿轮就不要放置到输送带上。
步骤9：自动化生产线生产运行
完成协同控制实验中的参数设置和工业机器人作业路径设计，记录工业机器人示教工作路径长度、加工工时等加工过程数据，在实验报告中进行数据分析。
步骤10：齿轮泵虚拟装配
根据自动化生产线协同控制结果，泵体、齿轮从输送带依次输送至装配工作台，工业机器人依次抓取泵体、齿轮，沉浸式漫游齿轮泵虚拟装配过程。
步骤11：齿轮泵运转仿真
齿轮泵装配完成后，沉浸式漫游齿轮泵中各齿轮相互啮合传动。
步骤12：齿轮泵入库设计
齿轮泵产品码放到仓库货架上指定位置，仓库货架显示可放置位置；选择可放置位置后，工业机器人准确地将齿轮泵产品码放到货架上所选择的位置，入库实验结束。
步骤13：实验题测试
认知考核环节、示教实验考核环节、协同实验考核环节为系统自动从题库中抽取选择题供解答，答题确定提交后，系统自动进行评判。思考题考核环节中，共5题，依次作答，再确定和上传，生成在实验报告中，属于主观题，由指导老师进行评判。
三、实验操作过程记录（注：本部分自动生成）
1、“示教实验”中工业机器人示教的作业轨迹实际距离数值，并显示实际距离数值与参考值的比值。
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类别
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作业轨迹总路程
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与参考值的比值
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参考值
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示教机器人1
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- “协同实验”中每次调整的设置参数列表及“协同控制效果评判”结果；显示符合评判要求的自动化生产线协同控制进行参数设置的总次数。
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参数设置的总次数
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加工对象
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抓取时间
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加工时间
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放置时间
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总时间
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传送带速度
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输送距离（S）
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S/V
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协同是否符合要求
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1
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齿轮
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V
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泵体
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2
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齿轮
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V
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泵体
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3
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齿轮
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V
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泵体
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