◎学习成果达成要求

学生应达成的能力要求包括：

1.熟悉工业机器人与外围设备及生产系统相集成的基本问题。

2.掌握工业机器人与外围设备相集成的技术途径。

3.熟悉工业机器人与外围设备相集成的工作流程。

工业机器人的应用，就是针对具体的作业要求，完成工业机器人的二次开发，从而为用户提供完整的解决方案。具体而言，就是实现机器人作业所需要的外围设备的系统集成，从而形成机器人工作站。机器人工作站的开发，是通过结构化的综合布线系统和网络技术，将工业机器人及外围设备的功能和信息等集成到一个集设备控制、设备管理和信息交换于一体的另一个层级更高的控制系统或控制平台上。

机器人工作站系统集成的关键在于解决分立的设备之间的互连和设备协调运行控制问题。由于工业机器人和外围设备由多个不同厂商制造，产品一般有不同的工业标准和通信协议，要完成系统集成，要求开发人员在熟悉机器人及所有外围设备接口和通信协议的基础上，主要解决以下两个方面的问题：

（1）硬件设备互连。基于所有设备的接口和通信协议，利用综合布线技术、网络互连技术和通信技术将机器人和所有的外围设备实现互连，从而构建设备间信息交换的链路（通路）。

（2）应用程序开发。针对用户的需求，从系统的高度为用户提供一个全面的解决方案。具体而言，就是针对用户提出的具体技术要求，在工业机器人控制系统以及所有外围设备的控制系统之上，开发一个层级更高的控制系统，从而构建机器人工作站；将工作站融入生产系统中，它能够按照生产节拍完成既定的作业任务。(www.daowen.com)

为解决上述两个问题，研究人员需要做到以下几点：

（1）掌握工业机器人技术基础。要理解位姿矩阵的含义，也要理解与机器人作业相关的坐标系，包括机器人基坐标系、关节坐标系、工具坐标系、工作台坐标系和工件坐标系的含义；具有机器人运动学方面的基础知识，特别是要掌握坐标系之间的变换关系。

（2）具有工业控制系统集成能力。具体而言，开发人员需要掌握“微型计算机原理与接口技术”“工业现场总线技术”“计算机网络技术”“电气控制技术”等相关知识，从而为机器人与外围设备之间的数据传输和交换建立通道。

（3）具有工业控制系统应用程序开发能力。工业机器人工作站的控制系统可以基于机器人控制器、PLC和工业控制计算（industrial personal computer，IPC，简称“工控机”）三种平台，其中以PLC最为常用。为实现系统集成目标，开发人员需要掌握“PLC技术”。此外，由于工控机已经在工业控制中普及，特别是工作站的运行过程中涉及大量数据处理时，PLC难以胜任，此时工控机是较为理想的选择，因而应掌握其配置方法。由于机器人及外围设备种类较多，为了实现分立设备的协调控制，还需要掌握“工业控制系统集成技术”。

（4）具有与机器人作业相关的工艺知识。工业机器人的具体用途与作业的工艺相关，如机器人焊接涉及焊接工艺，机器人喷涂涉及喷涂工艺，机器人装配涉及零部件的装配工艺等。机器人工作站的开发效率很大程度上取决于开发人员对工艺的理解程度。

（5）具有与机器人作业相关的末端执行器、工装和夹具的设计能力。由于通用工业机器人不配置末端执行器，因而与作业相关的末端执行器，如焊接作业用的焊枪（焊钳）、搬运作业用的手爪、喷涂作业用的喷枪等需要由开发人员选择或者设计。此外，与人工作业相比，机器人作业对工件的尺寸精度、工件定位精度的要求较高，为此，要求开发人员根据作业要求，设计工装和夹具，还需要具备“机械制造工艺”以及“工装及夹具”设计知识和技能。

由上述分析可知，工业机器人工作站的开发是一个系统集成过程，它需要机器人技术、电气控制技术、机械工程技术、计算机技术以及与作业任务相关的工艺技术等领域的人员协作才能完成。