韓 宇

(深圳技師學(xué)院，廣東 深圳 518000)

1 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械本體拆裝與維護(hù)課程特點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人機(jī)械本體拆裝與維護(hù)課程是工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)的一門核心專業(yè)課。該課程采用一體化教學(xué)模式，為?？茖哟味昙?jí)學(xué)生學(xué)習(xí)的一門專業(yè)課。課程在一體化教室中完成，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)工作原理、工業(yè)機(jī)器人機(jī)械本體故障診斷、拆裝和維護(hù)的基本理論和基本知識(shí)；培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人機(jī)械本體的拆裝和常見故障的維護(hù)技能，為掌握工業(yè)機(jī)器人機(jī)械本體維修奠定基礎(chǔ)，同時(shí)訓(xùn)練學(xué)生工業(yè)機(jī)器人機(jī)械本體維護(hù)的綜合素質(zhì)。

2 一體化課程教學(xué)實(shí)施過程中的難點(diǎn)

2.1 一體化課程的缺點(diǎn)

眾所周知，任何事物都不可能是完美無缺的，一體化教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相比，盡管有很多優(yōu)點(diǎn)，但難免會(huì)有一些不可避免的缺點(diǎn)。例如，一體化教學(xué)強(qiáng)調(diào)理論和實(shí)際相結(jié)合，要求學(xué)習(xí)情境設(shè)置時(shí)，融入技能培訓(xùn)。而技能的培訓(xùn)尤其是理工科專業(yè)，是離不開設(shè)備和典型工作任務(wù)的支撐的，這樣就需要諸多的設(shè)備，無疑增加課堂的成本。

2.2 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械本體拆裝與維護(hù)課程實(shí)施的難點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人機(jī)械本體拆裝與維護(hù)課程作為一門專業(yè)課程，也難免會(huì)遇到上述問題。

以深圳技師學(xué)院工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)為例，該專業(yè)承擔(dān)這門課的實(shí)訓(xùn)室為工業(yè)機(jī)器人機(jī)械本體拆裝一體化教室。實(shí)訓(xùn)室內(nèi)配置有4臺(tái)爾必地LT1500-C-6型號(hào)六自由度工業(yè)機(jī)器人和6臺(tái)LS450-A-4型號(hào)水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人，這些設(shè)備制作精密，造價(jià)昂貴。在實(shí)施課程的時(shí)候，若不讓學(xué)生動(dòng)手去裝卸和裝配設(shè)備，則失去了一體化課程的意義；若放手讓學(xué)生去拆裝，則對(duì)于一群沒有太多經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生來說，很容易造成設(shè)備的不可逆損壞。圖1為工業(yè)機(jī)器人機(jī)械本體拆裝一體化教室設(shè)備場景。

圖2 基于VR技術(shù)的虛擬實(shí)訓(xùn)室的場景

3 VR技術(shù)的特點(diǎn)

3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)的定義

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VirtualReality)又被稱為靈境技術(shù)，是利用多傳感交互技術(shù)、實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)和高清分辨顯示技術(shù)等，快速生成逼真的三維虛擬環(huán)境，操作者佩戴特殊的頭盔以及數(shù)據(jù)手套等傳感交互設(shè)備，在虛擬空間中與虛擬環(huán)境中的事物進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，感知和操控虛擬世界中的各種對(duì)象，從而獲得身臨其境的沉浸感和接近真實(shí)體會(huì)。

2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)的典型特征

(1)沉浸性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)時(shí)產(chǎn)生的虛擬環(huán)境能使操作者產(chǎn)生“身臨其境”的感覺，仿佛和真正的客觀世界一樣。

(2)動(dòng)作性。在虛擬環(huán)境中，操作者可以以客觀世界的實(shí)際動(dòng)作或方式來操控虛擬系統(tǒng)，讓操作者感覺到自己正處于一個(gè)真實(shí)的環(huán)境之中。

(3)自主性。自主性是指在三維虛擬世界中，虛擬物體可以按照各自的模型和規(guī)則進(jìn)行自主運(yùn)動(dòng)。

(4)交互性。在虛擬環(huán)境中，操作者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣，和虛擬環(huán)境中的任務(wù)、對(duì)象發(fā)生交互關(guān)系，在整個(gè)過程中，操作者是交互的主體，虛擬對(duì)象是交互的客體，二者之間的交互是全方位的。

(5)構(gòu)想性。VR技術(shù)存在的意義之一是成為能夠啟發(fā)人的創(chuàng)造性的活動(dòng)，它不僅能使沉浸于虛擬環(huán)境中的操作者獲取新的指示，提高感性以及理性認(rèn)識(shí)，而且可以使操作者產(chǎn)生新的構(gòu)思。

4 VR技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人機(jī)械本體拆裝與維護(hù)課程中的應(yīng)用及效果

4.1 基于VR技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人拆裝實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的軟硬件組成

基于VR技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人拆裝實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的硬件由高性能電腦、可穿戴頭式頭顯設(shè)備、串流盒、操作手柄、激光定位器以及連接線和電源線組成?；赩R技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人拆裝實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的軟件由VR運(yùn)行軟件SteamVR和場景資源軟件robot.exe組成。

4.2 基于VR技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人拆裝實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的搭建

基于VR技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人拆裝實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的搭建包括軟件的安裝和硬件之間的連接。軟件安裝時(shí)，按順序依次將SteamVR和robot.ex兩個(gè)軟件安裝在高性能計(jì)算機(jī)上。硬件連接時(shí)，串流盒的一端通過高速視頻輸出口連接在高性能計(jì)算機(jī)上。激光定位器通過支架固定在矩形教學(xué)區(qū)域的對(duì)角位置，其高度設(shè)置為1.8米。手柄通過藍(lán)牙技術(shù)與高性能計(jì)算機(jī)相連接。其連接結(jié)構(gòu)如下圖所示。

圖3 基于VR技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人拆裝實(shí)訓(xùn)平臺(tái)硬件連接示意圖

4.3 基于VR技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人拆裝實(shí)訓(xùn)平臺(tái)在課程中的應(yīng)用效果

效果一：提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?；赩R技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人拆裝實(shí)訓(xùn)平臺(tái)技術(shù)先進(jìn)、場景逼真、操作簡便，學(xué)生仿佛置身于場景之中，化枯燥學(xué)習(xí)為快樂學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚。效果二：加深了學(xué)生對(duì)拆裝工藝的理解和正確選擇工具的意義。工業(yè)機(jī)器人屬于精密貴重設(shè)備，其拆裝工藝的正確與否往往影響后期的拆裝質(zhì)量。在教學(xué)過程中，工藝的講解枯燥難懂，學(xué)生在課堂中往往難以理解。基于VR技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人拆裝實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，將拆裝工藝制作成動(dòng)畫，直觀易懂，大大加深了學(xué)生對(duì)精密設(shè)備拆裝工藝的理解。效果三：加深了學(xué)生對(duì)工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的認(rèn)知和了解?；赩R技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人拆裝實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中，工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)清晰可見，各零部件的連接關(guān)系一目了然，學(xué)生完成虛擬實(shí)訓(xùn)操作后，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)已經(jīng)有了初步的認(rèn)知和了解。效果四：解決了一體化課程中設(shè)備較少的問題，同時(shí)減少了設(shè)備的損壞風(fēng)險(xiǎn)。由于各學(xué)校的規(guī)模和財(cái)力的限制，大型貴重設(shè)備不可能大規(guī)模采購，而且貴重精密設(shè)備無節(jié)制讓學(xué)生操作使用，會(huì)增大設(shè)備的損壞風(fēng)險(xiǎn)。基于VR技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人拆裝實(shí)訓(xùn)平臺(tái)采用虛擬場景，將學(xué)生實(shí)訓(xùn)過程中損壞設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)幾乎降為零。

5 結(jié)論

基于VR技術(shù)的教學(xué)平臺(tái)，作為一種先進(jìn)的教學(xué)手段，無疑其教學(xué)效果是可圈可點(diǎn)的，為一體化教學(xué)過程中設(shè)備缺少和設(shè)備損壞風(fēng)險(xiǎn)問題提供了一種解決途徑，對(duì)一體化課程的發(fā)展和實(shí)施具有一定的參考意義。