項目式教學指導書普通高等教育新工科智能制造工程系列教材——《智能決策技術(shù)及應(yīng)用》配套教材1實驗項目二人機協(xié)作裝配研究實驗2：人機協(xié)作裝配研究——實驗項目意義動手實操與互動體驗階段本實驗與教材的章節(jié)對應(yīng)關(guān)系：在學習教材中第8章“設(shè)備級決策”后，完成人機協(xié)作裝配研究。通過本研究了解人機協(xié)作的基本概念，掌握裝配任務(wù)的人機協(xié)作方案設(shè)計方法，熟悉軟件操作。本實驗的預期目標：通過“人機協(xié)作裝配研究”，讓學生體驗配合機械臂完成汽車模型的裝配方案，講授人機協(xié)作這一新興的工作模式，并學習機械臂編程，熟悉機械臂控制軟件，溫習教材中第8章設(shè)備級決策應(yīng)用中“設(shè)備自適應(yīng)控制”、“智能交互與決策”等知識點，完成人機協(xié)作任務(wù)設(shè)計方案。實驗2：人機協(xié)作裝配研究——背景介紹傳統(tǒng)的自動化裝配系統(tǒng)不夠靈活，無法快速適應(yīng)產(chǎn)品的變化，而人工裝配系統(tǒng)在效率、精度方面往往有所欠缺。裝配操作作為生產(chǎn)中的關(guān)鍵步驟，可直接影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要一環(huán)，為提高裝配效率，人機協(xié)作替代部分傳統(tǒng)手工裝配工位已逐步成為一種發(fā)展趨勢。通過協(xié)作機器人與工人的合作，對于產(chǎn)品裝配的每個基本任務(wù)，根據(jù)工人和協(xié)作機器人的特點指定相應(yīng)的任務(wù)。人機協(xié)作裝配系統(tǒng)結(jié)合雙方優(yōu)勢，既充分利用了工人強大的認知能力，又利用了協(xié)作機器人強度大、精度高、不會疲勞的特點，擁有廣闊的應(yīng)用前景。人機協(xié)作裝配研究實驗項目背景1本研究結(jié)合人機協(xié)作這一新興的工作模式，通過讓學生配合機械臂完成汽車模型的人機協(xié)作裝配方案，體驗人機協(xié)作裝配與傳統(tǒng)裝配的區(qū)別，了解人機協(xié)作的基本內(nèi)容和方案設(shè)計。實驗2：人機協(xié)作裝配研究——研究目的人機協(xié)作裝配研究實驗項目的主要目的了解人機協(xié)作的基本概念；掌握裝配任務(wù)的人機協(xié)作方案設(shè)計方法；學習機械臂編程，熟悉機械臂控制軟（DobotSCStudio.exe）；實現(xiàn)人機協(xié)作任務(wù)設(shè)計方案，親身體會人機協(xié)作。實驗2：人機協(xié)作裝配研究——軟硬件設(shè)備人機協(xié)作裝配研究實驗項目涉及的主要軟硬件設(shè)備軟件設(shè)備：DobotSCStudio硬件設(shè)備：越疆協(xié)作機器人Dobot-CR5實驗2：人機協(xié)作裝配研究——方法與步驟人機協(xié)作裝配研究前情提要1本研究要求學生設(shè)計協(xié)作方案并與Dobot-CR5機械臂合作完成汽車模型的裝配任務(wù)。其中，待裝配工件包括：兩門一蓋、車架、底盤、車軸及輪胎。Dobot-CR5作為協(xié)作機器人在本研究中的主要工作任務(wù)抓取工件遞交給操作人員和執(zhí)行部分裝配任務(wù)。裝配任務(wù)名稱人完成所需時間機械臂完成所需時間備注安裝安裝輪胎40s—僅可人工裝配安裝左車門8s25s

安裝右車門8s25s

安裝前蓋5s20s

安裝車架10s10—25s

下料底盤10s20s

車架10s15s兩門一蓋10s15s車軸及輪胎10s—裝配任務(wù)清單實驗2：人機協(xié)作裝配研究——方法與步驟人機協(xié)作裝配研究實驗項目操作步驟實驗前準備：在Dobot官網(wǎng)，支持中心-下載中心中下載并安裝“DobotSCStudio”軟件檢查各個設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)是否均處于同一網(wǎng)絡(luò)下；確認工位操作平板序號是否與工位號對應(yīng)；查看看板顯示的實驗項目與教師大屏是否匹配，確認當前工位裝配車型；所有工位按照工位看板對應(yīng)裝配車型，將所有待裝配工件物料放至桌面上對應(yīng)的料架上。其中，M1/M2車型對應(yīng)物料架A1，M1/M2車型對應(yīng)物料架A2。實驗2：人機協(xié)作裝配研究——方法與步驟操作步驟一：開啟并連接協(xié)作機器人按下開關(guān)給控制柜上電，再按下控制柜按鈕啟動協(xié)作機器人（機械臂）。連接所在工位的Dobot-CR5機械臂并打開機械臂使能。DobotSCStudio與Dobot-CR5機械臂的連接方式詳見下頁。人機協(xié)作裝配研究實驗項目操作步驟實驗2：人機協(xié)作裝配研究——方法與步驟DobotSCStudio與Dobot-CR5機械臂的連接方式詳解：方法一：Wifi連接使用計算機搜索并連接WIFI，使機械臂和計算機處于同一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。打開“DobotSCStudio”，在點擊右上方小箭頭下拉菜單中的IP設(shè)置，修改IP。選擇“真實控制器”，IP地址自定義為“192.168.101.xx”（“xx”請參照控制柜上標簽）。人機協(xié)作裝配研究實驗項目操作步驟實驗2：人機協(xié)作裝配研究——方法與步驟DobotSCStudio與Dobot-CR5機械臂的連接方式詳解：方法二：網(wǎng)線連接通過網(wǎng)線連接Dobot機械臂的控制柜與電腦，此時控制柜的IP地址與電腦的IP地址處于同一網(wǎng)段下。通過網(wǎng)線連接時，用戶需修改電腦的IP地址，使其與控制柜的IP地址在同一網(wǎng)段，控制柜網(wǎng)段同見控制柜標簽，具體步驟與同WIFI連接。可將電腦IP地址修改為與控制柜同一網(wǎng)段未被占用的任意IP地址，其子網(wǎng)掩碼和默認網(wǎng)關(guān)與默認網(wǎng)關(guān)與控制柜一致。人機協(xié)作裝配研究實驗項目操作步驟實驗2：人機協(xié)作裝配研究——方法與步驟人機協(xié)作裝配研究實驗項目操作步驟操作步驟二：打開“決策實驗”，進入在人機協(xié)作裝配研究實驗介紹頁面。點擊【實驗步驟】進入工序頁面可查看裝配步驟，工序共分為五步，裝配順序根據(jù)自擬協(xié)作方案決定。實驗2：人機協(xié)作裝配研究——方法與步驟人機協(xié)作裝配研究實驗項目操作步驟操作步驟三：設(shè)計人機協(xié)作裝配方案根據(jù)人、機裝配任務(wù)分別對應(yīng)的任務(wù)數(shù)。結(jié)合上述任務(wù)清單，分配裝配任務(wù)并繪制人機協(xié)作裝配方案。以下裝配任務(wù)分配方案為實驗設(shè)計示例，僅供參考。操作軟件內(nèi)置方案生成模塊，快速生成上述方案。方案將自動同步顯示至工位看板。實驗2：人機協(xié)作裝配研究——方法與步驟人機協(xié)作裝配研究實驗項目操作步驟操作步驟四：分析方案合理性及編程方案確認上述裝配分案的合理性，梳理每一步驟機械臂的點位順序及每一關(guān)節(jié)的移動操作。以步驟“抓取底盤”為例，首先對于該步驟進行點位分析。抓取底盤共分為四步，移動至物料（底盤）所在位置，打開吸盤以抓取物料，移動至操作者面前目標位置，釋放吸盤放下物料。根據(jù)上述分析，共涉及兩個點位，即起點（抓取位）和終點（釋放位）。兩點之間的運動指令共有十一種，本實驗設(shè)計調(diào)用“Go”指令。該指令以直線運動方式從一點移動到另一點。為了避免機械臂運動時碰到障礙物，同時提高運動動作的柔順型，故需要額外增加兩個運動中間點。實驗2：人機協(xié)作裝配研究——方法與步驟人機協(xié)作裝配研究實驗項目操作步驟操作步驟五：機械臂控制編程實操DobotCR5機械臂編程以工程形式來管理，其中包括存點信息、全局變量、程序文件，具體線程流程如圖所示。選擇“腳本編程”，右鍵點擊“工作空間”，選擇“新建工程”，如下圖所示。新建的工程中會同步創(chuàng)建“點數(shù)據(jù)”、“全局變量”及“src0(主線程)”三個子頁面。本實驗編程主要涉及點數(shù)據(jù)獲取、儲存、調(diào)用，以及主線程任務(wù)的程序編寫。（1）創(chuàng)建工程實驗2：人機協(xié)作裝配研究——方法與步驟人機協(xié)作裝配研究實驗項目操作步驟進入新建工程中的點數(shù)據(jù)頁面，通過示教進行機械臂位置存點，便于后續(xù)編寫程序時調(diào)用。（2）示教存點1

以步驟“抓取底盤”為例，首先對于該步驟進行點位分析。抓取底盤共分為四步，移動至物料（底盤）所在位置，打開吸盤以抓取物料，移動至操作者面前目標位置，釋放吸盤放下物料。根據(jù)上述分析，共涉及兩個點位，即起點（抓取位）和終點（釋放位）。為了避免機械臂運動時碰到障礙物，同時提高運動動作的柔順型，故設(shè)計額外增加兩個中間點。

按照上述步驟，對每個裝配步驟進行本示例共添加19個存點，其中除裝配步驟涉及的起點與終點外，還添加了部分中間點位，以便于對機械臂進行更加柔順的運動規(guī)劃。實驗2：人機協(xié)作裝配研究——方法與步驟人機協(xié)作裝配研究實驗項目操作步驟（3）程序編寫存點完成后，選擇主線程，即進入“src0”頁面，編寫機械臂運動程序。實驗使用的機械臂采用Lua語言編程，其中已經(jīng)封裝了常用的運動指令以及基本的運算和邏輯指令。本實驗為入門認知類實驗，故僅涉及部分基礎(chǔ)移動和終端控制指令。對機械臂編程感興趣的同學可自行進行課外拓展。1以步驟“抓取底盤”為例，機械臂從抓取位置到釋放位置，共調(diào)用四個點，即抓取位置P1、中間位置P2及P3、釋放位置P4。本實驗初始設(shè)備輸出端口狀態(tài)設(shè)置為ToolDO(1,ON)。抓取底盤代碼按照上述調(diào)用參數(shù)，具體如下：（4）運行編寫完成的程序，測試程序合理性，完成人機協(xié)作裝配。實