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基于数字孪生技术的高职工业机器人实训教学【摘要】本文将一种基于数字孪生技术的高职工业机器人实训教学方法提了出来。
运用离线编程智能仿真软件（KuKA工业机器人设备商提供）对工业机器人的实训教学进行辅助，发现学生更易对工业机器人的理论知识进行熟练掌握，并对工业机器人的操作技能进行有效掌握，此外还能够在一定程度上对缺乏较多的实训设备数量引发的不足之处进行弥补，从而对现有教学质量进行有效改善。
【关键词】数字孪生技术；高职工业机器人；实训教学在工业4.0实现的影响因素中，数字孪生体是一项关键技术，其是一项产品生命期管理工具，以模型信息流对全产业价值链协同进行驱动，核心为收集、聚合、分析数据并将决策性洞见提供出来等，将会将未来人类的生存环境重构起来[1]。
近年来，数字孪生体技术在智能时代到来后从一个纯工业应用领域的概念向教育领域逐渐应用，并在智能教育新生态系统中逐步成为一种手段。
国内外学者逐步在工业机械臂、柔性制作系统等设备的学习与训练中应用数字孪生体技术。
1.基于数字孪生技术的高职工业机器人实训教学系统设计1.1 实训系统框架设计基于数字孪生的工业机器人教学实训系统是一种机器人复杂编程仿真实训系统，组成成分为多系统，其在数字化仿真平台SolidEdge中集成POCUA信息交互系统、机器人控制系统、多品牌实训系统，使机器人单元从采集数据到融合信息到可视化仿真模拟的全过程得以实现。
同时，平台数据交互、开放特征提取等接口能够为拓展其他系统提供便利，将有利条件提供给数字孪生的仿真、推演等功能的实现[2]。
在工业机器人教学实训系统中，以参数化建模思想为基础，首先将虚拟数据利用起来将机器人工作单元模型构建起来，然后通过虚拟机器人作业轨迹规划对真实环境下结果的可行性进行推演，并将机器人控制器能够识别的后置程序生成，将机器人单元在同步真实场景下的运动轨迹实现。
工业机器人教学实训系统包含人机交互层、数据及核心算法层、系统支撑层、逻辑功能层4个层次，其中在整个实训系统开发中，系统支撑层是基础，包括开发工具、开发语言、操作系统；数据及核心算法层包括中间语言解析算法库、CAD模型算法库等，将整个软件的数据库系统构建起来，在机器人单元的孪生数据储存中应用；逻辑功能层面向应用将相应的功能块开发出来，包括信号绑定、后置代码生成等；人机交互层主要使软件系统和用户的信息交互得以实现，将对应的UI提供给逻辑功能层，用户能够直观操作，将输入参数、导出结果完成[3]。
工业机器人用盘式永磁电机设计与优化
李晨
【期刊名称】《机械制造与自动化》
【年(卷),期】2024(53)1
【摘要】为提升工业机器人所用电机的带负载能力,提出一种内置式盘式永磁电机。
建立内置式盘式永磁电机的三维有限元模型和盘式永磁电机转矩计算公式;通过对
内置式盘式永磁电机的电磁性能进行仿真分析,验证了模型的正确性;对电机的输出
转矩进行优化仿真,结果表明:相较于之前的表贴式永磁电机输出转矩得到了22.5%的提升。
【总页数】5页(P224-227)
【作者】李晨
【作者单位】大连交通大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH164;TP242.2
【相关文献】
1.基于Halbach阵列盘式无铁心永磁同步电机优化设计——楔形气隙结构电机
2.
新型盘式横向磁通永磁无刷电机的结构原理及设计优化3.基于永磁体轮廓设计的
盘式永磁电机转矩优化4.基于PCB的盘式无铁芯永磁电机的优化设计及矢量控制
策略5.多层绕组盘式横向磁通永磁电机的设计优化
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AUTOMOBILE EDUCATION | 汽车教育课程思政是近年来高等教育领域深化综合改革的新生事物，是对新时代高等教育更好发挥“四个服务”功能的理念创新、制度创新和实践创新[1]。
其核心就是要求在各类课程、教育教学的全过程、各方面，都要贯穿“做人做事的基本原则，社会主义核心价值观，实现民族复兴的理想和责任”这一总体目标，携手培养德才兼备的优秀人才[2]，因此，课程思想教育融入到教学过程中具有十分重大的意义。
从总体上看，课程思政教育作为一项注重全面发展的系统性工程，必须注重整体化构建，以社会主义核心价值观为引领，以全面提高人才培养质量为关键，，实现思想政治教育与知识系统教育的有机融合[3]。
本文以工业机器人编程技术课程为载体，根据课程特点，将思政要素融入课程目标、教学内容、教学方法、课程评价过程等主要教学环节，使得思政教育贯穿整个课程，使课堂更具有活力。
1 《工业机器人编程技术》课程目标在课程开课前，授课教师应对《工业机器人编程技术》课程的教学知识、能力目标等进行明确的讲解；并且要注意加强学生的工程伦理教育，将课程思政教育与课程专业知识讲授相融合，使思政元素在课程教学中运用恰当、适量，为培养学生精益求精的大国工匠精神起到画龙点睛的作用[4]。
1.1 课程教学目标本课程以ABB机器人应用工作站和虚拟仿真软件RobotStudio为载体，熟练掌握工业机器人基础编程指令，会使用离线编程软件Robotstudio软件完成离线轨迹的编程与操作；会使用工业机器人完成码垛工作站、搬运工作站、机器焊接等实例；能参加与机器人相关竞赛项目；使学生对工业机器人有较为全面、深入的学习和认识，着重强调学生综合运用所学基础理论和专业知识进行创新设计的能力[5]。
在本课程结束后，学生应当能具备从事工业机器人编程、控制和开发调试等相关工作的知识和能力储备。
1.2 课程思政目标学生在学习工业机器人编程知识的同时，让学生了解我国以工业机器人为代表的智能制造技术、自动化技术、工业4.0的发展情况，增强民族自豪感，提高爱国热情；观看大国工匠视频，以技术提高自身价值，引导学生树立正确的人生观与价值观，对学生学习、生活都产生积极的引导；养成工业安全生产意识；培养并传承爱国主义精神，增强保护环境的意识。
“双高”背景下工业机器人技术专业人才培养模式路径探究郭志冬;潘晓贝
【期刊名称】《内燃机与配件》
【年(卷),期】2024()7
【摘要】“双高”背景下高职院校特色高水平专业建设的根本着力点在于人才培
养模式的改革。
通过改革人才培养的模式,全面提升人才培养的质量,为中国装备制
造业的发展提供与之期望高度契合的优质的、高素质的高端技能型人才。
以工业机器人技术专业为例,分析了专业人才培养现状及问题,并以“双高”目标为引领,探索人才培养模式改革的路径,创新人才培养模式,从“双师队伍”,“大赛”“双创教育”等方面入手,多角度发力,培养高素质人才以对接行业企业的发展。
【总页数】3页(P150-152)
【作者】郭志冬;潘晓贝
【作者单位】三门峡职业技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP242.2
【相关文献】
1."双高"背景下高职人才培养模式改革的路径探究
2."双高"建设背景下高职旅游管理专业人才培养优化路径探究
3.“双高”背景下服务区域产业集群的专业群人才
培养模式探究4.“双高计划”背景下高职院校高质量人才培养探究——以工业机
器人技术专业为例5.双高建设背景下动漫专业人才培养模式改革探究
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创新观察—378—基于双元制模式下高职院校工业机器人专业人才培养研究与探索赵 悦1 罗 飞2 段成勇3（1.重庆工程职业技术学院；2.重庆轻工职业学院，重庆 404100；3.成都智畅信息科技发展有限公司，四川 成都 610000）型升级时期，这就需要在人才培养的过程中紧密结合当前我国制造业的实际发展情况。
高职院校在对工业机器人专业学生进行培养时，可以结合本国工业发展时期采用双元制教学模式，对学生的综合职业素养进行培养，进而促进该行业及区域性经济的发展。
1 高职工业机器人专业的基本认知 高职工业机器人专业所培养的人才，主要面向于智能制造第一生产行业，这边需要该专业人才具备一定的职业素养和创新创业精神，掌握工业机器人在生产中的理论知识及操作技术，同时该专业学生还应当具备工业机器人现场调试维护、故障诊断、现场编程等技能。
高职工业机器人专业的知识结构主要是由自动化、通信智能化、控制、机械等结合而成，因此在制定教学大纲的过程中需要将机器人专业的知识分解为职业技能模块、理论知识模块、基础素养模块，并采取层层递进的培养模式，帮助学生实现教学中的各项培养目标。
2 本土双元制人才培养模式的基本概述 双元人才培养模式起源于德国，该人才培养模式主要是指学生在接受学校理论培养的过程中，也一同接受企业的实践技能培训，将企业和学校成为人才的培养中的双元主体。
企业和学校在人才的培养过程中可以共同参与招生工作，并制定相应的人才培养目标和教学计划，企业可以安排管理人员进入学校，与校方一同对学生进行管理，学生在毕业后可以同时获得执业资格证书和校方毕业证书。
3 本土双元制模式在高职工业机器人专业中的具体实施 3.1 以产业链为主构建企业群 高职院校在开展双元制教学模式对人才进行培养，并需要对当前经济市场中参与双元制合作的企业慎重选择。
根据当前工业机器人产业链的发展模式，在校企合作过程中积极寻求上游本体及零部件制造企业，同时校方还需要对下游工业企业的应用等相关企业取得密切的联系，及时获得工业机器人市场上的第一手信息，紧紧围绕最前沿的工业机器人专业知识开设课程教学，为本土双元制教学模式奠定牢固的基础。
工业机器人结课论文学院:工程学院班级:机械1105班姓名:杨春元学号:A07110156可穿戴机器人的研究现状和面临的挑战摘要：本文以基于外骨骼的研究进展和社会不断增长的需求为背景，阐述可穿戴机器人的研究现状以及具有代表性的传感器技术。
同时，对使用特殊的基于跑步机平台的康复疗法和使用功能性电刺激疗法来完成运动修复的情况进行了回顾。
最后讨论了可穿戴机器人在智能空间中集成方面的问题，并提出了一些重要的关键技术。
关键词：可穿戴机器人，下肢体骨骼，康复机器人一.外骨骼机器人技术不像假肢那样只用最基本的设计代替人体的某些功能，外骨骼系统构成可穿戴机器人的一部分，并且被视为覆盖整个身体或者其中一部分的盔甲，旨在辅助以及改善已有的身体功能。
外骨骼机器人被用在人体外部，以辅助肌肉、神经系统或者骨骼系统的运作。
外骨骼机器人和人肢体间的认知交互作用构成信息交换，物理交互作用构成能量交换。
(一)下肢体外骨骼技术病人步态恢复的两个必要条件是：关节和控制的稳定性，最直接的解决方法就是使用矫形器。
上个世纪七八十年代，截瘫患者开始使用矫形器，通过利用系统的机械结构，病人能够在一个被动的外骨骼支撑下直立行走，但这种矫形器需要上肢的帮助才能实现。
1969年，贝尔格莱德学院Miomir Vukohratovic教授研发了第一款可以行走的运动外骨骼设备，它包括启动驱动和部分编写的运动学程序，可以产生拟人步态，该装置由严重残疾的人士进行过多次测试。
1974年一款新型电力驱动的外骨骼机器人问世，这是电机第一次作为外骨骼机器人的驱动元件。
当前，世界上有许多致力于辅助人类下肢体的外骨骼研究工作组，主要成就如下：●日本东京御茶水女子大学研发了一种基于直流电机使用双自由度(髋关节和膝关节)运动下肢体矫形器。
该装置已经进行了T12级的评估，主体受伤级别有T5、T8、Tll和T12。
穿戴者的运动利用运动标识(基于摄像机的运动分析系统)进行分析÷该装置的评测显示，所有主体均能正常行走而不会倒下，并且膝关节和髋关节促进器还能提高步伐速度和增加步伐长度。
●日本东京大学研发了用于人类下肢体的、有着双关节肌肉功能的液压伺服系统的矫形器。
这一设备不仅确保了使用者步伐训练舒适度，而且也不影响其正常的走路方式。
●美国德拉瓦大学机械工程学院的研究人员研发了一款灵活的外驱动腿外骨骼的设备(ALEX)。
这一设备被安装在膝关节和髋关节处，用来辅助穿戴者行走。
该设备已经在健康人的部位测试过，成功地演示了在训练过程中通过选择控制病人的正常步伐而进行不同的行走。
●英国索尔福德大学的研究人员发明了一种10自由度可活动下肢装置。
为让下肢关节部位获得更好的灵活性和重复使用性，该装置选用气动人工肌肉提供动力。
●伯克利下肢末端外骨骼(简称BLEEx)是由加利福利亚大学提出来的一项外骨骼技术。
该设计旨在提高穿戴者力量和耐力方面的能力，而且可以允许穿戴者背部负重。
BLEEX可以用于军队士兵、野地消防队员、救灾人员等，或者处理其他一些紧急情况。
（二）单关节矫形器1.膝关节矫形器膝关节主要负责对人在行走、站立、下蹲等弯曲伸展运动过程中股骨和胫骨间角度变化的控制。
在膝关节附近设计一个矫正装置尤其重要，这个关节一般用矢状平面内代表膝盖运动的单自由度模型来表示，它是身体保持稳定性和灵活、自然运动的关键因素。
下面介绍一些膝关节矫形器的设计和膝关节运动控制方面的研究进展。
●Yohotics公司由麻省理工实验室衍生发展而来，该公司已经发明了一种称为RohoKnee的可操纵下肢矫形装置。
R0hoKnee设计用来帮助大腿肌肉群(股四头肌和股后肌群)在人体站立、行走、攀爬等运动时膝关节的弯曲和伸展。
●瑞士洛桑大学为膝关节弯曲伸展发明了一种自动膝盖矫形模型。
刺激股四头肌肌肉以运动学功能和动力学参数闭环控制来实现。
膝关节的转矩和角位移进行实时计算，膝盖矫形器的运动依靠电机来保证实现。
该项研究已经被引人健康学科和下肢及全身瘫痪学科。
●Fleischer和Hommel发明了一种动力矫形器，当人体进行一般运动(站立、行走、攀爬等)时，在膝盖关节弯曲和伸展过程中，用来辅助大腿肌肉运动，通过评估电信号，引导矫正装置。
●日本东北大学机器人技术和机电一体化实验室的研究人员发明了一种膝盖矫正装置，该装置带有双电流变流体制动器，可以水平支撑膝盖、实时测量膝关节扭矩以及抵挡人体膝盖平均扭矩的25％。
●为了降低对大腿肌肉的过度使用，密歇根大学的研究人员发明了一种灵活的护具。
这种护具在平行于膝盖的部分添加了一根牵引弹簧，目的在于兼容外骨骼机器人，从而辅助人类实现奔跑运动。
2.踝足矫形器踝足矫形器是一种单关节矫正装置，用来辅助和支撑踝关节的运动，它在人类行走过程中起着重要作用。
在进行足康复运动时，它也被用来固定踝关节。
第一个踝足矫形器出现在20世纪60年代，以下介绍世界上已经出现的一些新颖的机械矫形装置。
●Sawicki和Fe玎is发明了一种轻巧型踝足矫形器，这种矫形器采用气动人造肌肉来支撑人在行走时的踝背屈和跖屈。
●Norris等人已经发明了一种关节驱动矫形器，通过气动人工肌肉在踝关节处提供额外运动。
这项研究旨在探索如何用一种简单的控制算法来增强推力和改变运动与稳态下新陈代谢的消耗。
●Blaya和Herry已经发明了一种解决足下垂问题的阻抗可变踝足矫形器。
该方案基于通过人的步行周期来控制矫形关节阻抗。
他们已经证实，相比配备没有刚化或者不断刚化的关节控制的踝足矫形器，变阻抗矫形装置更具备临床优势。
二．可穿戴机器人的传感器技术目前，可穿戴机器人相关技术发展迅速，驱动和能源方面存在很多挑战，自然人机交互(机械驱动)和认知人机交互(反馈测量、控制)的安全性也被严格要求，这也影响了可穿戴机器人的最小化和便携性。
传感器在监控、测试和下肢运动的控制方面起着重要的作用，他们主要包括运动学(角度位置、速度和加速度)、动力学(肌肉活动)、力以及力矩传感器。
(一)运动测量与运动跟踪穿戴者身体的运动学测量(位置、速度和加速度)和运动跟踪可以用不同的传感器实现，以下是用于跟踪和记录下肢运动的主要元器件。
●电测角计是一种用于测量关节角位置工具。
它基本包括一个电位计和两个转臂，关节的中心位置应该与两个互联臂的电位计中心相匹配，关节的旋转在计算之后作为电位计变化的一个函数j电测角计的缺点是电位计刻度要求十分精确，由电测角计传送的角度位置信息需要建立和测试不同的控制方案。
●使用陀螺仪确定肢体运动的方向和角速度，还可以用来测量旋转的人体运动而不受重力的影响，并对角位移进行单一集成。
●基于视频的动作捕捉系统是使用固定在重要关节处的被动标记点来记录穿戴者的运动，这些重要的关节部位包括：肩、肘、臀、膝盖和踝。
运动学数据由给出的样本采样获得。
这种运动分析系统主要使用在康复领域。
（二）生物电活动传感器当处理可穿戴机器人应用时，主要使用肌电图记录。
肌电图主要测量肌肉在收缩时的肌肉活动，并通过表面电极进行记录：肌电图可以被用来确定肌肉是否参与运动。
例如，肌肉产生的力．通过对位于大腿部位肌肉(屈肌和伸肌)运动测量的肌电图信号确定，并构成一个反馈系统的一部分：这些传感器的主要缺点是它们对电极位置非常敏感，会引起错误判断。
（三）力和压力传感器力和压力传感器通常用来实现阻抗反馈控制：力矩传感器可以用来测量使用者的腿和外骨骼间相互作用，压力传感器用于大腿支撑处对肌肉运动的测量，这个压力信号被认为是与膝关节角度成正比的，他们也被用于测量鞋底面的反作用力。
其他使用在外骨骼上的力和压力传感器用来确定受力、拉力、压力和加速度。
三．可穿戴机器人面临的挑战可穿戴机器人和驱动型外骨骼不再是一种科幻，这个领域正吸引着越来越多的人，商业机器人外骨骼产品将有望在数年内面世。
日常生活中残疾人或者老年人能力的改善是设计外骨骼应考虑的关键问题。
因此，外骨骼的改进要与对生理现象更好地理解紧密联系起来。
运动矫形器的发展面临两大主要挑战：减少穿戴者新陈代谢能量消耗和外骨骼驱动能量需求最小化。
这些问题的解决对外骨骼的改进有重要意义，尤其是在低负载和高效率方面。
能量来源的开发问题也是所有驱动装置普遍面对的问题。
这项因素既影响设备的便携性，还影响到装置的设计。
这个难题已经促使了很多研究者去寻找新的、创新的、基于动力学和复杂的反馈控制等解决方案。
虽然下肢矫形器的发展已经取得比较大的进步，但是一系列挑战性的问题仍然需要得到解决。
安全性。
因为很多试验都是在室内而且有操作者参与的情况下完成的，所以，到目前为止，还没有一个可行有效的标准来衡量使用者与辅助装置间交互的安全性。
在使用辅助装置过程中，全程符合适用于残疾人和老年人的标准化的安全规范是很重要的。
为了满足安全性和可靠性的严格要求，可穿戴机器人应该整合冗余的机电系统装置，附加的安全约束也应该考虑，比如限制能量的输出、操作的速度以及使用机械手臂的驱动等。
此外，控制系统必须对所有的力和力矩进行探测和控制。
可接受性。
许多训练周期必须按照穿戴者的个体情况制定，这是因为每个人适应装置的能力都有所不同。
就控制矫形装置而育，机电系统界面应该简单、直观，装置必须舒适、无声和易接受。
任何辅助技术设计必须考虑最终使用者的需求、愿望以及能力．最终使用者以及其他的辅助技术人员可以帮助研究者分析当前的情况和未来的发展方式。
穿戴者和装置间的交互。
穿戴者在感觉安全和舒适的情况下，穿戴设备的适应能力也会更好。
为了维持穿戴者运动的自然性，矫形器装置的控制应该建立在生理信号的基础上。
但是，肌肉驱动和机器人关节的力之间复杂的交互过程，为穿戴者学习这种非自然的交互增加了困难。
用于持续监测和健康管理控制的高水平网络结构与装置问的交互作用。
如前所述，目前智能空间中可穿戴机器人的使用仍然存在一些挑战，例如：如何将机器人单元集成进人到智能空间网络中，使得网络可以监测和持续辅助穿戴者适应日常生活的不同环境?如何依靠整合如倾向、情感、精神状态、肌肉活动、生理信号、位置、活动类型等来模拟以及开发穿戴者的环境?能量存储系统对于可穿戴设备的便携性来说至关重要。
由于需要相对高的效能和效率，电池、燃料单元和混合动力是目前可穿戴机器人最普遍使用的能量源，其他类型的驱动也有使用，比如超声波马达或者气动人工肌肉。
