CN113160644A - 模块化设计的焊接工业机器人智能培训平台及培训方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模块化设计的焊接工业机器人智能培训平台及培训方法，包括相互连接和通讯的示教器模块、电控柜模块以及本体模拟显示模块；示教器模块包括手持外设和触摸屏主机，用于学员进行操作控制并发出控制指令；电控柜模块包括主控电脑、安装面板以及配套按钮，用于接收示教器模块发出的控制指令，解算和模拟出工业机器人的呈现状态数据并实时生成模拟显示信号；本体模拟显示模块用于接收所述模拟显示信号，实时建立工业机器人本体姿态和操作空间的模拟影像。本发明解决了焊接工业机器人培训过程中面临的设备昂贵、影响生产、环境污染、安全隐患、品牌差异、应用场合差异等多方面的障碍，使得学员能高效地学习焊接工业机器人的各项操作。

Description

模块化设计的焊接工业机器人智能培训平台及培训方法

技术领域

本申请涉及工业机器人技术领域，特别是涉及一种模块化设计的焊接工业机器人智能培训平台及培训方法。

背景技术

工业机器人在汽车、机械、航空航天、船舶、化工等领域得到了越来越广泛的应用，相应的对工业机器人技术专业的人才需求也越来越大。大量使用工业机器人是近几年来制造型企业转型升级的一个重要突破点，焊接作为工业机器人的典型应用之一，一直是制造型企业的核心升级要点。

但是如何培养焊接工业机器人操作、管理人员，以及如何将传统手工焊制造工人进行现代化转型一直面临着许多阻碍，如工业机器人设备昂贵、培训影响生产进度、焊接过程存在粉尘和强光污染、存在安全隐患、市场品牌众多、应用场合各异等。设计培训平台和培训方法来辅助工业机器人的培训成为一种较好的解决方案。

目前针对工业机器人设计的培训平台和培训方法存在以下缺点：1、部分发明依旧采用机械结构替代工业机器人进行培训，在培训过程中存在安全隐患；2、机械结构的培训平台仅能侧重于某一特定结构的工业机器人进行培训，无法满足企业对多品牌、多类型工业机器人的培训需求；3、对于培训评价规则多采用行业规程、设备手册为对比数据，未能结合企业员工实际工作对象与条件进行定制化评价规则；4、培训结束后无法根据企业实际需求提出培训学员定制化的提升建议。

因此，在焊接工业机器人的培训应用中，迫切需要一种既能保障安全又有良好效果的智能培训平台及培训方法。

发明内容

基于现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供的一种焊接工业机器人智能培训平台及培训方法，解决了焊接工业机器人培训过程中面临的设备昂贵、影响生产、环境污染、安全隐患、品牌差异、应用场合差异等多方面的障碍，使得学员能高效地学习焊接工业机器人的各项操作。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种模块化设计的焊接工业机器人智能培训平台，包括相互连接和通讯的示教器模块、电控柜模块以及本体模拟显示模块；其中，

示教器模块，包括配置有多种功能的手持外设和内置有多种模拟程序的触摸屏主机，用于学员进行操作控制并发出控制指令；

电控柜模块，包括用于处理数据的主控电脑、均布有多个按钮插槽的安装面板以及多个不同类型的配套按钮，用于接收所述示教器模块发出的控制指令，解算和模拟出工业机器人的呈现状态数据并实时生成模拟显示信号；

本体模拟显示模块，用于接收所述电控柜模块实时生成的模拟显示信号，采用虚拟现实技术的方式实时建立工业机器人本体姿态和操作空间的模拟影像；

所述主控电脑内置有培训评价系统，并在所述培训评价系统中引入包括标准通用规则、企业生产规则、熟练人员操作记录数据在内的焊接工业机器人操作评价规则数据；

学员手持并操作控制所述示教器模块，由所述电控柜模块实时生成工业机器人本体姿态的模拟显示信号，由所述本体模拟显示模块实时建立工业机器人本体姿态的模拟影像，由所述培训评价系统按操作顺序存储和记录学员的操作数据信号，对比分析学员的操作数据与所述评价规则数据得到学员操作的评价总分并输出具有个性化的培训评价报告。

进一步的，所述培训评价系统包括相互连接和通讯的用户信息管理模块、数据处理模块、评价规则管理模块、智能评价模块以及结果管理模块；其中，

用户信息管理模块，内置信息/程序至少包括学员基本信息、类型选择、培训记录、培训账号，用于根据培训目标对学员进行分类；

数据处理模块，用于接收所述示教器模块发送过来的直接操作信息和/或主控电脑发送过来的焊接程序代码信息，将各信息按照操作顺序进行存储并记录各信息之间的接收到达时间；

评价规则管理模块，内置信息/程序至少包括规则导入、规则查看、规则修改、规则删除、规则分类，用于存储用于评价学员的评价规则数据；

智能评价模块，用于采用模糊综合评价方法对学员操作数据中各项指标的权重建立数学模型，对比分析学员的操作数据与所述评价规则数据进而得到学员操作的评价总分，并对学员的成绩进行分类；

结果管理模块，内置信息/程序至少包括培训评价结果显示、结果打印、结果导出、结果保存，用于显示培训学员操作的各项得分情况和与所述评价规则数据的对比信息。

进一步的，所述手持外设包括外设主体，所述外设主体的中间开设有用于安装所述触摸屏主机的凹槽、外围分别设有第一急停按钮、摇杆、使能按钮、自定义按钮，所述凹槽内设有外设接口；

所述触摸屏主机内置有多种示教器模拟程序，包括主机主体，所述外设主体的中部为触摸显示屏、侧边设有与所述外设接口对接的主机接口；

所述手持外设上的第一急停按钮、摇杆、使能按钮、自定义按钮均是通过所述触摸屏主机进行信号采集和功能设置。

进一步的，所述电控柜模块还包括电控箱体和液晶显示屏，主控电脑内置于所述电控箱体并连接到所述液晶显示屏、安装面板与所述电控箱体相互扣合，多个配套按钮安装在所述安装面板上；其中，

所述主控电脑包括电脑主体，所述电脑主体的外围至少设置有电源接口、通讯接口以及信号输送接口；

所述安装面板包括面板主体，所述面板主体中部均匀开设有多个用于安装所述配套按钮的按钮插槽；

所述多个配套按钮至少包括普通按钮、第二急停按钮、普通旋钮、钥匙旋钮以及指示灯按钮，均为可拆卸安装和自由布局。

进一步的，每个所述配套按钮的端部均具有按钮接口，所述按钮接口与按钮插槽配套使用；

由主控电脑对所述配套按钮进行状态监控，由示教器模块对所述配套按钮进行通讯信号定义。

进一步的，所述用户信息管理模块根据培训目标将学员分为初级学员和提升学员；其中，

所述初级学员的培训内容包括平焊、横焊、立焊、仰焊操作，选用的评价规则数据包括国际标准、行业标准、操作手册与焊接通用操作规程，评价内容包括操作的安全操作规范、焊接基本参数、焊接基本工艺、焊接运动轨迹；

所述提升学员的培训内容为指定的复杂工件焊接，选用的评价规则数据包括按照企业实际生产情况定制和企业熟练人员的操作记录数据，评价内容包括特殊工艺、特殊工况、焊接效率、操作速度方面。

进一步的，所述初级学员的评价规则数据中具体评价指标至少包括焊接形式、接口形式、坡口形式、焊接方向、焊接层数、焊枪与焊件角度、电流参数、焊丝型号、焊丝拉长量、焊丝送料速度、焊点运动轨迹、焊枪移动速度以及启动、停止时各按钮操作顺序；

所述提升学员的评价规则数据中具体评价指标至少包括特殊工艺参数、特殊工艺流程、焊接总时长、操作反应时长与总时长、与熟练人员操作的重合程度。

进一步的，所述虚拟现实技术为全息投影技术或AR技术中的任意一种

本发明还提供一种焊接工业机器人智能培训方法，应用如前文所述的焊接工业机器人智能培训平台进行以下步骤：

S1、根据不同的培训任务或实际需要，选择外形和功能配置合适的示教器模块，并通过触摸屏主机对手持外设上的各按钮进行信号采集和功能设置；

S2、学员手持示教器模块进行操作控制并发出控制指令；

S3、由电控柜模块接收所述示教器模块发出的控制指令，解算和模拟出工业机器人的呈现状态数据并实时生成模拟工业机器人本体姿态的显示信号；

S4、由本体模拟显示模块接收所述电控柜模块实时生成的模拟工业机器人本体姿态的显示信号，采用虚拟现实技术的方式实时建立工业机器人本体姿态和操作空间的模拟影像；

S5、由所述培训评价系统按操作顺序存储和记录学员的操作数据信号，并记录各个信号的接收到达时间；

S6、采用模糊综合评价方法对所述学员的操作数据中各项指标的权重建立数学模型；

S7、将所述学员的操作数据与引入的评价规则数据进行对比分析，得到学员操作的评价总分并对学员的成绩进行分类；

S8、在液晶显示屏上显示学员操作的各项得分情况和与所述评价规则数据的对比信息，并最终输出具有个性化的培训评价报告。

进一步的，步骤S1之后还可以包括以下步骤：

S11、根据培训目标对学员进行分类；

S12、针对不同级别的学员，引入相应的焊接工业机器人操作评价规则数据。

与现有技术相比，本发明的有益之处是：

一、本发明采用模块化设计，通过将与操作密切相关的示教器、电控柜设计成模块化柔性结构，可灵活模拟各种类型的示教器、电控柜；利用虚拟现实技术模拟各类工业机器人的实时运动，让学员的动作、触觉、视觉都处于全真模拟环境下，对培训效果有明显提升作用且培训过程中无运动的机械结构，确保了培训过程的安全可靠。

二、本发明通过示教器模块、电控柜模块和本体模拟显示模块的模拟显示，能够满足多种类型的工业机器人的培训需求，操作灵活逼真、适用范围广、成本低廉；解决了焊接工业机器人在培训过程中面临的设备昂贵、影响生产、环境污染、安全隐患、品牌差异、应用场合差异等的障碍，使得学员能高效地学习焊接工业机器人各项操作。

三、本发明针对学员的情况进行分级评价，使得评价规则和评价结果更具有针对性；同时针对不同级别的学员，在评价规则中引入了包括标准通用规则、企业生产规则、熟练人员操作记录数据在内的焊接工业机器人操作评价规则数据，从而形成了符合企业员工实际工作情况的操作评价规则。

四、本发明将学员的操作数据与引入的评价规则数据进行对比分析，得到学员操作的评价总分并对学员的成绩进行分类，在液晶显示屏上显示学员操作的各项得分情况和与所述评价规则数据的对比信息并最终输出具有个性化的培训评价报告，让学员直观、清晰地了解不足之处，从而实现有针对性的高效培训。

附图说明

图1为本发明所述焊接工业机器人智能培训平台的结构示意图；

图2为其中一个实施例中示教器模块的结构示意图；

图3为其中一个实施例中手持外设的结构示意图；

图4为另一个实施例中手持外设的结构示意图；

图5为其中一个实施例中触摸屏主机的结构示意图；

图6为触摸屏主机其中两种模拟程序的界面显示图；

图7为其中一个实施例中电控柜模块的结构示意图；

图8为其中一个实施例中主控电脑的结构示意图；

图9为其中一个实施例中安装面板的结构示意图和按钮插槽的局部放大图；

图10为多种类型配套按钮的外形示意图；

图11为其中一种配套按钮的结构示意图；

图12为培训评价系统的模块组成和各模块的功能展示图；

图13为培训评价系统各模块的应用图；

图14为主控电脑的工作原理图；

图15为学员与评价规则中熟练人员操作数据对比图；

图16为本发明所述焊接工业机器人智能培训方法的流程示意图；

图中：1、示教器模块；2、电控柜模块；3、本体模拟显示模块；4、培训评价系统；11、手持外设；12、触摸屏主机；111、外设主体；112、第一急停按钮；113、摇杆；114、使能按钮；115、自定义按钮；116、外设接口；121、主机主体；122、主机接口；21、电控箱体；22、主控电脑；23、安装面板；24、配套按钮；221、电脑主体；222、电源接口；223、通讯接口；224、信号输送接口；231、面板主体；232、按钮插槽；241、普通按钮；242、第二急停按钮；243、普通旋钮；244、钥匙旋钮；245、指示灯按钮；246、按钮接口；41、用户信息管理模块；42、数据处理模块；43、评价规则管理模块；44、智能评价模块；45、结果管理模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在一个实施例中，如图1所示，本发明提供了一种模块化设计的焊接工业机器人智能培训平台，用以解决焊接工业机器人培训过程中面临的设备昂贵、影响生产、环境污染、安全隐患、品牌差异、应用场合差异等多方面的障碍问题，并能使学员能够高效地学习焊接工业机器人的各项操作。传统工业机器人主要由三大硬件部分组成，包括示教器、控制柜、机器人本体，在进行工业机器人操作培训时，学员需要综合应用这三大部分才能较好地掌握工业机器人的操作。本发明也是由三大部分组成，包括相互连接和通讯的示教器模块1、电控柜模块2以及本体模拟显示模块3，其中，所述示教器模块1用于学员进行操作控制并发出控制指令，所述电控柜模块2用于接收所述示教器模块1发出的控制指令，解算和模拟出工业机器人的呈现状态数据并实时生成模拟显示信号，所述本体模拟显示模块3用于接收所述电控柜模块2实时生成的模拟显示信号，采用虚拟现实技术的方式实时建立工业机器人本体姿态和操作空间的模拟影像，以便于培训过程中学员随时安全地观察工业机器人的运动状态。

示教器为工业机器人操作员的手持终端，不同品牌和型号的工业机器人示教器存在外形、握持方式、按键布局、按键功能、操作界面方面的较大差异，导致在进行工业机器人操作培训时，难以提供实际应用的示教器直接学习。为此，本发明提供了一款模块化设计的示教器，如图2所示，所述示教器模块1包括配置有多种功能的手持外设11和内置有多种模拟程序的触摸屏主机12。

其中，所述手持外设11可以设计为多种外形，配置多种功能，可通过快速更换与生产设备类似的手持外设进行工业机器人操作培训。在其中一个实施例中，如图3所示，所述手持外设11包括外设主体111，所述外设主体111的中间开设有用于安装所述触摸屏主机12的凹槽、外围分别设有第一急停按钮112、摇杆113、使能按钮114、自定义按钮115等模拟实际示教器的物理按钮，还可以根据需要加装其他类型的按钮，所述凹槽内设有与所述触摸屏主机12对接的外设接口116，实现供电和通讯。如图4所示为另一个实施例中手持外设的外形图，区别仅在于外形，功能上大同小异。

在其中一个实施例中，如图5所示，所述触摸屏主机12包括主机主体121，所述外设主体111的中部为可操控的触摸显示屏、侧边设有与所述外设接口116对接的主机接口122；所述触摸屏主机12内置有多种示教器模拟程序，如图6所示为其中的两种模拟程序界面，可以根据学员的真实需求选择类似界面与操作的程序，使用灵活。

所述手持外设11上安装的第一急停按钮112、摇杆113、使能按钮114、自定义按钮115均是通过所述触摸屏主机12进行信号采集和功能设置。学员在进行培训时，可以自主根据实际需要，选择合适的示教器模拟程序和手持外设，实现学员在动作和触觉上最大程度的模拟真实环境，包括逼真的操作空间和操作反馈体验。

在焊接工业机器人培训中，熟练操作电控柜也是极其重要的环节，不同工业机器人品牌和型号的电控柜在布局、功能上存在较大差异，同样难以提供实际应用的电控柜进行培训。为此，本发明提供了一种模块化设计的电控柜，在其中一个实施例中，如图7所示，所示电控柜模块2包括用于处理数据的主控电脑22、均布有多个按钮插槽的安装面板23以及多个不同类型的配套按钮24。更具体的，如图14所示，所述主控电脑22主要负责接收所述示教器模块1和配套按钮24的信号输入、检测所述安装面板23上的按钮状态信号、输出信号至示教器模块1、输出信号至安装面板23上的指示灯按钮、输出焊接工业机器人本体运动模拟的显示信号至本体模拟显示模块3。

在其中一个实施例中，所述本体模拟显示模块3为全息投影设备或AR设备中的任意一种；所述虚拟现实技术为全息投影技术或AR技术中的任意一种；使得学员在培训过程中能够随时安全地观察焊接机器人的运动状态。

在其中一个实施例中，如图7所示，所述电控柜模块2还包括电控箱体21和液晶显示屏，主控电脑22内置于所述电控箱体21并连接到所述液晶显示屏、安装面板23与所述电控箱体21相互扣合，多个配套按钮24安装在所述安装面板23上，当需要接线或加装、更换配套按钮24时，可直接打开安装面板23进行操作。

更具体的，如图8所示，所述主控电脑22包括电脑主体221，所述电脑主体221的外围至少设置有电源接口222、通讯接口223以及信号输送接口224，从而实现供电、通讯和信号输送。所述主控电脑22根据接收到的信号模拟出工业机器人的工作状态，并生成模拟工业机器人本体姿态的显示信号以及供示教器模块1和指示灯按钮用的反馈信号。

在其中一个实施例中，如图9所示，所述安装面板23包括面板主体231，所述面板主体231中部均匀开设有多个用于安装所述配套按钮24的按钮插槽232，预留足够的按钮插槽232以备配套按钮24的数量增加。

更具体的，如图10所示，所述多个配套按钮24至少包括普通按钮241、第二急停按钮242、普通旋钮243、钥匙旋钮244以及指示灯按钮245，也可以根据需要选择其他按钮，这些按钮均为可拆卸安装和自由布局。

更具体的，如图11所示，每个所述配套按钮24的端部均具有按钮接口246，所述按钮接口246与按钮插槽232配套使用，一个按钮插槽232对应安装一个配套按钮24。

学员在培训时，可以根据实际生产所用电控柜按钮布局，挑选出所需配套按钮装配成布局类似的培训用电控柜；布局好之后，由主控电脑22对所述配套按钮24进行状态监控，由示教器模块1对所述配套按钮24进行通讯信号定义，进一步实现学员在动作和触觉上最大程度地模拟真实环境。

优选的，所述主控电脑22内置有培训评价系统4，并在所述培训评价系统4中引入包括标准通用规则、企业生产规则、熟练人员操作记录数据在内的焊接工业机器人操作评价规则数据。

在其中一个实施例中，如图12至图13所示，所述培训评价系统4包括相互连接和通讯的用户信息管理模块41、数据处理模块42、评价规则管理模块43、智能评价模块44以及结果管理模块45。

更具体的，所述用户信息管理模块41内置信息/程序至少包括学员基本信息、类型选择、培训记录、培训账号，首先根据学员的培训目标，将培训用户分为两类：初级学员和提升学员；

所述初级学员为零基础接触焊接工业机器人的学员，培训内容包括基本的平焊、横焊、立焊、仰焊操作；评价内容包括操作的安全操作规范、焊接基本参数、焊接基本工艺、焊接运动轨迹；主要针对完成基本的焊接机器人操作进行培训和评价；

所述提成学员为具备一定焊接工业机器人操作技能、熟悉常见焊接工艺的学员，培训内容为指定的复杂工件焊接，增加的评价内容包括特殊工艺、特殊工况、焊接效率、操作速度方面；主要针对熟练掌握企业实际焊接技巧进行定制化培训与评价。

更具体的，所述数据处理模块42用于接收所述示教器模块1发送过来的如急停、使能、启动、手/自动切换等直接操作信息和/或主控电脑22发送过来的焊接程序代码信息，将各信息按照操作顺序进行存储并记录各信息之间的接收到达时间。

更具体的，所述评价规则管理模块43内置信息/程序至少包括规则导入、规则查看、规则修改、规则删除、规则分类，用于存储用于评价学员的评价规则数据。对所述初级学员的评价规则数据至少包括焊接相关国际标准、行业标准、操作手册和焊接通用操作规程，评价规则数据中具体评价指标包括以下内容：

（1）焊接形式：单面焊、双面焊；

（2）接口形式：对接、角接、T型接口、十字接口、搭接、端接；

（3）坡口形式：X型、V型、U型；

（4）焊接方向：左焊、右焊；

（5）焊接层数：单层焊、多层焊、多层多道焊；

（6）焊枪与焊件角度；

（7）电流参数；

（8）焊丝型号；

（9）焊丝拉长量；

（10）焊丝送料速度；

（11）焊点运动轨迹；

（12）焊枪移动速度；

（13）启动、停止时各按钮操作顺序；

对所述提升学员选用的评价规则数据包括按照企业实际生产情况定制和企业熟练人员的操作记录数据，评价规则数据中具体评价指标包括以下内容：

（一）特殊工艺参数（如指定焊丝型号、指定电流等）；

（二）特殊工艺流程（如指定焊接层数，指定预先点焊等）；

（三）焊接总时长；

（四）操作反应时长与总时长；

（五）与熟练人员操作的重合程度。

更具体的，所述智能评价模块44用于采用模糊综合评价方法对学员操作数据中各项指标的权重建立数学模型，对比分析学员的操作数据与所述评价规则数据进而得到学员操作的评价总分，并对学员的成绩进行分类；具体如下：

为便于对学员操作进行评价，对初级学员分类为：优秀、合格、不合格三个等级，提升学员分类为：熟练、符合、生疏三个等级；

将所有评价指标进行分类：

1、选择性指标：指学员必然会采用指标中的某一项，可通过学员操作是否与指标一致来评价；具体包括初级学员指标（1）-（5），和提升学员指标（一）-（二）；

2、符合性指标：指学员可以有无数种操作可能，可通过学员操作与指标的符合程度来评价；具体包括初级学员指标（6）-（13），和提升学员指标（三）-（五）。

由于焊接工业机器人操作过程中涉及到的因素众多，因素之间的联系复杂，采用模糊综合评价方法进行综合评价，将各项评价指标转变为可代表指标权重的数学模型，其中，涉及到人、机安全的指标按照“一票否决制”进行单独判定，出现操作安全事故一律直接评价为最低等级。

通过模糊综合评价方法得到学员操作总分，设置评价级别如下：

①100-90分（优秀、熟练）；

②60-89分（合格、符合）；

③0-59分（不合格、生疏）。

更具体的，所述结果管理模块45内置信息/程序至少包括培训评价结果显示、结果打印、结果导出、结果保存，用于显示培训学员操作的各项得分情况和与所述评价规则数据的对比信息；

对于初级学员，评价结果将展示学员在所有评价规则指标上的得分情况，对单项得分低于该项总分50%的指标显示红色，引起学员注意；

对提升学员，除展示评价规则指标的得分情况外，还将展示学员与评价规则中的熟练人员操作数据对比信息，如图15所示，对比方式如下：

（1）将开启电源、TCP定位完成、第一次焊接开始、第一次焊接结束、清理焊枪、第N次焊接开始、第N次焊接结束、关闭电源等几类容易识别的固定操作作为对比节点；

（2）按两个对比节点中的数据为一组，分组在同一屏幕（液晶显示屏）的两侧分别展示学员和评价规则数据内的操作数据，包括操作设备（示教器模块、电控柜模块）的信号数据和焊接程序代码数据；直观清晰显示学员与熟练人员操作的差异性。

具体使用时，学员手持并操作控制所述示教器模块1，由所述电控柜模块2实时生成工业机器人本体姿态的模拟显示信号，由所述本体模拟显示模块3实时建立工业机器人本体姿态的模拟影像，由所述培训评价系统4按操作顺序存储和记录学员的操作数据信号，对比分析学员的操作数据与所述评价规则数据得到学员操作的评价总分并输出具有个性化的培训评价报告。具体使用步骤可参照本发明下文所述的培训方法。

在一个实施例中，本发明还提供一种焊接工业机器人智能培训方法，如图16所示，应用如前文所述的焊接工业机器人智能培训平台进行以下步骤：

S1、根据不同的培训任务或实际需要，选择外形和功能配置合适的示教器模块1，并通过触摸屏主机12对手持外设11上的各按钮进行信号采集和功能设置；

S2、学员手持示教器模块1进行操作控制并发出控制指令；

S3、由电控柜模块2接收所述示教器模块1发出的控制指令，解算和模拟出工业机器人的呈现状态数据并实时生成模拟工业机器人本体姿态的显示信号；

S4、由本体模拟显示模块3接收所述电控柜模块2实时生成的模拟工业机器人本体姿态的显示信号，采用虚拟现实技术的方式实时建立工业机器人本体姿态和操作空间的模拟影像；

S5、由培训评价系统4按操作顺序存储和记录学员的操作数据信号，并记录各个信号的接收到达时间；

S6、采用模糊综合评价方法对所述学员的操作数据中各项指标的权重建立数学模型；

S7、将所述学员的操作数据与引入的评价规则数据进行对比分析，得到学员操作的评价总分并对学员的成绩进行分类；

S8、在液晶显示屏上显示学员操作的各项得分情况和与所述评价规则数据的对比信息，并最终输出具有个性化的培训评价报告。

优选的，步骤S1之后还可以包括以下步骤：

S11、根据培训目标对学员进行分类；

S12、针对不同级别的学员，引入相应的焊接工业机器人操作评价规则数据。

在一个实施例中，主控电脑22主要包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和输入装置。其中，该主控电脑的处理器用于提供计算和控制能力；该主控电脑的存储器包括非易失性存储介质、内存储器；该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序；该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境；该主控电脑的网络接口用于与外部的终端（示教器模块、液晶显示屏等）通过网络连接通讯；该计算机程序被处理器执行时以实现一种焊接工业机器人智能培训方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述方法的实施例流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种模块化设计的焊接工业机器人智能培训平台，其特征在于，包括相互连接和通讯的示教器模块（1）、电控柜模块（2）以及本体模拟显示模块（3）；其中，

示教器模块（1），包括配置有多种功能的手持外设（11）和内置有多种模拟程序的触摸屏主机（12），用于学员进行操作控制并发出控制指令；

电控柜模块（2），包括用于处理数据的主控电脑（22）、均布有多个按钮插槽的安装面板（23）以及多个不同类型的配套按钮（24），用于接收所述示教器模块（1）发出的控制指令，解算和模拟出工业机器人的呈现状态数据并实时生成模拟显示信号；

本体模拟显示模块（3），用于接收所述电控柜模块（2）实时生成的模拟显示信号，采用虚拟现实技术的方式实时建立工业机器人本体姿态和操作空间的模拟影像；

所述主控电脑（22）内置有培训评价系统（4），并在所述培训评价系统（4）中引入包括标准通用规则、企业生产规则、熟练人员操作记录数据在内的焊接工业机器人操作评价规则数据；

学员手持并操作控制所述示教器模块（1），由所述电控柜模块（2）实时生成工业机器人本体姿态的模拟显示信号，由所述本体模拟显示模块（3）实时建立工业机器人本体姿态的模拟影像，由所述培训评价系统（4）按操作顺序存储和记录学员的操作数据信号，对比分析学员的操作数据与所述评价规则数据得到学员操作的评价总分并输出具有个性化的培训评价报告。

2.根据权利要求1所述模块化设计的焊接工业机器人智能培训平台，其特征在于，所述培训评价系统（4）包括相互连接和通讯的用户信息管理模块（41）、数据处理模块（42）、评价规则管理模块（43）、智能评价模块（44）以及结果管理模块（45）；其中，

用户信息管理模块（41），内置信息/程序至少包括学员基本信息、类型选择、培训记录、培训账号，用于根据培训目标对学员进行分类；

数据处理模块（42），用于接收所述示教器模块（1）发送过来的直接操作信息和/或主控电脑（22）发送过来的焊接程序代码信息，将各信息按照操作顺序进行存储并记录各信息之间的接收到达时间；

评价规则管理模块（43），内置信息/程序至少包括规则导入、规则查看、规则修改、规则删除、规则分类，用于存储用于评价学员的评价规则数据；

智能评价模块（44），用于采用模糊综合评价方法对学员操作数据中各项指标的权重建立数学模型，对比分析学员的操作数据与所述评价规则数据进而得到学员操作的评价总分，并对学员的成绩进行分类；

结果管理模块（45），内置信息/程序至少包括培训评价结果显示、结果打印、结果导出、结果保存，用于显示培训学员操作的各项得分情况和与所述评价规则数据的对比信息。

3.根据权利要求1所述模块化设计的焊接工业机器人智能培训平台，其特征在于，所述手持外设（11）包括外设主体（111），所述外设主体（111）的中间开设有用于安装所述触摸屏主机（12）的凹槽、外围分别设有第一急停按钮（112）、摇杆（113）、使能按钮（114）、自定义按钮（115），所述凹槽内设有外设接口（116）；

所述触摸屏主机（12）内置有多种示教器模拟程序，包括主机主体（121），所述外设主体（111）的中部为触摸显示屏、侧边设有与所述外设接口（116）对接的主机接口（122）；

所述手持外设（11）上的第一急停按钮（112）、摇杆（113）、使能按钮（114）、自定义按钮（115）均是通过所述触摸屏主机（12）进行信号采集和功能设置。

4.根据权利要求1所述模块化设计的焊接工业机器人智能培训平台，其特征在于，所述电控柜模块（2）还包括电控箱体（21）和液晶显示屏，主控电脑（22）内置于所述电控箱体（21）并连接到所述液晶显示屏、安装面板（23）与所述电控箱体（21）相互扣合，多个配套按钮（24）安装在所述安装面板（23）上；其中，

所述主控电脑（22）包括电脑主体（221），所述电脑主体（221）的外围至少设置有电源接口（222）、通讯接口（223）以及信号输送接口（224）；

所述安装面板（23）包括面板主体（231），所述面板主体（231）中部均匀开设有多个用于安装所述配套按钮（24）的按钮插槽（232）；

所述多个配套按钮（24）至少包括普通按钮（241）、第二急停按钮（242）、普通旋钮（243）、钥匙旋钮（244）以及指示灯按钮（245），均为可拆卸安装和自由布局。

5.根据权利要求4所述模块化设计的焊接工业机器人智能培训平台，其特征在于，每个所述配套按钮（24）的端部均具有按钮接口（246），所述按钮接口（246）与按钮插槽（232）配套使用；

由主控电脑（22）对所述配套按钮（24）进行状态监控，由示教器模块（1）对所述配套按钮（24）进行通讯信号定义。

6.根据权利要求2所述模块化设计的焊接工业机器人智能培训平台，其特征在于，所述用户信息管理模块（41）根据培训目标将学员分为初级学员和提升学员；其中，

所述初级学员的培训内容包括平焊、横焊、立焊、仰焊操作，选用的评价规则数据包括国际标准、行业标准、操作手册与焊接通用操作规程，评价内容包括操作的安全操作规范、焊接基本参数、焊接基本工艺、焊接运动轨迹；

所述提升学员的培训内容为指定的复杂工件焊接，选用的评价规则数据包括按照企业实际生产情况定制和企业熟练人员的操作记录数据，评价内容包括特殊工艺、特殊工况、焊接效率、操作速度方面。

7.根据权利要求6所述模块化设计的焊接工业机器人智能培训平台，其特征在于，所述初级学员的评价规则数据中具体评价指标至少包括焊接形式、接口形式、坡口形式、焊接方向、焊接层数、焊枪与焊件角度、电流参数、焊丝型号、焊丝拉长量、焊丝送料速度、焊点运动轨迹、焊枪移动速度以及启动、停止时各按钮操作顺序；

所述提升学员的评价规则数据中具体评价指标至少包括特殊工艺参数、特殊工艺流程、焊接总时长、操作反应时长与总时长、与熟练人员操作的重合程度。

8.根据权利要求1至7任一项所述模块化设计的焊接工业机器人智能培训平台，其特征在于，所述虚拟现实技术为全息投影技术或AR技术中的任意一种。

9.一种焊接工业机器人智能培训方法，其特征在于，应用如权利要求1至8任一项所述的焊接工业机器人智能培训平台进行以下步骤：

S1、根据不同的培训任务或实际需要，选择外形和功能配置合适的示教器模块（1），并通过触摸屏主机（12）对手持外设（11）上的各按钮进行信号采集和功能设置；

S2、学员手持示教器模块（1）进行操作控制并发出控制指令；

S3、由电控柜模块（2）接收所述示教器模块（1）发出的控制指令，解算和模拟出工业机器人的呈现状态数据并实时生成模拟工业机器人本体姿态的显示信号；

S4、由本体模拟显示模块（3）接收所述电控柜模块（2）实时生成的模拟工业机器人本体姿态的显示信号，采用虚拟现实技术的方式实时建立工业机器人本体姿态和操作空间的模拟影像；

S5、由培训评价系统（4）按操作顺序存储和记录学员的操作数据信号，并记录各个信号的接收到达时间；

S6、采用模糊综合评价方法对所述学员的操作数据中各项指标的权重建立数学模型；

S7、将所述学员的操作数据与引入的评价规则数据进行对比分析，得到学员操作的评价总分并对学员的成绩进行分类；

S8、显示学员操作的各项得分情况和与所述评价规则数据的对比信息，并最终输出具有个性化的培训评价报告。

10.根据权利要求9所述的一种焊接工业机器人智能培训方法，其特征在于，步骤S1之后还可以包括以下步骤：

S11、根据培训目标对学员进行分类；

S12、针对不同级别的学员，引入相应的焊接工业机器人操作评价规则数据。

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