陳東青，譚兆湛，鄺禹聰，黃鎮(zhèn)昌，劉穎君

(華南理工大學(xué) 廣州學(xué)院 機械工程實驗教學(xué)中心，廣州 510800)

依托實驗中心探索機器人實訓(xùn)教學(xué)模式

陳東青，譚兆湛，鄺禹聰，黃鎮(zhèn)昌，劉穎君

(華南理工大學(xué) 廣州學(xué)院 機械工程實驗教學(xué)中心，廣州 510800)

在工業(yè)機器人應(yīng)用日益擴大的趨勢下，針對珠三角市場對應(yīng)用人才的需求，華南理工大學(xué)實驗中心結(jié)合實際情況，積極探索工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)的實訓(xùn)教學(xué)模式。以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為方針，分階段、分對象地開展教學(xué)，循序漸進，因人施教；運用項目教學(xué)法，根據(jù)學(xué)生情況擬定項目，促進學(xué)科融合,以培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力；充分利用中心的實驗資源，學(xué)科融合有實物的載體，提高學(xué)習(xí)效果。

工業(yè)機器人；實訓(xùn)教學(xué)；工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)；項目教學(xué)法

工業(yè)機器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多自由度機械手，隨著技術(shù)不斷進步及人工成本的上升，其應(yīng)用范圍越來越大，企業(yè)對掌握工業(yè)機器人相關(guān)技術(shù)的人才需求與日俱增。為培養(yǎng)相關(guān)人才，全國各高校都開展了工業(yè)機器人技術(shù)的教學(xué),并積極探索教學(xué)方法[1-3]。

1 根據(jù)市場需求，確定培養(yǎng)方向

我國正處于高速工業(yè)化進程中，發(fā)展高科技產(chǎn)業(yè)，提高制造業(yè)生產(chǎn)自動化水平勢在必行，這為工業(yè)機器人提供了巨大的市場需求。從2010年開始我國工業(yè)機器人需求量激增，較2009年增長了1.71倍。珠三角地區(qū)的應(yīng)用市場增長最為迅速[4]，已在汽車和工程機械、橡膠和塑料、電器和電子行業(yè)等領(lǐng)域獲得較多應(yīng)用。為適應(yīng)不同企業(yè)需求，對其應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展也提出了智能化、低成本、高可靠性和易于集成控制的要求[5]。

高校需以社會需求為導(dǎo)向，積極深化教學(xué)改革，培養(yǎng)實用新型人才[6]。華南理工大學(xué)坐落于廣州市，畢業(yè)生主要就業(yè)于珠三角地區(qū)。本地區(qū)加工制造企業(yè)眾多，工業(yè)機器人應(yīng)用市場巨大，并隨著機器人應(yīng)用范圍的擴大，中小企業(yè)小批量生產(chǎn)的柔性要求，對從業(yè)人員需求量大的同時也要求具有更高應(yīng)用水平的能力。因此，華南理工大學(xué)機械實驗中心在籌建工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)實訓(xùn)室時，明確了以培養(yǎng)滿足社會需求的應(yīng)用型人才為目標，積極探索適合自身區(qū)域情況的教學(xué)模式。

2 結(jié)合中心情況，制定教學(xué)模式

2.1 機械實驗中心概況

機械實驗中心成立于2006年8月，設(shè)有15個實驗室，其中與工業(yè)自動化技術(shù)相關(guān)的實驗室主要有光機電一體化(PLC)實訓(xùn)室、單片機技術(shù)實訓(xùn)室、數(shù)控設(shè)備裝調(diào)維修實訓(xùn)室、測試技術(shù)實驗室。中心以“與生產(chǎn)實踐零距離”為指導(dǎo)思想完成實驗室建設(shè)，目前上述4個實驗室設(shè)備配套齊全，能完成各自專業(yè)實訓(xùn)課程的教學(xué)任務(wù)。

從2012年起，中心開始籌建工業(yè)機器人實訓(xùn)室，面向?qū)ο笾饕獮楣I(yè)自動化強化訓(xùn)練課程的學(xué)生。該課程為機械工程自動化專業(yè)和機械電子工程專業(yè)的學(xué)生在實驗中心對相關(guān)工業(yè)自動化技術(shù)進行實訓(xùn)，分為兩個階段。第一階段兩個專業(yè)均參與，第二階段只有機械電子工程專業(yè)參與。

2.2 工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)模式

機械實驗中心根據(jù)市場需求，結(jié)合中心及學(xué)生情況，制定工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)模式：采用分階段、分對象的格局，運用項目教學(xué)法，利用中心實驗資源，促進學(xué)科相互發(fā)展。教學(xué)由3個階段構(gòu)成，層次逐級深入，針對具體對象因人施教，如圖1所示。

圖1 工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)模式

第一階段為入門級，主要包括：講解工業(yè)機器人基礎(chǔ)知識，并輔以應(yīng)用視頻，激發(fā)學(xué)生對工業(yè)機器人的興趣；講解工業(yè)機器人基本操作要求，進行操作演示，學(xué)生以小組形式完成簡單的操作任務(wù)，對工業(yè)機器人留下基本的感性認識。該階段面向?qū)W生范圍最廣，由于設(shè)備有限，不能安排所有學(xué)生對工業(yè)機器人進行深入學(xué)習(xí)，通過該階段的教學(xué)，使學(xué)生對工業(yè)機器人有一定了解，后期再根據(jù)學(xué)生個人意愿選擇是否進一步學(xué)習(xí)工業(yè)機器人應(yīng)用的相關(guān)知識。

第二階段為基礎(chǔ)應(yīng)用技能的訓(xùn)練，該階段學(xué)習(xí)對象為機械電子工程專業(yè)的學(xué)生和機械工程及自動化專業(yè)的部分學(xué)生。要求能完成較復(fù)雜動作的操作，如堆垛、按指定軌跡噴涂等練習(xí)；掌握與簡單的外置器件連線協(xié)作的操作，如外置開關(guān)、傳感器等。

以上兩個階段在獨立的工業(yè)機器人實訓(xùn)室中便可完成，為基礎(chǔ)實訓(xùn)內(nèi)容。然而在企業(yè)中，特別是中小型企業(yè)往往需要工程人員利用機器人完成某一工程任務(wù)，這對從業(yè)人員提出具有項目全局觀及良好的綜合應(yīng)用能力的要求，僅僅掌握工業(yè)機器人操作知識是遠遠不夠的。因此，在第三階段運用項目教學(xué)法，充分利用中心其他實驗資源，培養(yǎng)學(xué)生解決項目問題的綜合能力。

2.2.1 項目教學(xué)

在開展項目教學(xué)中主要考慮以下兩個問題。

1)設(shè)備有限的問題[7]。工業(yè)機器人品牌眾多，不同設(shè)備操作、應(yīng)用均存在不同。然而實驗室設(shè)備購買有限，教學(xué)中必須突出工業(yè)機器人的通用特性，以點帶面，輔以其他設(shè)備應(yīng)用視頻，組織討論。若用其他設(shè)備如何完成同樣的項目，使學(xué)生對常見工業(yè)機器人具有較強的適應(yīng)性。

2)根據(jù)學(xué)生情況擬定項目，因人施教[8]。在工業(yè)自動化強化訓(xùn)練課程的第二階段，學(xué)生根據(jù)個人興趣，在PLC、單片機、數(shù)控3個方向選擇其一開展學(xué)習(xí)，并在相應(yīng)的專業(yè)實訓(xùn)室完成訓(xùn)練任務(wù)，其中對工業(yè)機器人感興趣的學(xué)生可以選擇參加工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)實訓(xùn)。機器人是各專業(yè)知識融合的良好平臺[9]，中心根據(jù)學(xué)生自身知識結(jié)構(gòu)及意向，擬定項目要求，讓學(xué)生組成小組完成項目，運用所學(xué)知識解決問題，使各學(xué)科相互促進。

2.2.2 充分利用實驗中心資源

為滿足項目教學(xué)的綜合要求，需充分利用實驗中心現(xiàn)有的資源。在光機電一體化實訓(xùn)室中，有自動分揀與姿勢調(diào)整工作站、五工位柔性生產(chǎn)系統(tǒng)等設(shè)備。主要控制系統(tǒng)為三菱或西門子的可編程控制系統(tǒng)，可以與工業(yè)機器人開展PLC與工業(yè)機器人通信協(xié)作等項目。利用光機電一體化實訓(xùn)室設(shè)備，模擬工業(yè)生產(chǎn)流水線，可操作性強，學(xué)生根據(jù)項目要求進行設(shè)計、現(xiàn)場調(diào)試運行，學(xué)習(xí)效果良好。

在單片機實訓(xùn)室中，配套了PCB制板設(shè)備及各種器件。通過學(xué)生設(shè)計、制作電路板與工業(yè)機器人進行通信調(diào)試，可實現(xiàn)對工業(yè)機器人的外部通信控制。還可對工業(yè)機器人進行局部功能改造，如加裝力學(xué)傳感器、測距傳感器等器件時，制作配套的電路控制板與工業(yè)機器人協(xié)作，使其更加智能化。

在數(shù)控設(shè)備裝調(diào)維修實訓(xùn)室中，主要設(shè)備有GCY數(shù)控機床裝調(diào)維修實訓(xùn)臺，包括數(shù)車、機床各軸獨立控制模塊以及電氣接線器件。利用該室設(shè)備可以開展工業(yè)機器人與數(shù)車、數(shù)銑設(shè)備協(xié)同運作的綜合項目，模擬工業(yè)加工現(xiàn)場。

在不影響正常教學(xué)的前提下，根據(jù)具體項目要求，還可以有效地利用實驗中心等的其他資源。

4 結(jié)束語

學(xué)校機械實驗中心根據(jù)區(qū)域市場的人才需求，結(jié)合自身情況，積極探索工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)模式。采用分階段、分對象進行教學(xué)的方法，解決工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)知識面廣、量大的教學(xué)難點，使學(xué)生在掌握工業(yè)機器人基本知識的基礎(chǔ)上，在各自意向的應(yīng)用方向具有更高的水平。

采用項目教學(xué)法，目的性強，充分激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。針對本課程學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)擬定項目要求，使學(xué)生在學(xué)習(xí)新的工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)的同時結(jié)合其他學(xué)科知識，實現(xiàn)學(xué)科相互促進，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力。

充分利用實驗中心資源，使各學(xué)科知識的融合有實物的載體，通過各學(xué)科實訓(xùn)設(shè)備與工業(yè)機器人的協(xié)作，鍛煉學(xué)生動手能力和現(xiàn)場調(diào)試、解決工程問題的能力。

[1]駱德淵,秦東興,黃洪鐘.構(gòu)建以“機器人”為載體的機電工程實踐平臺培養(yǎng)大學(xué)生協(xié)同創(chuàng)新研究能力[J].實驗技術(shù)與管理,2013，30(7):201-203,206.

[2]于莉.機器人實驗室建設(shè)的探討[J].高校實驗室工作研究,2010(3):103-105.

[3]薛文平.《工業(yè)機器人》實驗教學(xué)的改革與實踐[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2014,12(1):49-51.

[4]柳鵬.我國工業(yè)機器人發(fā)展及趨勢[J].機器人技術(shù)與應(yīng)用,2012(5):20-22.

[5]李如松,工業(yè)機器人的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J].組合機床與自動化加工技術(shù),1994(4):37-41.

[6]賈煥軍.以社會需求為導(dǎo)向積極深化教學(xué)改革培養(yǎng)實用型人才[J].成人教育,2009(8):47-48.

[7]趙鳳申,李愛芹.高職院校工業(yè)機器人實訓(xùn)室建設(shè)初探[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報,2010(4):115-116,119.

[8]嚴帥.高職院校機電類專業(yè)項目教學(xué)的實施和思考[J].教育與職業(yè)(理論版),2013(10):153-155.

[9]董翠敏,劉永強.以機器人教育為平臺培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識和能力[J].實驗室研究與探索,2011,20(9): 243-244，320.

Exploration of Robot Practical Teaching Mode Based on the Experiment Center

CHEN Dongqing, TAN Zhaozhan, KUANG Yucong, HUANG Zhenchang, LIU Yingjun

(Mechanical Engineering Experimental Teaching Center, Guangzhou College of South China University of Technology, Guangzhou 510800, China)

Under the industrial robot application’s trend of increasingly expanding, aiming at the applied talent needs of the pearl river delta market, experimental center of our school combines with the actual situation and actively explores practical teaching mode of the industrial robot application technology. By following the guidelines of developing applied talents, the teaching is carried out to different teaching objects by stages. Using the project teaching method, proposing project according to the student’s situation and promoting the discipline integration will cultivate students’ comprehensive application ability. Making full use of the center’s experimental resources and making the discipline integration have a physical carrier is to make learning more directly.

industrial robot’s；practical teaching；industrial robot’s application technology; project teaching method

2014-07-12

2012年廣東省質(zhì)量工程實驗示范中心子課題；華南理工大學(xué)廣州學(xué)院2013年度質(zhì)量工程項目(JY130353)。

陳東青(1986-)，男，學(xué)士，助理工程師，主要從事光機電一體化技術(shù)、工業(yè)機器人技術(shù)方面的工作。

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.06.052