羅慧珍

摘 要：工業(yè)機器人課程教學以培養(yǎng)實踐應用型人才為目標，開展項目式課堂教學，增加實踐教學環(huán)節(jié)，完善工業(yè)機器人課程教學內(nèi)容，積極探索工業(yè)機器人項目教學內(nèi)容的整合及教學模式的改革，重視強化學生的理論知識，同時注重提高學生的實踐動手能力，促進學生全方面、多維度發(fā)展。

關鍵詞：工業(yè)機器人 項目教學 人才培養(yǎng)

引言

工業(yè)機器人在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用，國際標準化組織（ISO）對機器人的定義為“機器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能機械手，這種機械手有幾個軸，能夠借助于可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行各種任務。”工業(yè)機器人一般是由機械本體、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種綜合了人和機器的特長、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化裝置。機器人技術綜合了計算機科學技術、信息與傳感技術、機械工程技術、人工智能學、控制論、仿生學等多門學科。工業(yè)機器人應用教程主要培養(yǎng)學生工業(yè)機器人的操縱能力和思考能力，是一門職業(yè)性、實用性較強的專業(yè)課程，它對工業(yè)機器人應用與維護專業(yè)其它課程起到前后支撐作用，對學生核心專業(yè)能力形成起到關鍵作用。

我校的機器人應用與維護專業(yè)學生開設工業(yè)機器人課程，實驗室配備以ABB工業(yè)機器人為主要的教學設備，教學內(nèi)容和教學模式等仍處在摸索和探究階段。2018年3月，申報佛山市教育科學“十三五”規(guī)劃“基于機器人教學創(chuàng)新人才培養(yǎng)行動研究”專項課題“工業(yè)機器人學與教項目設計的方法”研究，2018年6月立項。本課題研究的主要目的是開展對機器人課程體系的研究，建立機器人實驗系統(tǒng)，培養(yǎng)應用型工業(yè)機器人人才。課題組成員通過專業(yè)論證與調(diào)查，結(jié)合一線教學實踐，對本課程的項目教學進行深入的摸索和探究，撰寫專業(yè)調(diào)查報告，確定專業(yè)目標、方向，進而開發(fā)出一系列學與教應開設的項目，總結(jié)工業(yè)機器人學與教項目設計方法。

一、工業(yè)機器人的應用領域

當前，工業(yè)機器人技術和產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，應用領域日趨廣泛，已成為現(xiàn)代制造生產(chǎn)中重要的高度自動化裝備。工業(yè)機器人在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)乃至家政服務機器人等均有應用案例。隨著機器人研究的不斷深入，機器人群體在國防軍事領域?qū)⒅鸩浇庸苘娙说膽?zhàn)斗崗位，機器人大規(guī)模走上戰(zhàn)爭舞臺，將帶來軍事科學的真正革命。在醫(yī)療衛(wèi)生體系，醫(yī)療機器人可用于傷病員的救援、轉(zhuǎn)運、手術和康復，是醫(yī)療衛(wèi)生裝備信息化、智能化的重要發(fā)展方向之一。在汽車制造業(yè)中，工業(yè)機器人能適應不同的生產(chǎn)環(huán)境及工藝的要求，可代替人工完成：焊接、搬運、噴涂、裝配、檢測等繁重、有毒、高低溫等環(huán)境下的操作，保證了人員的生產(chǎn)安全，同時也提高了生產(chǎn)效率，在汽車制造生產(chǎn)過程中占領著不可替代的重要作用。

二、應用型人才需具備的實踐能力

隨著工業(yè)機器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機器人智能化水平的提高，生產(chǎn)企業(yè)對機器人人才的要求也相應提高，工業(yè)機器人的未來發(fā)展是十分樂觀的，但當前我國工業(yè)機器人技能人才比較缺乏，牽涉到的工作崗位主要有：工業(yè)機器人應用操作崗位、工業(yè)機器人系統(tǒng)設計崗位、工業(yè)機器人維修保養(yǎng)崗位。工作崗位不同，其技能實踐要求也相應不同。但大體來說，工業(yè)機器人應用型人才需具備良好的職業(yè)道德、較高的職業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新精神，具有計算機接口、工業(yè)控制網(wǎng)絡和自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)的基礎知識，具備工業(yè)機器人安裝、調(diào)試、維護方面的專業(yè)知識和操作技能，具備機械結(jié)構(gòu)設計、電氣控制、傳感技術、智能控制等專業(yè)技能，能從事工業(yè)機器人系統(tǒng)的模擬、編程、調(diào)試、操作、銷售，具備工業(yè)機器人應用系統(tǒng)維護維修與管理的相關技能，具有較強的安全生產(chǎn)、環(huán)境保護、節(jié)約資源和創(chuàng)新的意識。

三、工業(yè)機器人課程主要內(nèi)容

在《工業(yè)機器人》課程教學中須結(jié)合實踐教學課程來激發(fā)學生的學習主觀能動性，達到鍛煉學生的實際工程應用及實踐操作能力。工業(yè)機器人課程涉及多方面的知識，通過工業(yè)機器人課程的學習，擬定項目教學實現(xiàn)的課程目標如下：

（1）掌握PLC的I/O端口分配、外圍設備連接、編程指令，具備PLC安裝、調(diào)試、維護能力，熟悉國家相關標準和行業(yè)規(guī)范，具有技術資料編寫能力。

（2）了解工業(yè)機器人的基本知識、機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及感覺系統(tǒng)。

（3）掌握PLC運動控制系統(tǒng)的組成及作用，步進電動機控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試運行的方法，PLC、人機界面、變頻器綜合控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試的方法。

（4）掌握機器人的基礎操作、I/O通信、程序編程、硬件連接及進階功能。

（5）掌握工業(yè)機器人仿真應用技術、RobotStudio仿真軟件的使用及操作。

四、學與教項目設置的幾點建議

機器人教學與其他學科教學最大的不同點在于不是以講授為主，而是搭建一種師生平等的合作伙伴關系，教師作為引導者、組織者、合作者的角色，是師生學習共同體的一份子。而學生作為參與課堂的主體，以小組合作的形式，進行創(chuàng)新設計、程序編制、組裝調(diào)試、總結(jié)反思等。因此，在課堂教學中，教師可嘗試采用任務驅(qū)動式的項目教學，根據(jù)學生的興趣和特長組成不同的項目小組，組內(nèi)成員之間根據(jù)教學任務再進行責任分工，通過組員之間相互配合、相互協(xié)作來完成具體任務，最后教師負責鑒定各小組的研究成果。這種任務驅(qū)動式的項目教學能夠最大限度地發(fā)揮學生的主動性，實現(xiàn)資源共享、任務明確、靈活自主、可操作性強的教學效果。根據(jù)我校專業(yè)能力培養(yǎng)目標，以實際崗位工作內(nèi)容為依據(jù)，校企共同開發(fā)教學項目，以項目為載體，確定課程教學項目及教學設計，課程項目教學如下表所示：

可編程序控制器 1.PLC編程方法、編程軟件

2.電動機控制線路的PLC改造

3.流水燈的應用

4.運料小車自動往返PLC控制系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試與維護

5.噴泉與交通燈的PLC設計、安裝、調(diào)試與維護 以實踐操作法和現(xiàn)場演示法為主，以工業(yè)機械手、恒壓供水等實際控制系統(tǒng)為載體，通過PLC實際控制系統(tǒng)的安裝調(diào)試，學做一體，學習PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成的基本知識和基本方法，培養(yǎng)學生的專業(yè)技能。

工業(yè)機器人基礎 1.工業(yè)機器人的基本知識

2.工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)

3.工業(yè)機器人的驅(qū)動系統(tǒng)

4.工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)

5.工業(yè)機器人的感覺系統(tǒng) 以實踐操作法和任務驅(qū)動法為主，以真實工業(yè)機器人為載體，采用現(xiàn)場課的教學形式，加深學生對工業(yè)機器人的基本認識。配合小組討論法等其他教學方法，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。

單片機控制系統(tǒng)運行與維護 1.流水燈、音樂門鈴的設計、制作與調(diào)試

2.交通燈、廣告屏的設計、制作與調(diào)試

3.簡易計算器、數(shù)字溫度計的設計、制作與調(diào)試

4.數(shù)控電源的設計、制作與調(diào)試 以實踐操作法和項目教學法為主，以流水燈等單片機產(chǎn)品為載體，采用學做一體的方式，通過實際產(chǎn)品制作，培養(yǎng)學生單片機系統(tǒng)設計、程序編制與調(diào)試，系統(tǒng)仿真與調(diào)試等專業(yè)技能。

三菱PLC編程與應用 1.PLC運動控制系統(tǒng)組成及作用

2.步進電動機控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試運行

3.PLC網(wǎng)絡控制在運動控制系統(tǒng)中的應用

4.PLC、人機界面、變頻器綜合控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試 以實踐操作法和項目教學法為主，以三軸定位控制系統(tǒng)為載體，采用學做一體的方式，通過實際產(chǎn)品制作，培養(yǎng)學生伺服電機的安裝與調(diào)試，掌握機器人的開發(fā)。

工業(yè)機器人現(xiàn)場編程 1.機器人的基礎操作

2.機器人的I/O通信

3.機器人的程序編程

4.硬件連接及進階功能 以實踐操作法和項目教學法為主，以ABB機器人為載體，采用學做一體的教學形式，通過對工業(yè)機器人典型應用的實例講解，使學生能掌握工業(yè)機器人典型應用。

工業(yè)機器人系統(tǒng)虛擬仿真 1.RobotStudio簡介

2.RobotStudio中的建模功能

3.Smart組件的應用

4.RobotStudio的在線功能 以實踐操作法和項目教學法為主，以RobotStudio軟件為載體，采用學做一體的教學形式，通過對RobotStudio仿真軟件的應用實例講解，使學生對工業(yè)機器人進行仿真操作

參考文獻

[1]王懷江.淺談機器人控制的實際應用[J].科技與企業(yè)，2013（03）.