鄭明輝

（1.山東華宇工學(xué)院機械工程學(xué)院，山東 德州 253034；2.智能制造裝備設(shè)計工程技術(shù)研發(fā)中心，山東 德州 253034；3.德州市工業(yè)機器人控制重點實驗室，山東 德州 253034）

引言

機器人技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為生產(chǎn)中不可缺少的得力助手，這也促使以培養(yǎng)復(fù)合應(yīng)用型人才目標(biāo)的應(yīng)用型本科高校紛紛開設(shè)機器人技術(shù)相關(guān)課程。機器人技術(shù)課程不同于機器人學(xué)等理論課程，是一門實踐性很強的課程，我們在教學(xué)過程中不能只講解理論知識，而必須以強化工程應(yīng)用與實踐能力為人才培養(yǎng)目標(biāo)，堅持理論與實踐相結(jié)合，適應(yīng)現(xiàn)在制造行業(yè)人才需求為主要目標(biāo)，注重加強實驗實訓(xùn)的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生在機器人編程操作、安裝調(diào)試、運行維護等動手能力與創(chuàng)新能力等方面都能得到訓(xùn)練和提高[1-2]。

《機器人技術(shù)》是我校機械設(shè)計制造及其自動化、機械電子工程專業(yè)課程體系中的核心課程，在新工科和智能制造背景下，要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力，必須改變目前實驗教學(xué)中新技術(shù)融入不夠、實驗環(huán)節(jié)考核方式單一的狀況。

1 機器人技術(shù)課程主要內(nèi)容

我校人才類型定位為應(yīng)用型、技術(shù)技能型人才。緊密圍繞學(xué)校人才培養(yǎng)定位和專業(yè)特色，結(jié)合新工科和智能制造背景，在機器人技術(shù)課程教學(xué)中不能重理論輕實踐，必須加大并結(jié)合實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，才能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，達(dá)到培養(yǎng)的學(xué)生的工程應(yīng)用及實踐操作能力。機器人技術(shù)課程涉及多方面的知識，主要包括機器人的基本概念、機械結(jié)構(gòu)、感知系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、編程語言、機器人的應(yīng)用。機器人技術(shù)是一項綜合性很強的新技術(shù)，本課程內(nèi)容較多且前后內(nèi)容交錯，必須是理論與實踐相結(jié)合，才能加深對理論知識的理解，提升學(xué)生的實踐能力。

2 需解決的問題

加大實踐教學(xué)環(huán)節(jié)比重?！奥毥?0條”下，“1+X”工業(yè)機器人應(yīng)用編程、工業(yè)機器人操作與運維等職業(yè)技能等級證書要求對職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容與課程進行高度融合。應(yīng)該通過調(diào)整實驗室規(guī)模和結(jié)構(gòu)，增加機器人編程與操作實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生們應(yīng)用編程、操作與運維等技能，為“1+X”工業(yè)機器人應(yīng)用編程、操作與運維的“課證融合”的開發(fā)提供思路，為職業(yè)技能等級證書考取奠定基礎(chǔ)。

理論考核和實踐考核的結(jié)合。目前機器人技術(shù)課程考核一般偏重于理論考核成績，實驗成績一般只作為平時成績的一部分，今后考核時要注重實驗成績的與理論考核結(jié)合，實驗成績應(yīng)該作為總評成績的一部分。實驗考核采用要求學(xué)生現(xiàn)場獨立完成機器人實踐項目，完成操作和調(diào)試，同時現(xiàn)場向?qū)W生提問實驗過程中的相關(guān)專業(yè)知識，根據(jù)課堂表現(xiàn)、實際操作、實驗報告，最后給出實驗成績。通過這種考核方法，可以極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和實際操作的能力[3-5]。

3 機器人技術(shù)課程實驗內(nèi)容探索

根據(jù)中國電子學(xué)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示工業(yè)機器人應(yīng)用人才需要重點關(guān)注的技能指標(biāo)有以下四個方面。1.編程能力：PLC編程、伺服控制程序調(diào)試；2.裝配調(diào)試：機器人安裝、電氣調(diào)試、氣路連接；3.維修檢測：斷路故障檢測、接線錯誤檢測。4.安全生產(chǎn)：生產(chǎn)效率把控、防護用具使用、場地安全維護。通過本門《機器人技術(shù)》課程的學(xué)習(xí)，基本能達(dá)到培養(yǎng)工業(yè)機器人應(yīng)用人才主要的技能指標(biāo)。我校機械工程學(xué)院擁有機器人技術(shù)基礎(chǔ)、機器人編程與操作、機器人綜合訓(xùn)練實訓(xùn)室等多個設(shè)備先進、功能完善的實驗實訓(xùn)室。其中工業(yè)機器人控制實驗室被立項為德州市重點實驗室，充分滿足本課程實驗、實訓(xùn)、創(chuàng)新、競賽等方面的需要。

《機器人技術(shù)》本門課程主要包含8課時實驗內(nèi)容，設(shè)4個實驗項目，實驗項目一：機械手拆裝；實驗項目二：工業(yè)機器人模擬機的使用；實驗項目三：模塊化機器人的示教與再現(xiàn)；實驗項目四：工業(yè)機器人應(yīng)用系統(tǒng)。采用“項目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動”的教學(xué)方法進行實踐教學(xué)。

以機械手的拆裝實驗為例，課前提前通過學(xué)習(xí)通手機App或者電腦端將實驗教學(xué)視頻、課件、實驗項目任務(wù)下發(fā)，學(xué)生們可以反復(fù)觀看教學(xué)視頻，提前做好實驗準(zhǔn)備工作，也能積極引發(fā)學(xué)生對實驗操作的興趣和探究興趣。

課中在機器人技術(shù)基礎(chǔ)實訓(xùn)室進行理論講解，首先介紹機械手拆裝所需工具和實驗設(shè)備如圖1所示。再講解組成和原理：機械手拆裝實訓(xùn)裝置機械系統(tǒng)主要由以下幾大部分組成：原動部件、傳動部件、執(zhí)行部件?；緳C械結(jié)構(gòu)連接方式為原動部件→傳動部件→執(zhí)行部件。原動部件采用步進電機驅(qū)動方式，在機器人末端有一個氣動夾持器，以完成抓取、裝配等作業(yè)。由老師演示拆卸順序和裝配順序，學(xué)生分組在老師的指導(dǎo)下進行拆裝操作，教師巡回指導(dǎo)發(fā)現(xiàn)問題及時解決問題，要求每位同學(xué)都能夠獨立完成拆裝實驗，并對每位同學(xué)進行實操情況和課堂表現(xiàn)打分；課后要求學(xué)生提交機械手拆裝實驗項目實驗報告，由老師根據(jù)實際情況打分。

圖1 機械手實驗裝置

線上在學(xué)習(xí)通討論區(qū)創(chuàng)建話題發(fā)起討論歸納總結(jié)實操問題，實現(xiàn)線上線下和老師互動討論交流。通過學(xué)習(xí)通的統(tǒng)計功能也能監(jiān)測學(xué)生們的線上學(xué)習(xí)和互動情況。

實驗成績包括實際操作、實驗報告、課堂表現(xiàn)三部分組成，并作為課程最終考核成績的一部分，解決了以往只看實驗報告評價實驗成績，實驗課程走過場只寫實驗報告的傳統(tǒng)教學(xué)模式。

《機器人技術(shù)》課程進行中間，還有《機器人編程與操作實訓(xùn)》集中實踐課程，實訓(xùn)項目主要內(nèi)容包括工業(yè)機器人搬運應(yīng)用、工業(yè)機器人焊接應(yīng)用、工業(yè)機器人打磨應(yīng)用等實際應(yīng)用項目，緊密結(jié)合行業(yè)和企業(yè)需求，貼合企業(yè)實際崗位能力要求，能夠讓學(xué)生進一步掌握典型工業(yè)機器人的基本編程和操作知識，為考取“1+X”相關(guān)技能證書打下堅實的基礎(chǔ)，并可以進一步鞏固理論課程內(nèi)容，提升學(xué)生實際動手能力。通過實驗課程和集中實踐課程，最終實現(xiàn)理實一體化，將理論知識和實際操作相互促進、融為一體，實現(xiàn)實踐教學(xué)課程教學(xué)目標(biāo)，鞏固理論知識。課外通過開放相關(guān)機器人實驗實訓(xùn)室，開展學(xué)生的第二課堂，讓學(xué)生們進入實驗室進行實驗項目重新設(shè)計強化、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練，能夠培養(yǎng)他們的創(chuàng)新實踐能力[6]。

通過《機器人技術(shù)》實驗課程和集中實踐課程的學(xué)習(xí)與實踐操作，實驗課程從基礎(chǔ)機器人機械認(rèn)知、虛擬仿真操作、示教編程操作到初步的系統(tǒng)集成，使學(xué)生在編程操作、調(diào)試維護機器人任務(wù)過程中掌握機器人基礎(chǔ)知識，其中包括機械結(jié)構(gòu)、編程語言、控制系統(tǒng)等理論知識；掌握機器人示教編程操作；掌握使用機器人仿真軟件完成編程與仿真運行；具有工業(yè)機器人工作站的編程、調(diào)試維護能力；初步具有工業(yè)機器人系統(tǒng)集成能力。能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的任務(wù)要求，使學(xué)生對機器人從硬件和軟件等方面都能有全面地認(rèn)識和掌握。

4 結(jié)論

我們學(xué)校是應(yīng)用型本科高校，是培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展，具有高度社會責(zé)任感，扎實基礎(chǔ)知識，較強實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的高素質(zhì)應(yīng)用技術(shù)型人才。通過對本課程的實驗教學(xué)探索與實踐，將機器人課程抽象復(fù)雜的理論知識與生動有趣的實踐操作相結(jié)合，能提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣和積極性，既可以讓同學(xué)們加深對理論知識的理解，又可以讓學(xué)生們掌握機器人的編程操作、調(diào)試維護等技能，為社會培養(yǎng)高素質(zhì)的復(fù)合型應(yīng)用型人才。