摘 要：為提升本科人才的培養(yǎng)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生對專業(yè)課程的學(xué)習(xí)興趣，優(yōu)化學(xué)生實(shí)驗(yàn)環(huán)境，方便線上學(xué)習(xí)，在高校中開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)具有重要意義。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以改進(jìn)教師的教學(xué)方法，培養(yǎng)科研能力，營造濃厚的專業(yè)學(xué)習(xí)氛圍，是一種值得推廣的方式。本文梳理本校的工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)課程的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)該實(shí)驗(yàn)對我校學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的成果，為高校教師們提供借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真實(shí)驗(yàn);培養(yǎng)方式;工業(yè)機(jī)器人

0引言

機(jī)器人搬運(yùn)工作站是工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的典型應(yīng)用，機(jī)器人實(shí)體工作站占地面積大、成本高、管理和維護(hù)困難。另外，應(yīng)用機(jī)器人系統(tǒng)集成及編程的實(shí)體工作站實(shí)驗(yàn)存在投資較大、設(shè)備臺(tái)套數(shù)有限、實(shí)驗(yàn)室面積緊張、實(shí)驗(yàn)時(shí)間與教學(xué)實(shí)踐沖突、細(xì)微實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象難以細(xì)致觀察等實(shí)際問題。武漢商學(xué)院機(jī)器人工程專業(yè)《工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)》課程采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)來代替實(shí)體設(shè)備，該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè)與行業(yè)領(lǐng)先的專業(yè)公司合作，采用Maya和VR技術(shù)對實(shí)驗(yàn)場景、設(shè)備裝置、系統(tǒng)建模等高度仿真，實(shí)驗(yàn)全程三維動(dòng)畫，操作規(guī)范，3D實(shí)驗(yàn)場景逼真，體驗(yàn)感和交互性強(qiáng)，吸引了學(xué)生強(qiáng)烈的參與愿望，很大程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

1虛擬實(shí)驗(yàn)簡介

1.1玻璃清洗虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

玻璃清洗工作站離線編程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)以武漢商學(xué)院虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為基礎(chǔ)，進(jìn)行玻璃清洗機(jī)器人工作站虛擬構(gòu)建、離線編程基本操作及機(jī)器人工作站運(yùn)動(dòng)仿真。采用“知識(shí)點(diǎn)”與“工程實(shí)踐”相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，通過基礎(chǔ)部分、進(jìn)階部分及工程案例實(shí)操的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，著重培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力、剖析工程案例能力及研究解決機(jī)器人系統(tǒng)集成實(shí)際工程問題的能力。

1.2虛擬實(shí)驗(yàn)的建構(gòu)

玻璃清洗工作站虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)遵循“三層銜接、能力進(jìn)階”思路，三層銜接是指基本技能訓(xùn)練、專業(yè)綜合訓(xùn)練及業(yè)界實(shí)踐訓(xùn)練。能力進(jìn)階是指基本能力、專項(xiàng)能力及綜合能力的進(jìn)階。主要包括構(gòu)建基本仿真工業(yè)機(jī)器人工作站、RobotStudio中的建模功能等基礎(chǔ)教學(xué)部分、Smart組件的應(yīng)用、在線編程等進(jìn)階教學(xué)部分及玻璃清洗工作站編程工程實(shí)例操作三個(gè)部分。實(shí)驗(yàn)的主體流程分為七步，如圖1所示。主要的實(shí)驗(yàn)中的虛擬設(shè)備有：ABB IRB6700 1臺(tái)，負(fù)載200kg，到達(dá)能力2.6m，IRC5-Compact控制器1臺(tái)，帶示教器，SSX-5000輸送線1條，自動(dòng)清洗機(jī)1臺(tái)，真空吸盤夾具1套，光柵 1臺(tái)，寬2100mm，圍欄4X6000mm，機(jī)器人底座 1個(gè)。

實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作流程如圖1所示。第一步，通過知識(shí)角讓學(xué)生了解本實(shí)驗(yàn)背景和基本要求;第二步，通過設(shè)備布局和功能認(rèn)知，搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)創(chuàng)建控制系統(tǒng);第三步，Smart組件的設(shè)置為虛擬設(shè)備的外部電氣控制的設(shè)置;第四步，離線編程是為工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)指令編輯前的目標(biāo)點(diǎn)的選定;第五步。Rapid代碼是ABB機(jī)器人的指令編輯;第六步，仿真設(shè)置后即可實(shí)驗(yàn)運(yùn)動(dòng)仿真;第七步，為本次實(shí)驗(yàn)的習(xí)題。實(shí)驗(yàn)界面如圖2所示。

2虛擬實(shí)驗(yàn)的促進(jìn)意義

2.1虛擬實(shí)驗(yàn)對理論教學(xué)的促進(jìn)

對我校應(yīng)用型本科生而言，工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)課程中采用虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，是對傳統(tǒng)課程理論教學(xué)模式進(jìn)行改革，減少課堂教學(xué)投入時(shí)間，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)力度。理清供給與需求、知識(shí)與技能、職業(yè)與道德等層面的內(nèi)在聯(lián)系，改革以前的教學(xué)觀念和教學(xué)方法，進(jìn)一步完善機(jī)器人學(xué)科的課程教學(xué)方案。

2.2虛擬實(shí)驗(yàn)對實(shí)踐教學(xué)的促進(jìn)

本校機(jī)器人工程專業(yè)以培養(yǎng)高素質(zhì)的機(jī)器人工程專業(yè)人才為目標(biāo)，針對以真實(shí)機(jī)器人工作站為基礎(chǔ)的機(jī)器人實(shí)操實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，結(jié)合機(jī)器人工程專業(yè)知識(shí)面廣、系統(tǒng)性強(qiáng)、與工程結(jié)合緊密等特點(diǎn)，在機(jī)器人虛擬仿真課程的實(shí)踐教學(xué)過程中，建立了以工程認(rèn)知、表達(dá)、分析為主線，以代表性的生產(chǎn)線，如機(jī)器人焊接、機(jī)器人打磨、機(jī)器人清洗為對象的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。采用虛擬實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式，全面推進(jìn)和提高學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。機(jī)器人專業(yè)的虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)旨在“以行業(yè)需求為牽引，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)與產(chǎn)業(yè)相協(xié)同”的教學(xué)理念，全面推進(jìn)學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)。

2.3虛擬實(shí)驗(yàn)對科研創(chuàng)新的促進(jìn)

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，前沿技術(shù)、產(chǎn)品的更新周期也越來越短，相對于前沿技術(shù)來說，教材上的理論及實(shí)踐內(nèi)容較為陳舊，如何實(shí)時(shí)把握最新動(dòng)態(tài)，向?qū)W生傳遞科技前沿是非常緊迫的教學(xué)任務(wù)。教學(xué)設(shè)計(jì)中實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相結(jié)合，可以極大拓展傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)范圍。堅(jiān)持“虛實(shí)結(jié)合”的原則，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選取當(dāng)今社會(huì)發(fā)展對創(chuàng)新性和創(chuàng)業(yè)型機(jī)器人工程人才培養(yǎng)需求的高昂設(shè)備、不易操作的實(shí)驗(yàn)，且嚴(yán)格履行工業(yè)機(jī)器人操作規(guī)程。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中出于設(shè)備及人員安全考慮，其實(shí)驗(yàn)類型及實(shí)驗(yàn)工況單一。虛擬實(shí)驗(yàn)中學(xué)生可在大范圍內(nèi)修改實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并可觀測到對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，極大拓展了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)范圍。

3結(jié)語

本文對工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)這門課知識(shí)點(diǎn)的講解緊密圍繞機(jī)器人仿真的理論，重視軟件實(shí)操，引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等新教學(xué)方法，能夠更加吸引學(xué)生參與式學(xué)習(xí)。同時(shí)，本文的研究也適用于從事工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成、工作站設(shè)計(jì)、現(xiàn)場調(diào)試的技術(shù)人員學(xué)習(xí)和參考。只有不斷改進(jìn)課堂的教學(xué)方法，才能更好地提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，增加學(xué)生的綜合素質(zhì)。

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作者簡介：

陳鑫（1988-），湖北武漢人，講師。主要研究方向?yàn)闄C(jī)器人仿真技術(shù)，機(jī)器人系統(tǒng)集成。

基金項(xiàng)目：武漢商學(xué)院2021年校級教學(xué)改革研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2021Y011）。