竇以紅

摘 要：隨著我國人口老齡化程度的加深、人工成本的增加以及制造業(yè)智能化、柔性化升級改造需求的增加，社會對擁有工業(yè)機(jī)器人編程及調(diào)試知識背景的工程技術(shù)人員的需求也隨之增加。本文結(jié)合筆者多年的教學(xué)經(jīng)驗，重點從變換教學(xué)方式、突出教學(xué)重難點、理論聯(lián)系實踐幾個方面，闡述工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用教學(xué)的方法及教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人? ? 離線編程與仿真? ? 插補運動

工業(yè)機(jī)器人作為智能制造的重要載體，在焊接、涂裝、碼垛、裝配等生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用課程是工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的基礎(chǔ)課程，在工業(yè)機(jī)器人課程教學(xué)體系中具有重要地位，是作為工業(yè)機(jī)器人相關(guān)內(nèi)容進(jìn)階學(xué)習(xí)及實訓(xùn)教學(xué)的基礎(chǔ)課程。

一、教學(xué)探索與研究

結(jié)合多年的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用課程教學(xué)經(jīng)驗，筆者對本課程的教學(xué)通過如下六個方面進(jìn)行了探索和研究。

（一）分析學(xué)情

本課程是電氣類教學(xué)領(lǐng)域電氣自動化專業(yè)、工業(yè)機(jī)器人維護(hù)及保養(yǎng)專業(yè)的專業(yè)課程，教師講授或者培訓(xùn)的對象為從未接觸過或未系統(tǒng)學(xué)習(xí)過工業(yè)機(jī)器人相關(guān)知識的學(xué)生。學(xué)生們對于機(jī)器人抱有濃厚的學(xué)習(xí)興趣，但他們獨立解決問題的能力較差，遇到困難容易有挫敗感而放棄學(xué)習(xí)。

本課程需要學(xué)生具有一定的電學(xué)基礎(chǔ)，能夠理解簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，具有邏輯思維能力，能進(jìn)行程序編譯。

（二）選定教材

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用課程的基礎(chǔ)知識是學(xué)生能夠進(jìn)階學(xué)習(xí)機(jī)器人其他課程的重要知識儲備。

筆者通過調(diào)研，對比多本職業(yè)院校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用課程的教材，針對職業(yè)院校學(xué)生情況及特點，選用了由機(jī)械工業(yè)出版社出版，蘭虎主編的《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用》。該書的排版印刷使用了彩頁，較容易吸引學(xué)生。同時，該書的內(nèi)容條理清晰，其中知識點的講解對學(xué)生而言簡單易懂，用詞言簡意賅。就工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在多領(lǐng)域的應(yīng)用，該書展示了結(jié)合實際生產(chǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)的案例，具有一定的普及性和代表性。

（三）提升學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)興趣

教師在第一次授課時，應(yīng)注意到教材第一章的學(xué)習(xí)重點是工業(yè)機(jī)器人的基本定義及按照技術(shù)等級和機(jī)構(gòu)的分類類型，應(yīng)對工業(yè)機(jī)器人在碼垛、焊接、涂裝、搬運等方面的應(yīng)用進(jìn)行簡單講解。學(xué)生一般都是初次接觸工業(yè)機(jī)器人知識，教師在第一節(jié)課就抓住學(xué)生的興趣尤為重要。

在授課中，教師可播放ABB、三菱、FANUC等主流工業(yè)機(jī)器人在實際生產(chǎn)中的視頻，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時又使學(xué)生能對工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用有更加直觀的認(rèn)識。在授課時，教師不可隨意提前引入或擴(kuò)充知識點，要重點介紹基礎(chǔ)知識，便于學(xué)生理解，為后續(xù)章節(jié)知識點的講授做好鋪墊。

教師可在課前通過云班課等線上平臺布置學(xué)生查詢機(jī)器人應(yīng)用資料的任務(wù)，在課上同學(xué)生交流查詢的內(nèi)容，以便于學(xué)生理解知識點，同時培養(yǎng)學(xué)生們查閱資料的能力。課后，教師使用手機(jī)App布置習(xí)題，及時獲得學(xué)生掌握知識的情況反饋，提前布置下節(jié)課的預(yù)習(xí)內(nèi)容。

（四）選擇靈活的教學(xué)方式，讓知識記憶潛移默化

在學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制時，教師要詳細(xì)介紹工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成部分和各自的作用，學(xué)生要能掌握和牢記各組成部分和運動特點。

由于教材中使用的工業(yè)機(jī)器人是采用仿人類手臂的六軸機(jī)器人，一般由五部分四關(guān)節(jié)組成，所以其組成部分使用的名詞也都與人體有關(guān)，例如大臂、小臂等。教師在授課時，可讓學(xué)生結(jié)合觀看機(jī)器人的模型和運動視頻以及自己的身體手臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行學(xué)習(xí)。這樣不僅可使學(xué)生對組成部分有更加直觀的了解，還可增加趣味性，活躍課堂氣氛，讓知識點的理解和記憶更加潛移默化。

（五）突出重難點，活用教學(xué)資源

在學(xué)習(xí)機(jī)器人運動軸與坐標(biāo)系時，學(xué)生只有熟記關(guān)節(jié)坐標(biāo)系、直角坐標(biāo)系等常用坐標(biāo)系的特點以及在各個坐標(biāo)系下機(jī)器人運動的方式，才能實現(xiàn)正確的路徑規(guī)劃以及正規(guī)操作。教師在講授此部分內(nèi)容時，要重點突出根據(jù)不同場合的需求，應(yīng)選取哪種適合的坐標(biāo)系。

教師可通過仿真軟件演示，讓學(xué)生直觀地了解三個坐標(biāo)系的區(qū)別，讓學(xué)生將各個軸的運動方式以及坐標(biāo)系的正確選取銘記于心。

（六）結(jié)合實際案例分析，發(fā)揮學(xué)生主觀能動性

教師在進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)示教時，要根據(jù)此部分學(xué)習(xí)內(nèi)容的特點聯(lián)系實際進(jìn)行操作，選取案例進(jìn)行分析講解。例如，在介紹常見的插補方式時，對關(guān)節(jié)插補、直線插補和圓弧插補，要結(jié)合不同軌跡分析三種插補方式的特點。關(guān)節(jié)插補不考慮行走路徑只關(guān)注起始和終止點，直線插補則要考慮起始、終止點并且機(jī)器人TCP點走直線，圓弧插補根據(jù)弧線大小有不同的設(shè)置點方法。教師通過布置任務(wù)，讓學(xué)生在完成任務(wù)中靈活運用和鞏固知識，學(xué)會選擇合適的插補方式，為后期程序點屬性的設(shè)置和編程做好知識儲備。

二、教學(xué)效果

（一）學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)興趣濃厚，繼續(xù)進(jìn)階學(xué)習(xí)欲望強烈

在進(jìn)行基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)后，學(xué)生想要進(jìn)階學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人相關(guān)知識的欲望更為強烈。他們利用課余時間關(guān)注工業(yè)機(jī)器人的微信公眾號，了解相關(guān)資訊，進(jìn)行知識的獲取與學(xué)習(xí)。這為后續(xù)相關(guān)工業(yè)機(jī)器人課程及實訓(xùn)教學(xué)的開展?fàn)I造了良好的學(xué)習(xí)氛圍。

（二）專業(yè)知識掌握牢固，教學(xué)氛圍好

結(jié)合學(xué)生情況進(jìn)行分析，制訂合理的課程教學(xué)計劃，根據(jù)實際教學(xué)情況，靈活地變換教學(xué)方式，讓學(xué)生熟練掌握專業(yè)知識點，營造良好的課堂氛圍，提高學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識的興趣，發(fā)揮其主觀能動性。

（三）重難點理解透徹，能做到靈活使用

教師要根據(jù)教材及學(xué)情分析，合理安排課程重難點的教學(xué)，由淺入深。充分利用教學(xué)資源，結(jié)合工業(yè)機(jī)器人仿真軟件進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生對專業(yè)重難點理解透徹，對知識點的使用場合能做到條理清晰地進(jìn)行分析和選擇。這樣既可提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，又有利于學(xué)生掌握工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)使用的安全操作規(guī)范。

（四）對接企業(yè)實際生產(chǎn)，增強學(xué)生的就業(yè)競爭力

教師在課堂中結(jié)合企業(yè)的實際生產(chǎn)過程，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，讓學(xué)生能自主分析工業(yè)機(jī)器人在不同場合應(yīng)用的案例，規(guī)劃軌跡、選擇正確的插補方式、編譯機(jī)器人的運動軌跡程序。讓學(xué)生將學(xué)習(xí)的理論知識應(yīng)用于生產(chǎn)實際，在“做中學(xué)、學(xué)中做”，增強了學(xué)生的就業(yè)競爭力。

三、小結(jié)

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用課程作為工業(yè)機(jī)器人專業(yè)體系的基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人智能制造技術(shù)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員中有著舉足輕重的地位。教師通過分析學(xué)情，選定教材，提升學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)興趣，選擇教學(xué)方式，突出重難點，發(fā)揮學(xué)生主觀能動性等幾個方面進(jìn)行教學(xué)探索，研究具有專業(yè)特色、能達(dá)到最佳教學(xué)效果的方法與模式，這對于工業(yè)機(jī)器人相關(guān)知識的教學(xué)與專業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實價值和促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

蘭虎.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

（作者單位：天津市機(jī)電工藝學(xué)院）