程 靜，李開陽

（貴州裝備制造職業(yè)學(xué)院，551400，貴州貴陽）

國家先后制定并實施了“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略，培養(yǎng)具有扎實知識儲備、工程實踐能力強、綜合素質(zhì)高、創(chuàng)新能力強的工程技術(shù)人才。新工科以應(yīng)對未來、塑造未來為理念,在人才培養(yǎng)目標上著眼于知識體系的綜合化和能力的全面發(fā)展[1]。機器人相關(guān)的新興學(xué)科，也被納入新工科建設(shè)范疇。為了適應(yīng)國家新時代經(jīng)濟和新工科的發(fā)展，高等教育也逐步轉(zhuǎn)向培養(yǎng)能適應(yīng)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)和新模式的新工科人才[2-3]。

在新工科背景下，本文以機器人相關(guān)學(xué)科為基礎(chǔ)，以優(yōu)化工業(yè)機器人實訓(xùn)課程教育教學(xué)改革為目標，應(yīng)用以實例項目驅(qū)動的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計方案、以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的課程考核評價體系和多形態(tài)的課程教學(xué)方法[4]，采用亞龍YL-1351L 型六自由度工業(yè)機器人實訓(xùn)平臺，并依托貴州裝備制造職業(yè)學(xué)院工業(yè)機器人操作與運維“1+X”證書制度試點的優(yōu)質(zhì)資源，遵循理論到實踐、基礎(chǔ)到拓展的循序漸進過程，以基礎(chǔ)性、專業(yè)性和綜合性為原則，探討工業(yè)機器人實訓(xùn)課程項目設(shè)計，以此期望提高學(xué)生的競爭力，為新工科創(chuàng)新人才的培養(yǎng)提供思路[5]。

1 亞龍YL-1351L 型六自由度工業(yè)機器人實訓(xùn)平臺的構(gòu)成及特點

實訓(xùn)所用設(shè)備為亞龍YL-1351L 型六自由度工業(yè)機器人實訓(xùn)平臺，如圖1 所示，該平臺是一套采用先進技術(shù)、能模擬實際工業(yè)生產(chǎn)中大量復(fù)雜控制過程的教學(xué)培訓(xùn)裝置。涉及的技術(shù)知識包括工業(yè)機器人、PLC控制、觸摸屏、電氣技術(shù)、傳感器、氣動技術(shù)、機械技術(shù)、伺服驅(qū)動等。所用元件為ABB120 工業(yè)機器人、西門子可編程控制器（中央處理器模組）S7-1200 系列PLC、威綸通觸摸屏等，設(shè)備全部采用工業(yè)標準電氣設(shè)備進行安裝生產(chǎn)且為當今自動化主流設(shè)備。該設(shè)備能模擬由現(xiàn)實工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒W(xué)生學(xué)習的高仿真度的現(xiàn)場工作環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生的認知能力及學(xué)習能力，使學(xué)生一進入該領(lǐng)域即可快速適應(yīng)現(xiàn)實中的生產(chǎn)物流環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的競爭力。

圖1 實訓(xùn)平臺

該實訓(xùn)平臺由鋁合金導(dǎo)軌式實訓(xùn)臺、自動生產(chǎn)線模塊、曲面TCP 實訓(xùn)模塊、碼垛實訓(xùn)模塊、涂膠實訓(xùn)模塊、裝配實訓(xùn)模塊、快換夾具模塊、工業(yè)機器人、電氣控制電路等9 部分組成。每站各有一套PLC 控制系統(tǒng)獨立控制，既可各自獨立動作，又可緊密相連形成一條自動線，完成零件的加工、檢測、安裝和入庫，因此，該平臺能夠為學(xué)生提供一個半開放式的學(xué)習環(huán)境。雖然各個組成單元的結(jié)構(gòu)已經(jīng)固定，但是設(shè)備的各個執(zhí)行機構(gòu)按照怎樣的流程運行、各單元之間如何配合、最終模擬怎樣的生產(chǎn)過程、整個流水線按怎樣的操作模式運轉(zhuǎn)等，都可根據(jù)自己的理解，運用所學(xué)理論知識，設(shè)計出PLC 控制程序，實現(xiàn)模擬流水線控制。整個系統(tǒng)基本涵蓋了加工、組裝、檢測工件直至倉儲的全部流程，體現(xiàn)了自動化生產(chǎn)線上物流、能量流和信息流的概念。利用該系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)生的實際情況從設(shè)計、裝配、編程、試運行、操作、維護和故障排除等多方面進行實訓(xùn)。

2 基于新工科理念的工業(yè)機器人實訓(xùn)課程

新工科背景下的高等教育培養(yǎng)目標是培養(yǎng)能適應(yīng)新學(xué)科和新產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新人才，培養(yǎng)和提高學(xué)生創(chuàng)新和理論聯(lián)系實際的能力[6]。以先基礎(chǔ)后拓展技能的原則，將實訓(xùn)課程教學(xué)內(nèi)容分為三個部分：一是機器人及實訓(xùn)平臺拆裝及調(diào)試，二是機器人操作及維護，三是機器人和PLC 控制程序設(shè)計等綜合應(yīng)用能力。

2.1 機器人及實訓(xùn)平臺的機械及電氣拆裝調(diào)試實訓(xùn)項目設(shè)計

項目實施為期一周。主要分成三個部分：一是硬件的安裝與調(diào)試，二是電氣安裝與調(diào)試，三是程序調(diào)試和應(yīng)用。

（1）硬件的安裝與調(diào)試：工業(yè)機器人底座的安裝與調(diào)試技術(shù)，工業(yè)機器人安裝與調(diào)試技術(shù)，工業(yè)機器人自動換夾具安裝與調(diào)試技術(shù)，立體倉庫單元的安裝與調(diào)試，供料單元的安裝與調(diào)試，碼垛工作站的安裝與調(diào)試，涂膠工作站的安裝與調(diào)試，平面、曲面工作站安裝與調(diào)試，裝配工作站安裝與調(diào)試。

（2）電氣安裝與調(diào)試：工業(yè)機器人本體與控制器之間的電氣連接與調(diào)試技術(shù)，工業(yè)機器控制器和PLC 之間電氣連接與調(diào)試技術(shù)，工業(yè)機器人夾具電氣連接與調(diào)試技術(shù)，供料單元和輸送分揀單元上的傳感器安裝與調(diào)試。

（3）編程調(diào)試和應(yīng)用：通過示教器對工業(yè)機器人運作過程的調(diào)試，通過觸摸屏I/O 板對機器人運作的控制。

學(xué)生通過分組實訓(xùn)和競爭實訓(xùn)，對工業(yè)機器人及實訓(xùn)平臺的系統(tǒng)組成、工作原理、電控系統(tǒng)及各部分關(guān)聯(lián)運動都有了全面的了解，為后期的學(xué)習打下基礎(chǔ)，安裝工藝得到提升。

2.2 機器人操作及維護項目設(shè)計

項目實施為期二周。該實訓(xùn)項目的設(shè)計目的主要是使學(xué)生基本了解編程系統(tǒng)和基本操作指令。

（1）工業(yè)機器人的基礎(chǔ)操作。安裝工業(yè)機器人編程調(diào)試軟件，認識機器人示教器，掌握機器人示教器按鍵功能，學(xué)習示教器的操作，了解示教界面顯示功能。

（2）工業(yè)機器人編程。學(xué)習簡單的I/O 分配，結(jié)合PLC 相關(guān)知識點對工業(yè)機器人進行簡單的編程，包括：快換夾具的編寫，工業(yè)機器人平面軌跡運行的編寫，工業(yè)機器人垂直軌跡運行的編寫，涂膠、碼垛運行的編寫。

（3）設(shè)備的維護和保養(yǎng)。能夠按照機器人操作規(guī)程對機器人進行安全檢查，根據(jù)系統(tǒng)的異常、機械故障進行簡單的維修和保養(yǎng)，工業(yè)機器人的日、周、月檢查與維護。

通過學(xué)習機器人基本操作和與外圍設(shè)備建立通訊連接、編寫程序，讓機器人實現(xiàn)預(yù)定運動軌跡功能，為綜合實訓(xùn)奠定基礎(chǔ)。在實訓(xùn)項目中，運動軌跡可編程操作是工業(yè)機器人綜合應(yīng)用的基礎(chǔ)，通過實物學(xué)習工業(yè)機器人相關(guān)知識、設(shè)備和實用技能，是提高工業(yè)機器人應(yīng)用能力的有效手段。通過實訓(xùn)項目可以引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)標準化編程思想，提升學(xué)生對工業(yè)機器人軟硬件資源的應(yīng)用能力。

2.3 工業(yè)機器人綜合實訓(xùn)項目設(shè)計

項目實施為期二周。學(xué)生在已經(jīng)學(xué)過PLC、變頻器、觸摸屏等理論課和實訓(xùn)課程的基礎(chǔ)上，進行工業(yè)機器人綜合實訓(xùn)課程的學(xué)習。

（1）工作站聯(lián)調(diào)。以生產(chǎn)和加工所需的完整工作站為應(yīng)用背景，建立具有不同功能的機器人工作系統(tǒng)，如涂膠工作站、碼垛工作站、搬運工作站等，其目標是提高學(xué)生對機器人工作系統(tǒng)的認識，讓其熟悉外設(shè)工具選擇和機器人可編程控制等，進而培養(yǎng)學(xué)生對協(xié)作工業(yè)機器人綜合應(yīng)用的能力。

（2）自動化生產(chǎn)線聯(lián)調(diào)。主要是完成自動生產(chǎn)線工作站，由工業(yè)機器人、PLC、供料單元、同步輸送帶、變頻器、觸摸屏、三相異步電機、碼垛工作臺等組成。三相異步電機側(cè)軸裝有旋轉(zhuǎn)編碼器，便于電機閉環(huán)控制可精確定位物料的位置。工作時控制系統(tǒng)控制供料單元供料、推料至輸送帶，待物料輸送至輸送線末端時機器人進行物料分揀碼垛工作。該站主要用于模擬生產(chǎn)線的碼垛綜合應(yīng)用，也可自由搭配作為模擬物流分揀工作站。

該實訓(xùn)為學(xué)生提供了一個了解分析整條自動線的機會，使學(xué)生從中理解自動線上物流、能量流和信息流的形成，掌握自動線的工藝分析方法，體會多種機電技術(shù)在自動線設(shè)備上的綜合應(yīng)用[7]。

3 結(jié)語

通過該實訓(xùn)平臺，教學(xué)設(shè)計由淺入深、循序漸進，將工業(yè)機器人專業(yè)的多種技術(shù)進行了綜合應(yīng)用，并采用了新工科背景下的實例項目設(shè)計教學(xué)模式，把繁雜的實訓(xùn)過程變得清晰有序，學(xué)生通過不同工作過程的訓(xùn)練，能夠融會貫通，掌握常見的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的裝調(diào)方法和基本維護知識。該實訓(xùn)的工作任務(wù)訓(xùn)練和小組協(xié)作的實訓(xùn)方式，能較好地鍛煉操作者團隊的協(xié)作能力和安全意識。該實訓(xùn)平臺突出強調(diào)技術(shù)的綜合運用，學(xué)生的專業(yè)技能提高明顯，在實訓(xùn)教學(xué)中取得了較好的效果。隨著實訓(xùn)課改的推進，將在當前方案的基礎(chǔ)上，利用該實訓(xùn)平臺的開放性作進一步的實訓(xùn)項目拓展，主要方向為多臺機器人協(xié)作、多種型號PLC 的工程應(yīng)用訓(xùn)練等，希望以此充分發(fā)揮該實訓(xùn)平臺的實訓(xùn)效能，進一步提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。