工业机器人项目教学实践与探究

摘 要：工业机器人课程教学以培养实践应用型人才为目标，开展项目式课堂教学，增加实践教学环节，完善工业机器人课程教学内容，积极探索工业机器人项目教学内容的整合及教学模式的改革，重视强化学生的理论知识，同时注重提高学生的实践动手能力，促进学生全方面、多维度发展。

关键词：工业机器人 项目教学 人才培养

引言

工业机器人在工业生产中广泛应用，国际标准化组织（ISO）对机器人的定义为“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手有几个轴，能够借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。”工业机器人一般是由机械本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种综合了人和机器的特长、能在三维空间完成各种作业的机电一体化装置。机器人技术综合了计算机科学技术、信息与传感技术、机械工程技术、人工智能学、控制论、仿生学等多门学科。工业机器人应用教程主要培养学生工业机器人的操纵能力和思考能力，是一门职业性、实用性较强的专业课程，它对工业机器人应用与维护专业其它课程起到前后支撑作用，对学生核心专业能力形成起到关键作用。

我校的机器人应用与维护专业学生开设工业机器人课程，实验室配备以ABB工业机器人为主要的教学设备，教学内容和教学模式等仍处在摸索和探究阶段。2018年3月，申报佛山市教育科学“十三五”规划“基于机器人教学创新人才培养行动研究”专项课题“工业机器人学与教项目设计的方法”研究，2018年6月立項。本课题研究的主要目的是开展对机器人课程体系的研究，建立机器人实验系统，培养应用型工业机器人人才。课题组成员通过专业论证与调查，结合一线教学实践，对本课程的项目教学进行深入的摸索和探究，撰写专业调查报告，确定专业目标、方向，进而开发出一系列学与教应开设的项目，总结工业机器人学与教项目设计方法。

一、工业机器人的应用领域

当前，工业机器人技术和产业迅速发展，应用领域日趋广泛，已成为现代制造生产中重要的高度自动化装备。工业机器人在国防军事、医疗卫生、制造业乃至家政服务机器人等均有应用案例。随着机器人研究的不断深入，机器人群体在国防军事领域将逐步接管军人的战斗岗位，机器人大规模走上战争舞台，将带来军事科学的真正革命。在医疗卫生体系，医疗机器人可用于伤病员的救援、转运、手术和康复，是医疗卫生装备信息化、智能化的重要发展方向之一。在汽车制造业中，工业机器人能适应不同的生产环境及工艺的要求，可代替人工完成：焊接、搬运、喷涂、装配、检测等繁重、有毒、高低温等环境下的操作，保证了人员的生产安全，同时也提高了生产效率，在汽车制造生产过程中占领着不可替代的重要作用。

二、应用型人才需具备的实践能力

随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高，生产企业对机器人人才的要求也相应提高，工业机器人的未来发展是十分乐观的，但当前我国工业机器人技能人才比较缺乏，牵涉到的工作岗位主要有：工业机器人应用操作岗位、工业机器人系统设计岗位、工业机器人维修保养岗位。工作岗位不同，其技能实践要求也相应不同。但大体来说，工业机器人应用型人才需具备良好的职业道德、较高的职业素质和创业创新精神，具有计算机接口、工业控制网络和自动化生产线系统的基础知识，具备工业机器人安装、调试、维护方面的专业知识和操作技能，具备机械结构设计、电气控制、传感技术、智能控制等专业技能，能从事工业机器人系统的模拟、编程、调试、操作、销售，具备工业机器人应用系统维护维修与管理的相关技能，具有较强的安全生产、环境保护、节约资源和创新的意识。

三、工业机器人课程主要内容

在《工业机器人》课程教学中须结合实践教学课程来激发学生的学习主观能动性，达到锻炼学生的实际工程应用及实践操作能力。工业机器人课程涉及多方面的知识，通过工业机器人课程的学习，拟定项目教学实现的课程目标如下：

（1）掌握PLC的I/O端口分配、外围设备连接、编程指令，具备PLC安装、调试、维护能力，熟悉国家相关标准和行业规范，具有技术资料编写能力。

（2）了解工业机器人的基本知识、机械系统、驱动系统、控制系统以及感觉系统。

（3）掌握PLC运动控制系统的组成及作用，步进电动机控制系统安装与调试运行的方法，PLC、人机界面、变频器综合控制系统安装与调试的方法。

（4）掌握机器人的基础操作、I/O通信、程序编程、硬件连接及进阶功能。

（5）掌握工业机器人仿真应用技术、RobotStudio仿真软件的使用及操作。

四、学与教项目设置的几点建议

机器人教学与其他学科教学最大的不同点在于不是以讲授为主，而是搭建一种师生平等的合作伙伴关系，教师作为引导者、组织者、合作者的角色，是师生学习共同体的一份子。而学生作为参与课堂的主体，以小组合作的形式，进行创新设计、程序编制、组装调试、总结反思等。因此，在课堂教学中，教师可尝试采用任务驱动式的项目教学，根据学生的兴趣和特长组成不同的项目小组，组内成员之间根据教学任务再进行责任分工，通过组员之间相互配合、相互协作来完成具体任务，最后教师负责鉴定各小组的研究成果。这种任务驱动式的项目教学能够最大限度地发挥学生的主动性，实现资源共享、任务明确、灵活自主、可操作性强的教学效果。根据我校专业能力培养目标，以实际岗位工作内容为依据，校企共同开发教学项目，以项目为载体，确定课程教学项目及教学设计，课程项目教学如下表所示：

可编程序控制器1.PLC编程方法、编程软件

2.电动机控制线路的PLC改造

3.流水灯的应用

4.运料小车自动往返PLC控制系统的设计、安装、调试与维护

5.喷泉与交通灯的PLC设计、安装、调试与维护以实践操作法和现场演示法为主，以工业机械手、恒压供水等实际控制系统为载体，通过PLC实际控制系统的安装调试，学做一体，学习PLC控制系统构成的基本知识和基本方法，培养学生的专业技能。

工业机器人基础1.工业机器人的基本知识

2.工业机器人的机械系统

3.工业机器人的驱动系统

4.工业机器人的控制系统

5.工業机器人的感觉系统以实践操作法和任务驱动法为主，以真实工业机器人为载体，采用现场课的教学形式，加深学生对工业机器人的基本认识。配合小组讨论法等其他教学方法，培养学生分析问题、解决问题的能力。

单片机控制系统运行与维护1.流水灯、音乐门铃的设计、制作与调试

2.交通灯、广告屏的设计、制作与调试

3.简易计算器、数字温度计的设计、制作与调试

4.数控电源的设计、制作与调试以实践操作法和项目教学法为主，以流水灯等单片机产品为载体，采用学做一体的方式，通过实际产品制作，培养学生单片机系统设计、程序编制与调试，系统仿真与调试等专业技能。

三菱PLC编程与应用1.PLC运动控制系统组成及作用

2.步进电动机控制系统安装与调试运行

3.PLC网络控制在运动控制系统中的应用

4.PLC、人机界面、变频器综合控制系统安装与调试以实践操作法和项目教学法为主，以三轴定位控制系统为载体，采用学做一体的方式，通过实际产品制作，培养学生伺服电机的安装与调试，掌握机器人的开发。

工业机器人现场编程1.机器人的基础操作

2.机器人的I/O通信

3.机器人的程序编程

4.硬件连接及进阶功能以实践操作法和项目教学法为主，以ABB机器人为载体，采用学做一体的教学形式，通过对工业机器人典型应用的实例讲解，使学生能掌握工业机器人典型应用。

工业机器人系统虚拟仿真1.RobotStudio简介

2.RobotStudio中的建模功能

3.Smart组件的应用

4.RobotStudio的在线功能以实践操作法和项目教学法为主，以RobotStudio软件为载体，采用学做一体的教学形式，通过对RobotStudio仿真软件的应用实例讲解，使学生对工业机器人进行仿真操作

参考文献

[1]王怀江.浅谈机器人控制的实际应用[J].科技与企业，2013（03）.