高職院校《工業(yè)機器人技術(shù)》課程教學(xué)改革的探索

周 宇 陳一峰 張 晶

（武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程學(xué)院，湖北武漢 430050）

1 《工業(yè)機器人》課程的性質(zhì)和地位

《工業(yè)機器人》課程是高職院校數(shù)控專業(yè)的一門專業(yè)延伸課程，主要講授工業(yè)機器人的基本結(jié)構(gòu)，機器人運動學(xué)和動力學(xué)方程，自動控制系統(tǒng)架構(gòu)，傳感器基本原理等內(nèi)容，旨在幫助學(xué)生提高機電一體化綜合技術(shù)的應(yīng)用能力，為后續(xù)的職業(yè)生涯發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

機械類專業(yè)學(xué)生的主要課程由工程力學(xué)，工程制圖，機械設(shè)計，制造工藝，電機拖動等構(gòu)成，這些課程都和《工業(yè)機器人》課程有著密切的聯(lián)系，《工業(yè)機器人》的主要內(nèi)容需要以上述課程所講授的知識做為基礎(chǔ)，可以說《工業(yè)機器人》是對前期課程內(nèi)容的一次全面應(yīng)用，能夠讓學(xué)生對機械專業(yè)的整體認識提升到一個新臺階。

2 《工業(yè)機器人》課程教學(xué)中存在的主要問題

在目前高職院校《工業(yè)機器人》課程的教學(xué)過程中，老師們都嘗試進行一些改革，例如引進工業(yè)機器人的全套裝配圖紙，機器人在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的多媒體資料，項目驅(qū)動教學(xué)等，但是很難達到理想效果，無法達到提升學(xué)生整體機械知識的目標。從教學(xué)的實際反映來看，目前存在如下主要問題。

2.1 課程教學(xué)順序安排不合理

工業(yè)機器人是一種典型的機電一體化應(yīng)用技術(shù)，其教學(xué)內(nèi)容的安排是以學(xué)生的先修課程《機械基礎(chǔ)》《液壓技術(shù)》《電機拖動》《PLC電氣控制》為基礎(chǔ)所設(shè)計的一次大型綜合應(yīng)用。但是目前各高等職業(yè)院校的《工業(yè)機器人》被安排在大三上學(xué)期開課，學(xué)生在同一學(xué)期開課學(xué)習(xí)《液壓與氣動技術(shù)》以及《PLC電氣控制》。這樣的課程安排，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)《工業(yè)機器人》的課程時，沒有電子電氣方面的知識，對于多電機控制系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)的工作原理感到很茫然。

工業(yè)機器人的各種機械結(jié)構(gòu)能夠按照預(yù)定的軌跡動作，依賴于各種電機驅(qū)動裝置在電子硬件系統(tǒng)的控制下嚴格按照程序運轉(zhuǎn)。在本課程之前，學(xué)生沒有接觸過多電機系統(tǒng)，而該課程中，機器人的各種動作都是多電機的耦合動作，理論抽象，在有限的課時條件下，學(xué)生難以理解和掌握。

2.2 脫離實際工程背景

《工業(yè)機器人》課程教學(xué)內(nèi)容脫離工程實際背景，主要表現(xiàn)在：課本教學(xué)內(nèi)容編排過于理論化，重點講解了機器人運動學(xué)和動力學(xué)設(shè)計原理和方法，電氣控制系統(tǒng)中傳感器的信號檢測原理，自動控制方法等內(nèi)容。經(jīng)典的機械和電氣系統(tǒng)設(shè)計理論，確實是工業(yè)機器人的基礎(chǔ)，但是高職學(xué)生往往動手能力強，理論分析能力較弱，在整體教學(xué)內(nèi)容的編排上過于注重機器人設(shè)計理論，弱化機器人在工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用背景分析，缺乏案例教學(xué)，造成了部分高職學(xué)生的學(xué)習(xí)困難。而且，該課程由于學(xué)校客觀條件限制，不可能購置足夠的機器人組件、電機與控制系統(tǒng)讓學(xué)生實際動手操作，使得學(xué)生對于機器人知識的學(xué)習(xí)缺乏直觀的感性認識。

2.3 忽視細節(jié)

工業(yè)機器人技術(shù)，做為一門課程而言，必有其關(guān)鍵技術(shù)和重難點，教師對其進行詳細的講解，是正常情況。但從實際教學(xué)情況的反饋來看，學(xué)生對于前期各知識點的細節(jié)掌握情況并不樂觀，在獨立設(shè)計機器人總裝配圖和零件圖的過程中，忽略力學(xué)分析，忽略工程圖學(xué)規(guī)定，嚴重違反各種機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計和使用原則的情況屢見不鮮。

3 《工業(yè)機器人》課程改革的基本思路與實踐探索

3.1 重組教學(xué)內(nèi)容，引入項目載體，突出機械背景

工業(yè)機器人是一種機電一體化技術(shù)，在其他課程無法進行調(diào)整，只有36個理論學(xué)時的客觀條件下，做為教師必須精選課程內(nèi)容，確保學(xué)生學(xué)有所得，為今后的職業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。因此，確定《工業(yè)機器人》課程的教學(xué)目標為：以工業(yè)機器人的應(yīng)用案例為背景，幫助學(xué)生建立典型機械的分析和設(shè)計能力，掌握機械行業(yè)最基本的技能

（1）引入某凸輪裝配線上自適應(yīng)機械裝配手臂的真實設(shè)計案例，讓學(xué)生分組討論，采用不同的設(shè)計方案，會對最終產(chǎn)品的使用性能產(chǎn)生何種影響，使得學(xué)生能夠結(jié)合技術(shù)參數(shù)進行方案設(shè)計。

（2）結(jié)合工程力學(xué)和機械設(shè)計方法，講解方案中各種機械零部件的設(shè)計和選用原則，引導(dǎo)學(xué)生將自己設(shè)計方案中的各種零部件按照標準設(shè)計方法，進行設(shè)計和優(yōu)化。使得學(xué)生具有正確的選用軸，齒輪，軸承，帶輪，液壓缸，控制閥等典型機械零部件的能力。

（3）將期末考試變?yōu)樘峤粰C器人設(shè)計方案和裝配圖紙并答辯，要求學(xué)生提交符合制圖要求的機器人裝配圖紙，通過大型的機器人綜合設(shè)計過程，使學(xué)生具有較強的讀圖和繪圖能力。

在課時有限的情況下，屏蔽了電子控制方面的教學(xué)內(nèi)容，突出機械背景，引入實際的機器人應(yīng)用項目，每次課都安排具體的目標和任務(wù)，采用項目驅(qū)動法組織教學(xué)，以必須的機械職業(yè)技能訓(xùn)練為主線，結(jié)合訓(xùn)練內(nèi)容講解理論知識，讓理論為技能服務(wù)，使得學(xué)生在掌握技能的過程中理解理論，通過引導(dǎo)學(xué)生完成各項任務(wù)，實現(xiàn)教學(xué)目標。

3.2 引入新型教學(xué)手段，增強感官認識

如何在講解理論的同時讓學(xué)生看到實物，加強感性認識，避免純理論的空洞化教學(xué)。解決的方案有兩種，第一，建設(shè)課程專用的教學(xué)做一體化教室，購置實物，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)理論的同時，看得到，摸得著，該方案效果較好，但耗資巨大。第二，利用軟件虛擬現(xiàn)實技術(shù)，自建或者下載教學(xué)所需的數(shù)據(jù)庫，進行計算機動態(tài)仿真，該方案投資較少，實施比較方便，為此專門在《工業(yè)機器人》課程教學(xué)過程中，安排少量的課時，講解基于PRO／E或者ADAM軟件的動態(tài)仿真技術(shù)的應(yīng)用方法。使得學(xué)生在教學(xué)過程中，能夠真實地看到他們所設(shè)計的機器人機構(gòu)中，各種軸系、齒輪、軸承的工作和運轉(zhuǎn)情況，能夠感受到不同的機器人結(jié)構(gòu)參數(shù)所產(chǎn)生的不同的運動效果，加深學(xué)生們對于機械的直觀認識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4 結(jié) 語

通過一系列的改革，基本上克服了以前《工業(yè)機器人》教學(xué)中存在的主要問題，鍛煉了學(xué)生的機械基本技能，多數(shù)學(xué)生能夠自主完成設(shè)計項目通過答辯，取得了比較好的實際效果。

1 姬江濤.農(nóng)業(yè)機器人課程教學(xué)與教材建設(shè)［J］.中國電力教育，2010（8）

2 戰(zhàn)強.機器人學(xué)課程教學(xué)改革探討［J］.北京航空航天大學(xué)學(xué)報，社會科學(xué)版，2010（2）

3 臧紅彬.虛擬樣機軟ADAMS在工業(yè)機器人教學(xué)中的應(yīng)用［J］.高教研究，2010（2）