工業(yè)機(jī)器人項(xiàng)目教學(xué)實(shí)踐與探究

羅慧珍

摘 要：工業(yè)機(jī)器人課程教學(xué)以培養(yǎng)實(shí)踐應(yīng)用型人才為目標(biāo)，開展項(xiàng)目式課堂教學(xué)，增加實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，完善工業(yè)機(jī)器人課程教學(xué)內(nèi)容，積極探索工業(yè)機(jī)器人項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容的整合及教學(xué)模式的改革，重視強(qiáng)化學(xué)生的理論知識(shí)，同時(shí)注重提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，促進(jìn)學(xué)生全方面、多維度發(fā)展。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人 項(xiàng)目教學(xué) 人才培養(yǎng)

引言

工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）對(duì)機(jī)器人的定義為“機(jī)器人是一種自動(dòng)的、位置可控的、具有編程能力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)械手有幾個(gè)軸，能夠借助于可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行各種任務(wù)。”工業(yè)機(jī)器人一般是由機(jī)械本體、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種綜合了人和機(jī)器的特長(zhǎng)、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化裝置。機(jī)器人技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、信息與傳感技術(shù)、機(jī)械工程技術(shù)、人工智能學(xué)、控制論、仿生學(xué)等多門學(xué)科。工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用教程主要培養(yǎng)學(xué)生工業(yè)機(jī)器人的操縱能力和思考能力，是一門職業(yè)性、實(shí)用性較強(qiáng)的專業(yè)課程，它對(duì)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)其它課程起到前后支撐作用，對(duì)學(xué)生核心專業(yè)能力形成起到關(guān)鍵作用。

我校的機(jī)器人應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)學(xué)生開設(shè)工業(yè)機(jī)器人課程，實(shí)驗(yàn)室配備以ABB工業(yè)機(jī)器人為主要的教學(xué)設(shè)備，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式等仍處在摸索和探究階段。2018年3月，申報(bào)佛山市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃“基于機(jī)器人教學(xué)創(chuàng)新人才培養(yǎng)行動(dòng)研究”專項(xiàng)課題“工業(yè)機(jī)器人學(xué)與教項(xiàng)目設(shè)計(jì)的方法”研究，2018年6月立項(xiàng)。本課題研究的主要目的是開展對(duì)機(jī)器人課程體系的研究，建立機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，培養(yǎng)應(yīng)用型工業(yè)機(jī)器人人才。課題組成員通過專業(yè)論證與調(diào)查，結(jié)合一線教學(xué)實(shí)踐，對(duì)本課程的項(xiàng)目教學(xué)進(jìn)行深入的摸索和探究，撰寫專業(yè)調(diào)查報(bào)告，確定專業(yè)目標(biāo)、方向，進(jìn)而開發(fā)出一系列學(xué)與教應(yīng)開設(shè)的項(xiàng)目，總結(jié)工業(yè)機(jī)器人學(xué)與教項(xiàng)目設(shè)計(jì)方法。

一、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域

當(dāng)前，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域日趨廣泛，已成為現(xiàn)代制造生產(chǎn)中重要的高度自動(dòng)化裝備。工業(yè)機(jī)器人在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)乃至家政服務(wù)機(jī)器人等均有應(yīng)用案例。隨著機(jī)器人研究的不斷深入，機(jī)器人群體在國防軍事領(lǐng)域?qū)⒅鸩浇庸苘娙说膽?zhàn)斗崗位，機(jī)器人大規(guī)模走上戰(zhàn)爭(zhēng)舞臺(tái)，將帶來軍事科學(xué)的真正革命。在醫(yī)療衛(wèi)生體系，醫(yī)療機(jī)器人可用于傷病員的救援、轉(zhuǎn)運(yùn)、手術(shù)和康復(fù)，是醫(yī)療衛(wèi)生裝備信息化、智能化的重要發(fā)展方向之一。在汽車制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人能適應(yīng)不同的生產(chǎn)環(huán)境及工藝的要求，可代替人工完成：焊接、搬運(yùn)、噴涂、裝配、檢測(cè)等繁重、有毒、高低溫等環(huán)境下的操作，保證了人員的生產(chǎn)安全，同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率，在汽車制造生產(chǎn)過程中占領(lǐng)著不可替代的重要作用。

二、應(yīng)用型人才需具備的實(shí)踐能力

隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機(jī)器人智能化水平的提高，生產(chǎn)企業(yè)對(duì)機(jī)器人人才的要求也相應(yīng)提高，工業(yè)機(jī)器人的未來發(fā)展是十分樂觀的，但當(dāng)前我國工業(yè)機(jī)器人技能人才比較缺乏，牽涉到的工作崗位主要有：工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用操作崗位、工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)崗位、工業(yè)機(jī)器人維修保養(yǎng)崗位。工作崗位不同，其技能實(shí)踐要求也相應(yīng)不同。但大體來說，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用型人才需具備良好的職業(yè)道德、較高的職業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新精神，具有計(jì)算機(jī)接口、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，具備工業(yè)機(jī)器人安裝、調(diào)試、維護(hù)方面的專業(yè)知識(shí)和操作技能，具備機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣控制、傳感技術(shù)、智能控制等專業(yè)技能，能從事工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的模擬、編程、調(diào)試、操作、銷售，具備工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)維護(hù)維修與管理的相關(guān)技能，具有較強(qiáng)的安全生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、節(jié)約資源和創(chuàng)新的意識(shí)。

三、工業(yè)機(jī)器人課程主要內(nèi)容

在《工業(yè)機(jī)器人》課程教學(xué)中須結(jié)合實(shí)踐教學(xué)課程來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性，達(dá)到鍛煉學(xué)生的實(shí)際工程應(yīng)用及實(shí)踐操作能力。工業(yè)機(jī)器人課程涉及多方面的知識(shí)，通過工業(yè)機(jī)器人課程的學(xué)習(xí)，擬定項(xiàng)目教學(xué)實(shí)現(xiàn)的課程目標(biāo)如下：

（1）掌握PLC的I/O端口分配、外圍設(shè)備連接、編程指令，具備PLC安裝、調(diào)試、維護(hù)能力，熟悉國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范，具有技術(shù)資料編寫能力。

（2）了解工業(yè)機(jī)器人的基本知識(shí)、機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及感覺系統(tǒng)。

（3）掌握PLC運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及作用，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試運(yùn)行的方法，PLC、人機(jī)界面、變頻器綜合控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試的方法。

（4）掌握機(jī)器人的基礎(chǔ)操作、I/O通信、程序編程、硬件連接及進(jìn)階功能。

（5）掌握工業(yè)機(jī)器人仿真應(yīng)用技術(shù)、RobotStudio仿真軟件的使用及操作。

四、學(xué)與教項(xiàng)目設(shè)置的幾點(diǎn)建議

機(jī)器人教學(xué)與其他學(xué)科教學(xué)最大的不同點(diǎn)在于不是以講授為主，而是搭建一種師生平等的合作伙伴關(guān)系，教師作為引導(dǎo)者、組織者、合作者的角色，是師生學(xué)習(xí)共同體的一份子。而學(xué)生作為參與課堂的主體，以小組合作的形式，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)、程序編制、組裝調(diào)試、總結(jié)反思等。因此，在課堂教學(xué)中，教師可嘗試采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的項(xiàng)目教學(xué)，根據(jù)學(xué)生的興趣和特長(zhǎng)組成不同的項(xiàng)目小組，組內(nèi)成員之間根據(jù)教學(xué)任務(wù)再進(jìn)行責(zé)任分工，通過組員之間相互配合、相互協(xié)作來完成具體任務(wù)，最后教師負(fù)責(zé)鑒定各小組的研究成果。這種任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的項(xiàng)目教學(xué)能夠最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)資源共享、任務(wù)明確、靈活自主、可操作性強(qiáng)的教學(xué)效果。根據(jù)我校專業(yè)能力培養(yǎng)目標(biāo)，以實(shí)際崗位工作內(nèi)容為依據(jù)，校企共同開發(fā)教學(xué)項(xiàng)目，以項(xiàng)目為載體，確定課程教學(xué)項(xiàng)目及教學(xué)設(shè)計(jì)，課程項(xiàng)目教學(xué)如下表所示：

可編程序控制器 1.PLC編程方法、編程軟件

2.電動(dòng)機(jī)控制線路的PLC改造

3.流水燈的應(yīng)用

4.運(yùn)料小車自動(dòng)往返PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試與維護(hù)

5.噴泉與交通燈的PLC設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試與維護(hù) 以實(shí)踐操作法和現(xiàn)場(chǎng)演示法為主，以工業(yè)機(jī)械手、恒壓供水等實(shí)際控制系統(tǒng)為載體，通過PLC實(shí)際控制系統(tǒng)的安裝調(diào)試，學(xué)做一體，學(xué)習(xí)PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成的基本知識(shí)和基本方法，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能。

工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ) 1.工業(yè)機(jī)器人的基本知識(shí)

2.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)

3.工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

4.工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)

5.工業(yè)機(jī)器人的感覺系統(tǒng) 以實(shí)踐操作法和任務(wù)驅(qū)動(dòng)法為主，以真實(shí)工業(yè)機(jī)器人為載體，采用現(xiàn)場(chǎng)課的教學(xué)形式，加深學(xué)生對(duì)工業(yè)機(jī)器人的基本認(rèn)識(shí)。配合小組討論法等其他教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

單片機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù) 1.流水燈、音樂門鈴的設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試

2.交通燈、廣告屏的設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試

3.簡(jiǎn)易計(jì)算器、數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試

4.數(shù)控電源的設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試 以實(shí)踐操作法和項(xiàng)目教學(xué)法為主，以流水燈等單片機(jī)產(chǎn)品為載體，采用學(xué)做一體的方式，通過實(shí)際產(chǎn)品制作，培養(yǎng)學(xué)生單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、程序編制與調(diào)試，系統(tǒng)仿真與調(diào)試等專業(yè)技能。

三菱PLC編程與應(yīng)用 1.PLC運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)組成及作用

2.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試運(yùn)行

3.PLC網(wǎng)絡(luò)控制在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.PLC、人機(jī)界面、變頻器綜合控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試 以實(shí)踐操作法和項(xiàng)目教學(xué)法為主，以三軸定位控制系統(tǒng)為載體，采用學(xué)做一體的方式，通過實(shí)際產(chǎn)品制作，培養(yǎng)學(xué)生伺服電機(jī)的安裝與調(diào)試，掌握機(jī)器人的開發(fā)。

工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程 1.機(jī)器人的基礎(chǔ)操作

2.機(jī)器人的I/O通信

3.機(jī)器人的程序編程

4.硬件連接及進(jìn)階功能 以實(shí)踐操作法和項(xiàng)目教學(xué)法為主，以ABB機(jī)器人為載體，采用學(xué)做一體的教學(xué)形式，通過對(duì)工業(yè)機(jī)器人典型應(yīng)用的實(shí)例講解，使學(xué)生能掌握工業(yè)機(jī)器人典型應(yīng)用。

工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)虛擬仿真 1.RobotStudio簡(jiǎn)介

2.RobotStudio中的建模功能

3.Smart組件的應(yīng)用

4.RobotStudio的在線功能 以實(shí)踐操作法和項(xiàng)目教學(xué)法為主，以RobotStudio軟件為載體，采用學(xué)做一體的教學(xué)形式，通過對(duì)RobotStudio仿真軟件的應(yīng)用實(shí)例講解，使學(xué)生對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行仿真操作

參考文獻(xiàn)

[1]王懷江.淺談機(jī)器人控制的實(shí)際應(yīng)用[J].科技與企業(yè)，2013（03）.