工業機器人在本科工程訓練實踐教學中的探討

陳小勤 周丹 王淑偉 謝敏

摘? 要 由于工業機器人在當前時代十分重要及其相關人才的急需，分析學校工程訓練中心工業機器人實訓室的現狀及實踐教學中存在的問題，對工業機器人實訓室建設、課程建設與改革進行探討，并提出幾點規劃與建議，以求取得較好的實訓效果并與產業發展同步。

關鍵詞 工業機器人;工程訓練;實踐教學;實訓室

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）12-0132-03

Abstract Due to the importance of industrial robots in the current era?and the urgent need for related talents， this paper analyzes the current?situation of industrial robot training rooms in college engineering training centers and problems in practical teaching. It discusses the construction of industrial robot training room， curriculum construc-tion and reform， and puts forward several plans and suggestions in order to obtain better training results and keep pace with industrial development.

Key words industrial robot; engineering training; practical teaching; training rooms

1 引言

工業機器人是智能制造業最具代表性的裝備。近年來，全球對工業機器人的需求明顯加快。從市場規模來看，2013—2018全球工業機器人市場規模一直處于穩步上升趨勢。我國在2014年就已經成為全球最大的工業機器人消費國[1-2]，預計未來幾年甚至十年，我國機器人市場會需求越來越大。面對工業機器如此大規模的被需求，迫切需要培養工業機器人方向的應用技術人才[1，3]，以應對中國制造產業技術進步和產業升級帶來的應用技術人才的大量需求。

工業機器人作為一門課程或一個專業，在很多高職院校已經開設和創辦[4-7]，而普通高校的工程訓練正是理論與實踐教學內容的結合，為培養應用技術人才提供了保障。因此，高校工程訓練環節開設工業機器人課程具有十分重要的意義。本文針對目前西南交通大學工程訓練中工業機器人實訓中存在的問題、實訓室建設與實踐教學課程開設等，進行較為深入的探討。

2 工業機器人實訓室現狀及實踐教學存在的問題

目前，西南交通大學工程訓練中心工業機器人實訓室有兩臺ABB IRB120工業機器人、一臺ABB IRB1410焊接機器人及相關工作平臺、示教器、控制柜、焊接槍等三套完整教學系統，均由四川紐賽特工業機器人制造有限公司提供，實驗平臺布局如圖1所示。

IRB120是一款小型工業機器人，其重量減至僅25 kg，

具有敏捷、緊湊、輕量的特點，控制精度與路徑精度俱優，主要用于裝配、碼垛、上下料、物料搬運、包裝/擠膠。IRB1410是一款專用的焊接機器人，采用超高速六軸運行機構，1.44 m的到達距離，加上5 kg的有效載荷，成為各種物料的理想焊接工具。IRB1410機器人較上一代產品優化了電機功率和運動性能，使其運動周期明顯短于同類競爭產器。兩款機器人都可采用電腦離線編程，也可在線編程，可手動也可自動運行。

目前，實訓過程中上述兩款工業機器人主要用于工程訓練課程中的演示教學，采用教師操作、學生觀摩的教學方式，分別作為工程訓練中模塊化機器人與焊接兩個工種知識的擴展與補充。經過實踐，總結發現教學中存在如下問題：

1）由于機器人價格昂貴，工作臺數量有限，學生僅限于觀摩，缺少實踐經驗;

2）實訓時間有限，對機器人的學習不夠深入;

3）實訓室機器人利用率不高，造成一定程度的浪費;

4）師資力量缺乏，對現有工業機器人研究不夠深入且操作不夠熟練。

3 工業機器人實訓室建設方案與探討

工業機器人實訓室建設包括實驗室設備的投入（已有）、師資人員的配備、企業項目的申請、實驗室運行模式和各項制度的制訂等。西南交通大學工程訓練中心針對目前實驗設備數量較少的不足，擬采取如下方案進行改進與建設。

1）申報教育部高等教育司關于有關企業支持的產學合作協同育人項目，項目類型為實踐條件和實踐基地建設，爭取由項目支持增加上述相同型號實訓設備的投入。

2）在原有設備的基礎上，更多地讓學生學習工業機器人的離線編程，將自己所編程序上傳到機器人控制箱，以驗證編程結果，從而掌握機器人的運行;配合校內科研單位或是由中心教師自主申報，參與關于機器人的各類科研項目;結合全國大學的工程訓練大賽及其他各類競賽，如關于機械臂的設計與操作比賽，為學生提供設計思路或練手平臺。

師資方面，工程訓練中心現有實踐環節已開設模塊化機器人的工種，實踐證明，該課程很受學生歡迎，教師業務水平較高，深受學生認可，且有兩位教師在全校范圍內也開設了有關機器人的選修課程。由此可見，工業機器人實訓室具備一定的師資力量，但專業的工業機器人教師缺乏。針對這一特點，仍可采取申報教育部高等教育司關于有關企業支持的產學合作協同育人項目，項目類型為師資培訓，努力培育一批具有良好業務水平的師資隊伍。同時，可以從企業中尋找一批精通機器人編程與操作，能夠解決機器人疑難故障的企業工程師，協助完成工業機器人的實踐教學。以此形成校企混編師資隊伍，切實保證教學質量，也讓教學內容與產業發展保持同步[1]。

運行模式方面，實驗室可為工程訓練基礎實訓開放，也可為科研項目[8-9]或競賽等開放。后者由相關負責人主動申請，一周可提供一天的開放時間。另外，實驗室已制定了各項管理規章制度，如《工業機器人安全操作規范及注意事項》，已經編在《工程訓練中心安全管理制度》中。該制度也可結合后續的實訓情況而改進。

綜上，前兩方面關于實驗設備和師資的建設都涉及校企協同育人項目的申報，這為企業項目的申請提供了契機，也為培養出工業機器人方向的應用技術人才提供了有力的支持。上述提出的實驗室運行模式有望在很大程度上解決資源浪費的問題。

4 工業機器人實訓課程建設方案與探討

目前，西南交通大學工程訓練中心的工業機器人實訓課程僅作為模塊化機器人和焊接兩個工種的知識擴充，經前面對工業機器人的發展形式與地位進行分析，單獨開設一門工業機器人的實訓課程十分必要。工業機器人實訓課程建設主要包括課程資源開發建設、實訓項目內容設計、考核方式等[10]。

課程資源來自四川紐賽特工業機器人制造有限公司提供的各種文檔，包括系統配置、編程手冊、培訓視頻等。另外，可充分運用互聯網和虛擬技術，通過手機來構建“互聯網+”的教學服務團隊，讓虛擬技術走進現實課堂，以提高課堂效率[4，10]。

實訓項目內容初步設計如圖2所示。工程訓練基礎實訓每一個工種總共八學時（自然學時數六小時，含一小時預習），由于學時有限，導致實訓內容有限。因此，所有專業的實訓內容擬選取模塊一，基于IRB120小型工業機器人，通過示教在線編程或PC機離線編程來按要求對小木塊進行碼垛。以此使學生掌握工業機器人編程，熟悉工業機器人的手動操作與自動運行，并對工業機器人的運動軌跡規劃有初步的認識，對工業機器操作時的安全注意事項有深刻的體會。這也為畢業以后從事工業機器人行業的部分學生奠定了堅實的工作基礎。

針對工程訓練環節的工業機器人基礎實訓，課程建設過程中擬采用教學過程化考核的方式對學生的實踐學習進行評價，該考核方式有利于掌握并分析學生的學習情況[1]。過程化考核內容包括：是否能夠獨立編程并實現機器人的基本動作和要求（60%）;是否能夠完善項目設計并有創新點（20%）;是否能夠自主排查解決工業機器人故障（5%）;實訓報告完成情況（15%）。并要求無預習報告或預習檢查不合格者不得參加本次實訓，這樣有利于督促學生課下認真預習，也為安全實訓操作提供了保障。

5 結語

西南交通大學工程訓練中心工業機器人實訓課程的建設與改革迫在眉睫。本文對工業機器人的實驗建設與課程建設方案進行了探討，不僅有助于高質高效地完成大學本科生在工程訓練中的工業機器人實訓，更為培養有關工業機器人的應用技術人才提供了有力支持。

參考文獻

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