談一體化課程教學在ABB工業機器人中的應用

高靜

[摘? ? ? ? ? ?要]? 以“單行規則排列圖塊的搬運”為學習任務，用ABB IRB120型機器人進行搬運，采用一體化課程教學，讓學生在做中學、學中做，從而使學生能夠說出完成任務的知識內容，遇到問題能夠團隊協作，共同解決，并能夠完成小組的分工任務。

[關? ? 鍵? ?詞]? 一體化課程;ABB IRB120機器人;單行規則排列圖塊搬運

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼]? A? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）08-0094-02

一、ABB工業機器人

隨著“中國制造2025”規劃的發布，制造業轉型升級吹響了新一輪號角，其中機器人產業列為重點發展對象。全球領先的工業機器人制造商瑞典ABB致力于研發、生產機器人已有40多年的歷史，是工業機器人的先行者。ABB中國研發團隊取得了一系列研發成果，開發出ABB最小的機器人IRB120“中國龍”。IRB120是ABB新型第四代機器人家族的最新成員，也是迄今為止ABB制造的最小的機器人，具有敏捷、緊湊、輕量的特點，控制精度與路徑精度俱優，是物料搬運與裝配應用的理想選擇。

二、一體化課程

國家人力資源和社會保障部的文件有明確的定義：“一體化課程是按照經濟社會發展的需要和人才培養規律，根據國家職業標準，以職業能力為培養目標，通過典型工作任務分析確定課程內容，構建課程體系，并以具體工作任務為學習載體，按照工作過程和學習者自主學習要求設計和安排教學活動的課程。”按照一體化課程的概念，本課程確定了五個學習任務，分別是五角星和帶倒角矩形的繪制、弧線和漸開線的繪制、無規則排列圖塊的搬運、規則排列圖塊的搬運、機器人碼垛任務編程與操作。

三、“單行規則排列圖塊的搬運”學習任務的備課

堅持以微任務為導向、以老師為主導、以學生為主體，讓學生在做中學、學中做。備課的主要內容有：

（一）備微任務

“單行規則排列按鈕蓋的搬運”是ABB機器人典型應用與編程課程中規則排列圖塊搬運的一個微任務。搬運是工業機器人的典型應用之一，規則排列物品的搬運是工業機器人高效率工作的完美體現。本專業培養具有工業機器人設備安裝、編程及調試能力的高素質高技能人才。此微任務是學生首次應用循環指令進行編程，對學生編程思維的培養起著關鍵作用，具有獨立性、完整性和典型性。

（二）備學情

本班學生已經學習了ABB基本運動指令、程序數據robtarget、偏移指令Offs等知識，會使用Robotstudio仿真軟件。他們喜歡動手操作機器人，表現欲強，但是語言組織能力欠佳，缺乏精益求精的工匠精神。

（三）備學習目標

（1）要求學生能夠敘述機器人的工作流程;

（2）通過自主學習，靈活運用FOR的循環判斷標識和循環次數;

（3）能以小組合作的方式，運用FOR循環和偏移指令Offs編寫程序;

（4）能夠正確使用示教器完成示教與調試。

（四）備學習內容

學習內容用魚骨圖的形式整理，以單行規則排列按鈕蓋的搬運工作為主線，融合的知識點是程序數據num和FOR循環指令，技能點是安全、簡單測量、編程、仿真、示教調試，素養點是自主學習、口語表達、團隊協作。針對以上內容，學習重點為FOR的循環判斷標識與循環次數的應用，難點為FOR循環和偏移指令的綜合應用。

（五）備學習場地

工欲善其事，必先利其器。學習場地是工業機器人實訓中心一體化教室，本場地有4臺套ABB IRB120型機器人、按鈕蓋實訓模塊、Robotstudio仿真軟件以及工具防護用品等硬件設施。為更好地完成本學習任務，軟件學習資源準備了藍墨云班課、學習工作頁和PPT。工作頁是重要的學習資料，通過關鍵引導問題的設置，引導學生循序漸進地完成任務，保證關鍵知識點不缺失。

（六）備學習過程

學習過程以一體化六步法設計，分別是明確任務、制定計劃、決策、任務實施、成果匯報、評價反饋。具體內容在下面的學習任務實施中介紹。

四、“單行規則排列圖塊的搬運”學習任務的實施

（一）明確任務

學習任務布置采用視頻演示法，讓學生直觀了解任務內容，小組派代表口述微任務工作流程及特點，機器人從左到右依次搬，從左到右依次放。老師強調學習目標和用時。

（二）制定計劃

合理分工，本班學生20人，本次課分4個小組，每組設定5個崗位。安全監督員（組長）負責組織帶領本小組人員按時安全完成任務。測量記錄員做好測量工作、填寫工作頁。編程設計員設計合理程序，并給組員講解。仿真調試員用仿真驗證程序設計思路。示教調試員熟練使用示教器對機器人進行示教與調試。本學習任務中，安全監督員崗位和測量記錄員崗位至關重要。安全監督員負責機器人安全操作規程的實施記錄和小組成員安全行為監督。測量記錄員負責測量工具的選取、實施測量和工具分類存放。測量數據的準確性直接影響偏移量的確定，此處有意設置了一個操作陷阱，準備了游標卡尺和鋼尺兩種測量工具。本學習任務制定4個活動計劃：

（1）測量記錄員領取工具和防護用品并進行測量，將測量結果告知小組成員。

（2）計算得出四個按鈕蓋的位置并找出規律。

（3）FOR的循環判斷標識與循環次數的應用是本次學習任務的重點內容。課前將程序數據num、FOR循環知識點和示例程序上傳到藍墨云班課中，要求學生學習示例程序，至少提出一個問題。課中，仿真調試員將FOR的示例程序輸入仿真軟件，反復更改循環判斷標識和循環次數，演示運行效果，通過做中學、學中做掌握循環判斷標識和循環次數的設定方法，使得重點內容得以突破。

（4）FOR循環和偏移指令Offs綜合應用是本次課的難點。本環節先由編程設計員編寫程序。教師提示程序設計的關鍵點：偏移量都是所測量數據的倍數，那倍數和循環次數的關系運用FOR循環指令該如何描述呢？

（三）決策

小組代表上臺闡述本組計劃，并記錄。教師則傾聽、鼓勵、引導。

（四）任務實施

任務實施階段，學生要牢記機器人安全操作規程。仿真調試員和示教調試員在Robotstudio仿真軟件和示教器中同時分別輸入程序，仿真軟件驗證程序運行正常后，示教調試員開機、編程、示教、調試。編程設計員要指導編程思路，安全監督員強調操作規范。教師進行巡回指導并填寫學生學習過程記錄表。在調試過程中，有一個小組成員進入實訓臺區域內，安全監督員沒有及時提醒，安全意識不夠強。棟梁組在示教調試過程中，按鈕蓋和存放按鈕蓋的圖塊發生了撞擊，小組成員尋找原因，發現一是測量記錄員選用的工具不合適，二是測量點選取不正確。前面設置的測量工具選取陷阱，這里得到了體現。測量工具選取不合適，導致偏移量誤差大，造成搬運撞擊事故。學習難點進一步化解，學生對偏移指令的關鍵要素理解更加深刻。

（五）成果匯報

示教與調試成功后，選2個小組實施運行。示教調試員展示本組運行效果，領航組設計的是從左到右依次取，從右到左依次放;棟梁組設計的是從左到右依次取，從左到右依次放。運行過程中，其他小組對照評價表完成互評記錄。教師記錄運行效果。最終，示教調試員恢復現場，測量記錄員清點工具。

（六）評價反饋

集中總結評價。學生自評FOR循環掌握情況、組內發言情況及各自崗位職責履行情況。教師公布從搬運工藝過程、創新、安全、小組發言到6S素養等環節的打分情況。小組互評運行情況和周邊衛生情況。學生通過藍墨云班課上報學習心得、學習意見和建議。任務完成上交工作頁，課后思考多行規則排列按鈕蓋的搬運。

（七）教學反思

有意設置測量陷阱，學生經歷了出現問題、尋找原因、解決問題的過程，對重點難點的理解更加深刻;學生對機器人編程與操作更加熟練;學習興趣更加濃厚;合理的小組分工使團隊協作解決問題的能力大大提升;學習目標較好實現。不足之處是一個小組的安全監督員未能盡到自己的崗位職責;一個小組的仿真調試員和示教調試員的任務由同一學生完成，崗位分工不清。在以后的一體化課程教學中，需要繼續強化學生的安全意識，教師的現場監督和指導作用也要加強，保證學生綜合能力的提高。

參考文獻：

[1]黃景容.一體化課程開發與實踐[M].廣州：廣東教育出版社，2016-06.

[2]葉暉.工業機器人實操與應用技巧[M].北京：機械工業出版社，2010-09.

◎編輯 郭小琴