新工科背景下產教融合基地工業機器人實訓項目建設分析

寧博文 嚴保康 盧少武 劉江

摘??要：隨著國民經濟的快速發展以及產業結構的戰略性轉型調整，對機器人工程專業的發展提出了新的需求。本文分析了新工科背景下機器人實訓項目建設的必要性，介紹了機器人創新實踐平臺、工業機器人實踐平臺、工業機器人虛擬仿真實踐平臺、智能制造電子裝配實踐平臺的建設情況，該實訓項目建設有利于更好培養機器人工程專業高層次人才。

關鍵詞：新工科;工業機器人;產教融合;實訓項目

1?建設背景

近年來，世界科學技術得到了快速發展，信息化、智能化和工業化不斷融合，以智能制造為主導的第四次工業革命正在興起。為應對以智能制造為代表的新一輪科技和產業變革，我國的工程教育也需要做出相應改革，以創建與之相適應的工程教育體系，重點培養具有可持續競爭力的實踐和創新人才，滿足未來新興產業和新經濟所需的復合型專業人才需求，進一步服務和支撐“中國制造2025”“一帶一路”“互聯網+”等國家重大戰略和經濟轉型升級[1]。

在這個背景下，教育部于2016年首次提出了“新工科”的概念，并在2017年2月于復旦大學召開的綜合性高校工程教育發展戰略研討會上達成了“復旦共識”，標志著“新工科”項目建設的正式啟動。隨后，全國高校對“新工科”建設紛紛快速響應，教育部相關指導性文件和“天大行動”、“北京指南”等重要理念相繼發布，明確了“新工科”建設的目標要求，確立了行動路線和項目研究指南，為工程教育指明了改革方向[2]。

當前，以機器人產業為代表的智能制造產業正在蓬勃發展，成為各國關注的熱點，也成為世界經濟發展的新增長點。機器人是《中國制造2025》規劃的重點發展領域，同時按照工信部關于機器人產業的發展規劃，到2020年我國機器人裝機量將達100萬臺，需要至少20萬機器人應用相關從業技術人員，且這個數量還將以每年20%-30%的增長量持續遞增，因此培養優秀全面的機器人工程專業人才是十分必要的。機器人工程專業是典型的新工科專業，該專業的設置有利于完善專業結構，優化教育資源，對于滿足我國機器人與智能制造相關專業的工程技術人才需求具有重要的意義。

2?建設必要性

在新工科理念的指導下，同時為響應國家提出的智能制造轉型升級戰略，加快培養適用于新時代的應用技術人才，我校作為試點院校，參與了由教育部學校規劃建設發展中心組織實施的“互聯網+中國制造2025”產教融合計劃。通過參與產教融合項目建設，旨在打造集智能制造人才培養、科研創新、產業服務于一體的智能制造應用創新基地，提升高等學校主動服務產業轉型升級的能力。工業機器人實訓中心項目是產教融合基地建設的重要組成部分，同時該項目設計的課程和實踐環節也是機器人工程及相關專業人才培養的重要部分，為完成我校機器人工程專業的系統性教學培養提供了保障，達到為國家培養輸送更多的現代工業高層次機器人工程技術人才的目的[3-5]。

3??產教融合基地工業機器人實訓項目建設分析

產教融合基地由學院統籌管理，其中工業機器人實訓項目由機器人創新實踐平臺、工業機器人實踐平臺、工業機器人虛擬仿真實踐平臺和智能制造電子裝配實踐平臺所組成，占地面積超過1500平米，用以完成機器人工程以及相關專業學生的各類實訓項目。

3.1?機器人創新實踐平臺

機器人創新實踐平臺由工業機器人機械結構認知實訓工作站、工業機器人電氣結構認知實訓工作站、工業機器人VR創新實訓系統、可編程迎賓講解機器人、可編程可重構模塊化機器人等所組成，該創新平臺可以完成初識機器人的教學工作和實訓。通過對工業機器人進行機械結構和電氣連接拆裝的實訓認知操作，可以了解工業機器人的核心功能部件，熟悉工業機器人各關節的結構設計方式以及整體的機械和電氣結構組成，提升對機械本體和電氣控制部分的認知。通過認知機器人驅動系統伺服電機的運行方式，可以了解機器人的不同運動控制模式，加深對工業機器人工作方式的理解。而通過該結構認知實踐，還可以了解工業機器人的典型機械和電氣故障以及故障的排錯方式，初步掌握機器人機械和電氣設備的基本維護手段。利用VR創新實訓系統，可以應用虛擬現實的方式將實訓基地的各實踐平臺和實訓工作站整體的呈現出來，使得學生能身臨其境的體驗現場環境，完成模擬現場環境下的各類實訓任務。此外，利用可編程機器人可以初步認知機器人的各種編程方式，并進一步實現與機器人之間的互動與交互。

3.2?工業機器人實踐平臺

工業機器人實踐平臺分為工業機器人基礎教學工作站和工業機器人去毛刺實驗工作站。工業機器人基礎教學工作站采用ABB公司的IRB120型機器人控制系統，并配以靈活、可靠、可配置的基礎教學、智能料庫、視覺檢測、碼垛等功能模塊，用來完成工業機器人教學的工作和任務。利用該工作站的基礎教學模塊，可以熟悉工業機器人的編程方式、坐標系設定、運動軌跡設定以及工具夾I/O接口配置等操作，掌握和拓展機器人基本操作的編程技能，實現機器人的常用搬運作業。在此基礎上，利用基礎教學工作站的智能料庫和視覺檢測等教學模塊，可以完成視覺分揀的認知、視覺系統的設定以及視覺分揀程序的編程操作，將工業機器人與視覺系統應用相結合，達到模擬自動化流水線自動分揀的實訓效果，進一步與工業現場的實際應用相貼近。此外，通過碼垛模塊開展更深入的實訓項目，可以鍛煉工業機器人編程的程序架構規劃能力、程序流程規劃能力、坐標系規劃能力，提升工業機器人整體編程的應用能力。

工業機器人去毛刺實驗工作站采用的是ABB公司的IRB1410型機器人控制系統，并配備了去毛刺功能模塊和防護裝置，用來實現去毛刺工藝在工業上的應用。通過在該工作站上開展實訓，在認知去毛刺工具、空氣壓縮機、氣源處理裝置和工業吸塵器等工作站主要設備組成及其用途的基礎上，了解去毛刺工作站的優點、作用以及意義。通過學習人機界面與參數設置、示教編程、坐標系設置、軌跡優化編輯以及去毛刺程序編程等，熟練掌握該工作站去毛刺工藝的基本操作，完成對輪轂、殼體、連桿等不同復雜工件的去毛刺處理實訓。依靠上述工業機器人實踐平臺，可以開發設計認知性實驗、綜合性實驗和創新性實驗，由淺入深地鍛煉學生針對機器人典型應用的編程能力，并在工業機器人實踐平臺完成各種實訓，使得學生熟練掌握工業機器人的基本操作及應用。