工业机器人在本科工程训练实践教学中的探讨

    陈小勤 周丹 王淑伟 谢敏

    

    

    摘? 要 由于工业机器人在当前时代十分重要及其相关人才的急需，分析学校工程训练中心工业机器人实训室的现状及实践教学中存在的问题，对工业机器人实训室建设、课程建设与改革进行探讨，并提出几点规划与建议，以求取得较好的实训效果并与产业发展同步。

    关键词 工业机器人;工程训练;实践教学;实训室

    中图分类号：G642? ? 文献标识码：B

    文章编号：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

    工业机器人是智能制造业最具代表性的装备。近年来，全球对工业机器人的需求明显加快。从市场规模来看，2013—2018全球工业机器人市场规模一直处于稳步上升趋势。我国在2014年就已经成为全球最大的工业机器人消费国[1-2]，预计未来几年甚至十年，我国机器人市场会需求越来越大。面对工业机器如此大规模的被需求，迫切需要培养工业机器人方向的应用技术人才[1，3]，以应对中国制造产业技术进步和产业升级带来的应用技术人才的大量需求。

    工业机器人作为一门课程或一个专业，在很多高职院校已经开设和创办[4-7]，而普通高校的工程训练正是理论与实践教学内容的结合，为培养应用技术人才提供了保障。因此，高校工程训练环节开设工业机器人课程具有十分重要的意义。本文针对目前西南交通大学工程训练中工业机器人实训中存在的问题、实训室建设与实践教学课程开设等，进行较为深入的探讨。

    2 工业机器人实训室现状及实践教学存在的问题

    目前，西南交通大学工程训练中心工业机器人实训室有两台ABB IRB120工业机器人、一台ABB IRB1410焊接机器人及相关工作平台、示教器、控制柜、焊接枪等三套完整教学系统，均由四川纽赛特工业机器人制造有限公司提供，实验平台布局如图1所示。

    IRB120是一款小型工业机器人，其重量减至仅25 kg，

    具有敏捷、紧凑、轻量的特点，控制精度与路径精度俱优，主要用于装配、码垛、上下料、物料搬运、包装/挤胶。IRB1410是一款专用的焊接机器人，采用超高速六轴运行机构，1.44 m的到达距离，加上5 kg的有效载荷，成为各种物料的理想焊接工具。IRB1410机器人较上一代产品优化了电机功率和运动性能，使其运动周期明显短于同类竞争产器。两款机器人都可采用电脑离线编程，也可在线编程，可手动也可自动运行。

    目前，实训过程中上述两款工业机器人主要用于工程训练课程中的演示教学，采用教师操作、学生观摩的教学方式，分别作为工程训练中模块化机器人与焊接两个工种知识的扩展与补充。经过实践，总结发现教学中存在如下问题：

    1）由于机器人价格昂贵，工作台数量有限，学生仅限于观摩，缺少实践经验;

    2）实训时间有限，对机器人的学习不够深入;

    3）实训室机器人利用率不高，造成一定程度的浪费;

    4）师资力量缺乏，对现有工业机器人研究不够深入且操作不够熟练。

    3 工业机器人实训室建设方案与探讨

    工业机器人实训室建设包括实验室设备的投入（已有）、师资人员的配备、企业项目的申请、实验室运行模式和各项制度的制订等。西南交通大学工程训练中心针对目前实验设备数量较少的不足，拟采取如下方案进行改进与建设。

    1）申报教育部高等教育司关于有关企业支持的产学合作协同育人项目，项目类型为实践条件和实践基地建设，争取由项目支持增加上述相同型号实训设备的投入。

    2）在原有设备的基础上，更多地让学生学习工业机器人的离线编程，将自己所编程序上传到机器人控制箱，以验证编程结果，从而掌握机器人的运行;配合校内科研单位或是由中心教师自主申报，参与关于机器人的各类科研项目;结合全国大学的工程训练大赛及其他各类竞赛，如关于机械臂的设计与操作比赛，为学生提供设计思路或练手平台。

    师资方面，工程训练中心现有实践环节已开设模块化机器人的工种，实践证明，该课程很受学生欢迎，教师业务水平较高，深受学生认可，且有两位教师在全校范围内也开设了有关机器人的选修課程。由此可见，工业机器人实训室具备一定的师资力量，但专业的工业机器人教师缺乏。针对这一特点，仍可采取申报教育部高等教育司关于有关企业支持的产学合作协同育人项目，项目类型为师资培训，努力培育一批具有良好业务水平的师资队伍。同时，可以从企业中寻找一批精通机器人编程与操作，能够解决机器人疑难故障的企业工程师，协助完成工业机器人的实践教学。以此形成校企混编师资队伍，切实保证教学质量，也让教学内容与产业发展保持同步[1]。

    运行模式方面，实验室可为工程训练基础实训开放，也可为科研项目[8-9]或竞赛等开放。后者由相关负责人主动申请，一周可提供一天的开放时间。另外，实验室已制定了各项管理规章制度，如《工业机器人安全操作规范及注意事项》，已经编在《工程训练中心安全管理制度》中。该制度也可结合后续的实训情况而改进。

    综上，前两方面关于实验设备和师资的建设都涉及校企协同育人项目的申报，这为企业项目的申请提供了契机，也为培养出工业機器人方向的应用技术人才提供了有力的支持。上述提出的实验室运行模式有望在很大程度上解决资源浪费的问题。

    4 工业机器人实训课程建设方案与探讨

    目前，西南交通大学工程训练中心的工业机器人实训课程仅作为模块化机器人和焊接两个工种的知识扩充，经前面对工业机器人的发展形式与地位进行分析，单独开设一门工业机器人的实训课程十分必要。工业机器人实训课程建设主要包括课程资源开发建设、实训项目内容设计、考核方式等[10]。

    课程资源来自四川纽赛特工业机器人制造有限公司提供的各种文档，包括系统配置、编程手册、培训视频等。另外，可充分运用互联网和虚拟技术，通过手机来构建“互联网+”的教学服务团队，让虚拟技术走进现实课堂，以提高课堂效率[4，10]。

    实训项目内容初步设计如图2所示。工程训练基础实训每一个工种总共八学时（自然学时数六小时，含一小时预习），由于学时有限，导致实训内容有限。因此，所有专业的实训内容拟选取模块一，基于IRB120小型工业机器人，通过示教在线编程或PC机离线编程来按要求对小木块进行码垛。以此使学生掌握工业机器人编程，熟悉工业机器人的手动操作与自动运行，并对工业机器人的运动轨迹规划有初步的认识，对工业机器操作时的安全注意事项有深刻的体会。这也为毕业以后从事工业机器人行业的部分学生奠定了坚实的工作基础。

    针对工程训练环节的工业机器人基础实训，课程建设过程中拟采用教学过程化考核的方式对学生的实践学习进行评价，该考核方式有利于掌握并分析学生的学习情况[1]。过程化考核内容包括：是否能够独立编程并实现机器人的基本动作和要求（60%）;是否能够完善项目设计并有创新点（20%）;是否能够自主排查解决工业机器人故障（5%）;实训报告完成情况（15%）。并要求无预习报告或预习检查不合格者不得参加本次实训，这样有利于督促学生课下认真预习，也为安全实训操作提供了保障。

    5 结语

    西南交通大学工程训练中心工业机器人实训课程的建设与改革迫在眉睫。本文对工业机器人的实验建设与课程建设方案进行了探讨，不仅有助于高质高效地完成大学本科生在工程训练中的工业机器人实训，更为培养有关工业机器人的应用技术人才提供了有力支持。

    参考文献

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    [2]王会永，邢力，李向男，等.工业机器人的应用现状及发展分析[J].机电技术，2018（6）：115-117.

    [3]陈荔，程灵，陈美荣.应用型本科院校“三维”实践教学体系的构建[J].新余学院学报，2019，24（5）：152-156.

    [4]张艾良.高职院校《工业机器人技术》专业课程教学研究[J].当代教育实践与教学研究，2018（11）：83-84.

    [5]方伟中.高职院校工业机器人实训基地建设探讨[J].工程技术研究，2018（13）：176-177.

    [6]陈磊，郭金妹，汪赛.高职院校工业机器人实训室的建设研究[J].科技经济导刊，2018，26（35）：154，243.

    [7]于君.高职院校工业机器人技术专业人才培养模式分析[J].科技文汇，2019（1）：127-128.

    [8]李世杰，李飞，马建龙，等.六自由度工业机器人的模态仿真与实验[J].机械设计与制造，2018（12）：157-159，163.

    [9]李祥云，向民志，范百兴，等.工业机器人运动学参数标定精度分析与改进[J].测绘科学技术学报，2018，35（3）：255-259.

    [10]刘小波.工业机器人基础实践课程设计与探索[J].教育现代化，2018，5（43）：152-156.