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标题 探究数控教学中工业机器人课程的结合方式
范文 许鹏辉+董金梁+孟嘉宇
摘要:我国高校在数控技术的教学中可以利用工业机器人课程提升教学效果,但是在其结合方式上并没有较多的经验基础。本文通过将工业机器人作为课程教学载体,介绍了课程结合对教学质量的优势,并且提出数控教学中工业机器人课程的结合方式,旨在提高我国高校数控技术课程的教学质量与效果,为我国数控技术培养出操作能力更强的专业技术人才。
关键词:数控教学 工业机器人 实践教学 教学目标
中图分类号:G642 文献标识码:A
数控技术是我国现阶段工业生产的重要技术,为此各大高校都在人才培养的工作中加紧教学方法的拓展与创新,力求能够为我国目前紧缺的人才缺口做出补充。然而在实际教学中,数控机床的设备过于庞大,并不利于理论课程与实践课程的传授。进而笔者结合多年教学经验,提出以工业机器人作为教学工具的构思,并在下文予以明确介绍在实际课堂教学中的结合方式,希望对数控教学的发展有所帮助。
1 教学中开设工业机器人课程的意义
目前,数控技术已经延伸到我国工业生产中的诸多领域,其高效的生产能力与精确度形成了现代化工业生产的优势,而自动化的操作方式也将逐步代替传统的工业成品加工模式。针对数控专业的人才缺口,普通高校在此专业领域不断加深数控教学的人才培养。但是在传统教学中多数以课堂讲授的模式为主,但针对数控技术的操作性而言,其动手能力的培养远大于理论知识的讲解,因此现代教学应当采取更为有效提高操作能力的教学方式。但是数控机床的设备造价昂贵,并不适应多数高校,尤其应用于教学中存在一定的安全问题,因此多数高校基本以实验性教学的方式传授知识结构,可由此产生的实践培训效果较差。故此本文提出应用工业机器人的方式,结合数控技术建设新型的课程方式。一方面,工业机器人具备较高的执行能力与决策感知能力,可以与数控技术寻找到联系紧密的契合点。另一方面,工业机器人的综合智能系统集合了传感、电子、机械、控制方式等多元化学科知识结构,进而明确其辅助教学的重要功能。
2 将工业机器人作为教学载体的优势
数控技术的教学内容包括:数控加工编程、伺服驱动装置、位置检测装置、机械本体的传动与结构以及控制算法与插补原理等部分,这些内容均可以通过工业机器人完成实践教学的课程结合。将工业机器人作为课程教学载体的优势主要为以下两个方面:
2.1培养动手能力与激发学习兴趣的优势
数控机床通常体积过于庞大,并不利于在课堂中使用,那么教师在没有相应教学工具时,其授课效果也就不容易突出,往往仅能通过视频或者图片为学生做出引导,或者选择接近数控机床操作的仿真软件开展教学。但是简单的模拟方式并不能有效地凸显出数控技术中的难点与核心技术。而且数控机床的使用对操作者能力有较高的要求,虽然在现场教学可以实践操作数控机床,但对于学生而言依然存在距离感,参与意识也不强烈。以工业机器人作为指导教学的工具,学生可以观察、触摸、感知、拆卸、装配,在课堂中拉近了学生与数控技术的距离,进而提高了学生的实践能力与学习的主动性以及参与感。
2.2教学内容能够完成无缝过渡
工业机器人与数控技术在应用内容上存在较大的交叉互动性,以插补原理为例,教学重点是针对数据机床中刀具的运动轨迹运算,而工业机器人课程中机械手的运动轨迹运算也为同理,因此两者并不存在本质区别。数控机床的监测方式由光栅、光电编码器、激光测距传感器等方式组成,而类似传感器也都应用在了工业机器人上。日本FANUC发那科公司是目前国际较为专业的数控机床制造商,自20世纪70年代后就在研究数控技术与工业机器人的结合应用。因此也可以说数控技术在课程中完全可以利用工业机器人代替数控机床作为重要的教学工具。
3 教学中工业机器人课程的结合方式
在工业机器人的课程引导中,美国早在20世纪90年代便开始研究,并且针对机器人作为教学工具做出了实践性的推广。以俄勒冈州立大学为例,已经在信号与系统、电子设计、机械设计、数字逻辑设计等课程中应用了Tek Bots机器人创新了教学模式,并且在课程中引导了教学资源的整合,进而加强了教学质量与效果。宾夕法尼亚大学与麻省理工学院在航空航天、电气工程、机械工程等课程中也使用了机器人教学平台,进而提高了专业教学的质量。根据国际先进的课程应用方式,结合我国教学资源的现状,笔者提出以下三点教学结合的重要方式:
3.1實践教学的结合方式
数控教学主要以实践操作为主,而寻找适应的工业机器人与数控教学的结合需要选取相应的机器人类型,进而能够明确主要教学内容与不同工业机器人的结合类型。例如,通过两轴自动喷涂机器人传授插补原理的内容;利用瓷砖尺寸检测机器人讲解检测装置的应用原理;通过搬运码垛机器人解释伺服驱动的工作性质;以车身焊接机器人的工作方式明确数控编程知识结构的重点。只要找准专业知识的切入点,就能够在课程中有效结合工业机器人作为高效的教学工具,为数控技术的知识传授做铺垫,同时对于细节阐述更为形象,便于学生的理解与掌握。
新型的教学方式必须以实践为基础指导理论的成立,以两轴自动喷涂机器人为例,可以根据该机器人的上位机设定方式明确自动喷涂技术在数控设备中的应用,而且通过板式家具、五金件、铝型材的自动喷漆效果,能够引申数控插补原理的知识点。以工业机器人的基本功能作为数控技术的关键知识点介绍,也就形成了更为直观的操作技术体现。而且授课教师应当在课程中有意识的传授经典插补算法,并以步进电机驱动的知识内容作为重点,引导学生在设备组件的应用中完成喷涂机器人平台的搭建,通过编写相关位置程序,完成对于喷嘴轨迹控制,进而掌握相应的技术要领。在此阶段性的教学中,教师不能盲目创新知识拓展,而是应当注重学生对于理论基础的掌握,以及相应动手操作能力的提升,才能够发挥工业机器人指导数控技术的知识结构完善。
3.2组建教学团队的创新方法
为保障应用工业机器人与数控技术的有效结合,在课程完善上应当组建学生团队与教师团队,通过分组教学的方式创新有效的教学方法。教师团队由企业导师、实验教师、授课教师组成。授课教师主要针对数控技术的理论知识进行传授,实验教师主要负责工业机器人的管理,以及实验课程技能评价等工作。企业导师可以选择一线数控领域的工程师,通过企业导师的工作经验能够加深学生在课程中的体验程度,并且掌握与实际相符的数控技能。授课教师团队的主要任务是,为学生团队创建学习任务。在这一过程中,教师必须始终保持引导作用的位置,主要引导学生通过实践完成学习,只有重视学生学习的主体地位,才能够有利于学生学习主动性的提升。同时也需要为学生设定学习周期,加强团队之间的交流与沟通,进而在活跃的学习氛围中指导工业机器人研究课题中存在的问题,以及甄别知识点的重要性和可能存在的学习误区,帮助学生利用工业机器人作为教学工具的优势解析相关问题。进而构建学生对于数控技术的完整知识结构,形成教学效果与质量的提升。
3.3制定教学目标与规划
在数控技术与工业机器人课程的结合中,其教学目标的设定与规划尤其重要。对数控技术课程的实践操作能力培养,需要在短期目标中逐步完成,进而在其短期性的目标中发展长远规划。例如在搬运码垛机器人的课程中,教师可以将机械手与机器人巡航的动作控制为基础,主要引导学生学习应用光电编码器和红外传感器的技术,并同时采用反馈信息对电机进行伺服控制。当基本功能得以实施,学生团队可以通过工业机器人的视觉伺服提出相应的学习计划,并且针对这一学习计划创建短期的实践进度目标。通过增加机械手视觉伺服操作便捷性,提升教学质量与效果。并且应当组织学生参加相关的科技竞赛或者活动,进一步提升实践应用的数控技术的操作能力。在比赛活动中,教师要帮助学生完成作品,并予以指导针对数控技術的要点再次强调,以保障学生设计作品能够得到广泛认可。并且引导学生做出设计论文,通过理论知识的总结与实践动手操作的双结合,促进对于数控技术知识点的全面掌握。当阶段性目标教学完成,教师作出相关的教学评价,学生从学习过程中树立了成就感,也能够增加更强烈的学习主观能动性。
4 结束语
数控技术是我国高校极为重要的课程,但是在教学效果上因为缺乏有效的教学工具而导致教学质量不明显,因此本文提出在数控教学应用工业机器人指导课程的全新模式构建,进而提升根本的教学质量与效果,同时提出相应的结合方式,通过实践教学、组建教学团队、制定教学目标与规划促进工业机器人在数控教学中的应用。
参考文献:
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[2] 黄英.“华中数控杯”工业机器人装调及智能制造应用职业院校大赛在泰安成功举办[J].金属加工(冷加工),2016,(24):16- 17.
[3] 陈东青,谭兆湛,邝禹聪等,依托实验中心探索机器人实训教学模式[J]. 实验科学与技术,2015,(6):164- 165+177.
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更新时间:2025/2/11 7:08:01