工業機器人課程開發與教學任務設計分析

◎于春雨

工業機器人課程開發與教學任務設計分析

◎于春雨

工業機器人已經被人們廣泛地運用于社會的各個角落，開設工業機器人技術應用專業，引進工業機器人技術應用實訓平臺迫在眉睫。我們從現有的教學狀況出發，在教學內容、方法等等方面對工業機器人課程的進行了設想，應當提高學生在工業機器人安裝、調試、編程操控以及檢修維護方面的能力，按照由易入難的原則構建與工作過程相對應的學習情境，再根據學生的認知規律和技能養成習慣讓工作任務融入學習領域課程，培養符合工業機器人專業的人才，適應社會對這一領域人才的迫切需要。

工業機器人（Industrial Robots）簡稱IR，是面向工業領域具有多關節機械手或自由度特征的機器人。它們可以自行執行工作，也就是可以靠自身動力和控制能力來實現各種功能，但是它們得接受人們的指揮，也就是按照人工智能技術制定的原則綱領行動。在完成任務方面，機器人與人類相比具有更高效、可靠的特點，因此被廣泛運用于自動化生產線上，例如完成汽車工業中的焊接、搬運、噴涂和裝配等工作。作為一種高自動化的機電一體化設備，我國企業逐漸意識到了工業機器人的重要性，急需高技能型人才維護工業機器人應用，讓其可以代替人類完成重復性操作或危險性工作，所以我國有必要加強對這方面人才的培養力度。

工業機器人課程開發

工業機器人技術在課程開發的過程中需要考慮專業人才培養目標、用人單位的需要、其他相關專業的課程設置、相關課程之間內在聯系等因素，鍛煉學生掌握機器人的基本組成與系統參數，懂得如何使用示教器，同時還要學會機器人的安裝與調試以及程序編寫。工業機器人課程的開發可以分為兩個部分，一個是工業機器人裝配與調試技術，另一個是工業機器人虛擬仿真技術，最為重要的是安裝與調試這一方面。

工業機器人安裝與調試

課程開發原則。任何一項技術的開發原則都是以企業實際需求為出發點，我國工業機器人的發展很不樂觀，在機器人的程序編寫和代碼調試上以及故障診斷和維護上都急需專業技術型人才。(牛祥永.高職“工業機器人安裝與調試”課程開發和實踐[J].職業教育研究,2014,(4):86-90.)這就需要老師到企業實地進行調研，確定課程教學內容及范圍，切忌在課程教學中脫離實際工程背景、忽視細節以及安排不合理的教學任務。整個教學過程中都要體現工學結合、理論實際結合的特點，緊跟企業的需求，以企業真實的工作任務或者是以產品為載體來完成課程的整體設計。著重培養學生分析問題、解決問題方面的能力，讓他們學會辨識電器原理圖，在機器人安裝與調試上得心應手，并參照相關職業相關資格標準，完成突出職業能力培養的一個工業機器人課程開發。

課程開發流程。在工業機器人課程開發的整體流程中主要是教師通過走訪、座談等形式來了解社會對機器人專業人才的需求情況，以及企業的典型工作任務信息，對課程進行一個準確的定位，制定出開發方案。以現有的高職學生情況為基準，遵從他們的學習能力以及認知規律，協助于企業實踐專家對典型工作任務進行提煉來形成行動領域，行動領域決定著學習領域，最終完成課程方案和課程標準的制定。（徐勝,劉友華.以企業需求為導向的中職工業機器人專業課程開發與實踐[J].時代農機,2017,44(6):153-154.）

所謂的典型工作任務就是指在機器人的生產中要能夠提高勞動生產率、增加產量、減輕勞動強度、改善勞動條件等，在工業機器人性能方面進行標準化，對調試好的工業機器人要能夠按照國家驗收規則驗收，要會使用儀器儀表檢測故障源，查找到故障進行修復，最終將故障數據進行存檔。在程序編寫上在示教盒或用戶端計算機上編寫執行程序，編譯調試成功后程序通過通信電纜下載到機器人的主控單元，指揮機器人進行操作。在機器人動作的過程中，操作人員一定要密切注意機器人的一舉一動，以免造成誤差。在機器人工作完成后要記得關閉電源，最終將有效數據存檔。

工業機器人教學任務示例

工業機器人搬運工件。我們以搬運工件為例，在教學中首先要打開系統電源，登錄示教盒的系統選擇手動模式，對工業機器人的運行速度進行坐標系的設定，然后再通過示教盒的操作以機械原點為中心到達抓取點完成吸件過程，所謂抓取點就是吸盤與工件接觸的位置。吸件過程并不是一次性完成，需要有多個中間點并調整攻堅角度最終完成放件，放件完成后又回到機械原點，這樣一來取件和放件過程才能算結束，然后等待下一個信號。

焊接工業機器人。焊接工業機器人主要是利用示教盒編寫程序驅動焊接機器人來實現金屬零件的直線焊縫或者圓弧焊縫。在完成這些任務之前我們首先要對下面幾項進行了解：

（1）自由度為六的工業機器人的組成結構及技術參數

（2）GSK-RH08焊接工業機器人示教盒的使用方法要會掌握

（3）能夠通過示教盒對焊接工業機器人的焊接程序進行編寫和調試

具體教學計劃如下：

首先要讓學生對焊接工業機器人工作站有所了解，例如它的組成：機器人本體、機器人控制柜、示教盒、焊接電源等，然后詳細介紹工作臺的工作流程。其次對GSKRH08焊接工業機器人的基本參數有一定的了解，然后在指導老師的帶領下動手操練焊接機器人各個軸的旋轉運動。還要對示教盒的各個功能鍵進行熟悉，然后給學生布置任務，讓他們通過一個安全的速度去驅動GSK-RH08工業焊接機器人軸上的每一個電機，進一步地了解機器人的自由度和運動范圍，為下一步的焊接做好準備。（王保軍.中職學校開展"工業機器人應用"教學設想[J].科技資訊,2017,15(15):186-187,189.）在焊接的過程中還要勤于思考問題，例如工業機器人末端是如何實現點位控制以及連續軌跡控制的？怎么樣才能使工業機器人避開障礙？如何對焊接機器人進行參數設置？帶著這些問題進入焊接工作，最終分小組完成討論。

以工業機器人為核心的柔性生產線的安裝和調試課程在我們高職校園里并不多見，所以我們對這方面的了解少之又少，可以借鑒的經驗也沒有，所以我們在課程的開放中要敢于嘗試，學會靈活調整及時更新，對課程內容進行修改和補充，結合學生的反饋完成課程內容的閉環控制，讓學生取得更多的實質性成果。

（作者單位：中鐵十三局技師學院）