工业机器人在本科工程训练实践教学中的探讨

工业机器人在本科工程训练实践教学中的探讨

王瑞

哈尔滨远东理工学院

摘要：近年来教育体制的改革，教育方式也在不断深化改革。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，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，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，在很多高校已经开设和创办，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。本文就工业机器人在本科工程训练实践教学中应用展开探讨。

关键词：工业机器人；工程训练；实践教

引言

我国已经成为世界的制造业中心，国内装备制造业正处于由传统装备向先进制造装备转型时期，用机器人技术改造传统产业，是提高企业市场竞争力的有效方法之一。对于应用型高校，为国家培养工业机器人应用技术型人才的任务十分紧迫。近年来，很多应用型高校已开设机器人相关专业，或者开设相关课程，并购买了不同类型的机器人实验设备。但作为新开课程，部分教师还缺少相关的教学经验，不能形成符合应用型高校培养特点的教学方法。因此，对这门课程进行教学内容和教学方法的探索是十分必要的。

1“工业机器人”实践教学的总体框架

“工业机器人”实践教学主要包括“虚”环节和“实”环节。在“虚”环节，利用ABB公司的工业机器人虚拟仿真软件RobotStudio构建工业机器人虚拟工作站。学生仅在工控机上的虚拟弧焊工作站完成工业机器人多数指令的练习和示教操作，以缓解工业机器人台套数不足的瓶颈。为了验证虚拟弧焊工作站的工作原理、系统参数设定和机器人示教，在“实”环节设置了工程训练中心训练、展会参观和企业顶岗实习。在工程训练中心训练环节，以工业机器人弧焊工作站作为典型应用案例，使学生掌握机器人的基本知识和工业机器人应用开发、装配调试及现场维护等实际操作技能。在展会参观中，使学生提高工业机器人在实际生产应用中的认知度，建立实践教学与未来职业规划的关联性。在顶岗实习环节中，安排学生担任工业机器人研发助理，在工业现场协助研发工程师完成岗位技能训练。能力突出的学生安排参与实际项目的调试任务。

2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。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课程。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。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，也为培养出工业机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。

3实施方案

1. 增加教师理论知识，工程训练教学主要以机械相关知识为主，而人工智能知识偏向自动化专业，要想将人工智能知识加入工程实践课程中，有效地将知识教授给学生，需要原有的教师队伍增加理论知识，通过与自动化专业教师学科交叉的培训与学习，组成教学团队共同协作来完成教学任务。（2）将人工智能技术添加到金工实习理论教学中，将各种功能的智能化机器人以视频素材形式分别引入相匹配的各个工种实习中，使学生在实习过程中了解真实的现代工业发展模式。（3）引进先进制造技术，根据该校现有设备情况，制作视频、动画素材等，补充部分在该校无法接触或无法进行实际操作的现代加工模式及方法，拓展学生的视野。

4“工业机器人”虚拟工作站教学

针对在开设工业机器人实践教学的院校中，工业机器人的台套数不足的现状，学生可通过工业机器人虚拟工作站完成“虚”环节的实践任务。工业机器人弧焊工作站虚拟教学平台的构建包括选择工业机器人的型号、控制器和工具（焊枪），并设置相应的参数。对于RobotStudio中没有的工件模型，例如带坡口的焊件，可以通过三维建模软件（Pro/E、SolidWorks）等设计后导入RobotStudio中，进而构造完整的弧焊工作站。采用工业机器人弧焊工作站虚拟教学平台可对学生进行工业机器人多数指令的训练。工业机器人示教是该领域应用型人才的基本功，是工业机器人实践教学必须掌握的技能。对于初学示教的学生，示教实例是必须训练的教学环节。利用该虚拟平台对焊件示教四个转折点，完成对折线焊接轨迹的示教。所用的指令摘选如下：

PROC rMoveRoutine( )

MoveL p1,v300,fine,tool1\Wobj:= Wobj1;

MoveL p2,v300,fine,tool1\Wobj:= Wobj1;

MoveL p3,v300,fine,tool1\Wobj:= Wobj1;

MoveL p4,v300,fine,tool1\Wobj:= Wobj1;

ENDPROC

结语

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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黑龙江省教育厅高等教育教学改革研究项目：应用型本科机器人工程专业学生实践能力培养的研究，项目号：SJGY20200475