基于Robotstudio的 “工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)實(shí)訓(xùn)”課程開發(fā)與教學(xué)設(shè)計(jì)

王 超 鄧衛(wèi)國

（遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 丹東118009）

基于Robotstudio的 “工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)實(shí)訓(xùn)”課程開發(fā)與教學(xué)設(shè)計(jì)

王 超 鄧衛(wèi)國

（遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 丹東118009）

以工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用為研究對象，從課程的重要性、課程開發(fā)的原則、課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)過程以及考核方式幾個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究。并根據(jù)此研究進(jìn)行了實(shí)際教學(xué)一個(gè)學(xué)期，通過此種虛擬仿真教學(xué)，提高了教學(xué)效率，提高了學(xué)生的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的水平和能力，降低了設(shè)備的損壞率，并為后續(xù)課程的順利進(jìn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

Robotstudio；課程開發(fā)；教學(xué)設(shè)計(jì)

2015 年，國務(wù)院審議通過 《中國制造2025》，其中明確指出： “促進(jìn)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化發(fā)展，擴(kuò)大市場應(yīng)用”，在政策以及人口紅利下降等市場因素的影響下，預(yù)計(jì)未來十年，我國機(jī)器人市場還將至少保持30%以上的高速增長［1］。產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了對人才的需求，促使很多高職院校開設(shè)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)。目前，大多數(shù)院校的工業(yè)機(jī)器人專業(yè)在課程開發(fā)、教學(xué)研究等方面還處于探索階段。本文結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)、產(chǎn)業(yè)需求及現(xiàn)有設(shè)備，就工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的課程設(shè)置情況， “工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)實(shí)訓(xùn)”的課程內(nèi)容及教學(xué)情況進(jìn)行詳細(xì)論述。

1 “工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)實(shí)訓(xùn)”課程開發(fā)

1.1 “工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)實(shí)訓(xùn)”在專業(yè)課程體系中的重要性

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)主要培養(yǎng)從事工業(yè)機(jī)器人的操作、編程、維修、維護(hù)和技術(shù)改造等任務(wù)的高端技能型人才［2］。在工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的課程體系中［3］，工業(yè)機(jī)器人的操作是學(xué)生必須掌握的核心基礎(chǔ)技能，同時(shí)也是后續(xù)一些專業(yè)課程的重要支撐 （見表1），而通過工業(yè)機(jī)器人實(shí)體進(jìn)行實(shí)訓(xùn)面臨著設(shè)備成本高、安全隱患多、難以獨(dú)立操作等問題。而使用Robotstudio仿真軟件進(jìn)行實(shí)訓(xùn)可以避免上述問題的發(fā)生，同時(shí)通過仿真操作掌握真實(shí)工業(yè)機(jī)器人的操作流程，提高學(xué)生的動(dòng)手能力、分析問題和解決問題的能力，提高學(xué)生的技術(shù)水平。

表1 專業(yè)課程體系

1.2 課程開發(fā)原則

通過對典型工作崗位的分析，考慮前續(xù)及后續(xù)課程之間的關(guān)聯(lián)性，根據(jù)實(shí)際工業(yè)機(jī)器人操作的特點(diǎn)，采用工業(yè)機(jī)器人虛擬工作站為載體［4］，讓學(xué)生漸進(jìn)式的學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)［5］。

1.3 課程目標(biāo)

通過本門課程的學(xué)習(xí)，能夠使學(xué)生了解現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人及相關(guān)仿真軟件的發(fā)展，能夠使用Robotstudio實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的基本操作、基本控制，實(shí)現(xiàn)對工業(yè)機(jī)器人的仿真運(yùn)行，掌握軟件的編程、調(diào)試能力，與團(tuán)隊(duì)成員共同協(xié)作、溝通的能力，主動(dòng)獲取知識(shí)、解決問題的能力，同時(shí)具備一定的創(chuàng)新意識(shí)，為今后進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用奠定良好的理論和實(shí)踐素質(zhì)。

1.4 課程開發(fā)內(nèi)容

《工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)實(shí)訓(xùn)》開設(shè)在大二上學(xué)期，屬于專業(yè)核心課，在該課程之前，學(xué)生已經(jīng)接受了工業(yè)機(jī)器人電氣、機(jī)械結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，對工業(yè)機(jī)器人的分類、基本機(jī)構(gòu)、工作原理等已經(jīng)有了初步的了解。課程開發(fā)的內(nèi)容主要是通過仿真教學(xué)讓學(xué)生掌握工業(yè)機(jī)器人在實(shí)際工作中的工作過程、操作方法、操作步驟等技能，同時(shí)還要注重學(xué)習(xí)內(nèi)容的遞進(jìn)性與實(shí)用性。具體教學(xué)內(nèi)容見表2。

表2 教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)安排

2 教學(xué)方法與教學(xué)過程

課程的教學(xué)內(nèi)容全部由工業(yè)機(jī)器人的實(shí)際使用情況開發(fā)而來，因此主要采用項(xiàng)目式教學(xué)，任務(wù)驅(qū)動(dòng)。通過每一個(gè)實(shí)際的項(xiàng)目，讓學(xué)生學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的仿真過程，進(jìn)而熟悉實(shí)際工業(yè)機(jī)器人的操作技能［6］。

以流水線碼垛工作站［7］為例，教學(xué)過程［8］主要包括：新課導(dǎo)入、碼垛仿真、自由練習(xí)與項(xiàng)目考核。

2.1 新課導(dǎo)入

主要介紹工業(yè)機(jī)器人碼垛技術(shù)的應(yīng)用，工作站的說明。

2.2 碼垛仿真

（1）工作站的布局工藝：工作站布局設(shè)計(jì)、輸送線段流程圖設(shè)計(jì) （如圖1所示）、抓取段流程圖設(shè)計(jì)。

（2）碼垛工作站Smart組件設(shè)計(jì)：輸送線動(dòng)作效果設(shè)計(jì)、工業(yè)機(jī)器人動(dòng)作效果設(shè)計(jì)。

（3）程序調(diào)整，程序部分內(nèi)容如下。

圖1 輸送線流程圖

2.3 自由練習(xí)

在講授了全部仿真要領(lǐng)的基礎(chǔ)上，由學(xué)生自己動(dòng)手仿真，熟悉碼垛全過程，從而解決仿真過程中可能出現(xiàn)的各種問題，仿真過程如圖2所示。

圖2 碼垛仿真

2.4 項(xiàng)目考核

改變工件的擺放位置，對碼垛全過程進(jìn)行項(xiàng)目考核，計(jì)入總成績。

3 考核方式

本課程采用過程性考核方式。具體評價(jià)內(nèi)容見表3。

表3 考核評價(jià)表

4 教學(xué)成果及問題

通過本門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)習(xí)成果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）鞏固了工業(yè)機(jī)器人的理論知識(shí) （系統(tǒng)組成、坐標(biāo)系、編程方法等）。

（2）熟悉了工業(yè)機(jī)器人的仿真過程及實(shí)際操作流程。

（3）降低了設(shè)備的損壞率。

在教學(xué)的過程中也出現(xiàn)了一些問題需要解決，例如：

（1）教材問題：沒有針對性的教材，需結(jié)合自身設(shè)備及教學(xué)情況編寫。

（2）仿真教學(xué)問題：由于采用項(xiàng)目式分組教學(xué)，在仿真過程中，各組會(huì)遇到各種問題急需解決，一個(gè)教師應(yīng)對乏力，建議選用一個(gè)助教輔助教學(xué)。

（3）實(shí)踐操作問題：大部分高職院校受限與資金狀況，人多設(shè)備少，實(shí)踐教學(xué)效率有待進(jìn)一步提高。

5 結(jié)語

本文以工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用為研究對象，從課程的重要性、課程開發(fā)的原則、課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)過程以及考核方式幾個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的敘述。并根據(jù)此研究，實(shí)際教學(xué)一個(gè)學(xué)期，通過此種教學(xué)方式，提高了教學(xué)效率，提高了學(xué)生的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的水平和能力，降低了設(shè)備的損壞率，并為后續(xù)課程的順利進(jìn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但在教學(xué)過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，這些都需在后續(xù)教學(xué)過程中解決。

［1］郝建豹.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用課程建設(shè)的探索 ［J］.廣東職業(yè)技術(shù)教育與研究，2017， （1）：28-29.

［2］王超.高職院校工業(yè)機(jī)器人課程開發(fā)與教學(xué)任務(wù)設(shè)計(jì) ［J］.北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2017（1）：104-105.

［3］李衛(wèi)民，柳亞輸.高職工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案研究 ［J］.理論·研究，2017（1）：63-64.

［4］魯鵬，張有博，谷銘鑫，等.基于Robotstudio的工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建 ［J］.機(jī)電技術(shù)，2015（4）：152-153.

［5］隋欣.《ABB工業(yè)機(jī)器人仿真》教學(xué)設(shè)計(jì)—基于Robotstudio［J］.現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2016（31）：167-168.

［6］葉輝，管小清.工業(yè)機(jī)器人實(shí)操與應(yīng)用技巧 ［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2015：151-221.

［7］葉輝.工業(yè)機(jī)器人工程應(yīng)用虛擬仿真教程 ［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2015：134-179.

［8］姚剛.信息化教學(xué)設(shè)計(jì)在高職 《工業(yè)機(jī)器人操作》課程中的應(yīng)用 ［J］.時(shí)代農(nóng)機(jī)，2017（1）：144-145.

Curriculum Development and Instructional Design for“Industrial Robot Simulation Technology Training”Based on Robotstudio

WANG ChaoDENG Wei-guo

Taking the application of virtual simulation technology of industrial robot in teaching as the research object,a detailed research is conducted on the importance of course,principles of curriculum development,curriculum objectives,teaching content,teaching methods,teaching process and assessment methods in several aspects.And according to the actual teaching for a semester of this research and through the virtual simulation teaching,it is to improve teaching efficiency,the industrial robot application level and ability of the students,and reduce the equipment failure rate for the subsequent course smoothly to lay a solid foundation.

Robotstudio,curriculum development,instructional design

G712；TP242.2

A

1008-3812（2017）05-064-04

2017-07-28

課題名稱：遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院2017年度教研課題 （2017014）

王超 （1985— ），男，遼寧阜新人，碩士研究生，講師。研究方向：機(jī)電一體化技術(shù)及軸承的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。