工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用課程的教學(xué)探索與研究

竇以紅

摘 要：隨著我國(guó)人口老齡化程度的加深、人工成本的增加以及制造業(yè)智能化、柔性化升級(jí)改造需求的增加，社會(huì)對(duì)擁有工業(yè)機(jī)器人編程及調(diào)試知識(shí)背景的工程技術(shù)人員的需求也隨之增加。本文結(jié)合筆者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)從變換教學(xué)方式、突出教學(xué)重難點(diǎn)、理論聯(lián)系實(shí)踐幾個(gè)方面，闡述工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用教學(xué)的方法及教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人? ? 離線編程與仿真? ? 插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)

工業(yè)機(jī)器人作為智能制造的重要載體，在焊接、涂裝、碼垛、裝配等生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用課程是工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的基礎(chǔ)課程，在工業(yè)機(jī)器人課程教學(xué)體系中具有重要地位，是作為工業(yè)機(jī)器人相關(guān)內(nèi)容進(jìn)階學(xué)習(xí)及實(shí)訓(xùn)教學(xué)的基礎(chǔ)課程。

一、教學(xué)探索與研究

結(jié)合多年的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，筆者對(duì)本課程的教學(xué)通過(guò)如下六個(gè)方面進(jìn)行了探索和研究。

（一）分析學(xué)情

本課程是電氣類教學(xué)領(lǐng)域電氣自動(dòng)化專業(yè)、工業(yè)機(jī)器人維護(hù)及保養(yǎng)專業(yè)的專業(yè)課程，教師講授或者培訓(xùn)的對(duì)象為從未接觸過(guò)或未系統(tǒng)學(xué)習(xí)過(guò)工業(yè)機(jī)器人相關(guān)知識(shí)的學(xué)生。學(xué)生們對(duì)于機(jī)器人抱有濃厚的學(xué)習(xí)興趣，但他們獨(dú)立解決問(wèn)題的能力較差，遇到困難容易有挫敗感而放棄學(xué)習(xí)。

本課程需要學(xué)生具有一定的電學(xué)基礎(chǔ)，能夠理解簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，具有邏輯思維能力，能進(jìn)行程序編譯。

（二）選定教材

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用課程的基礎(chǔ)知識(shí)是學(xué)生能夠進(jìn)階學(xué)習(xí)機(jī)器人其他課程的重要知識(shí)儲(chǔ)備。

筆者通過(guò)調(diào)研，對(duì)比多本職業(yè)院校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用課程的教材，針對(duì)職業(yè)院校學(xué)生情況及特點(diǎn)，選用了由機(jī)械工業(yè)出版社出版，蘭虎主編的《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用》。該書的排版印刷使用了彩頁(yè)，較容易吸引學(xué)生。同時(shí)，該書的內(nèi)容條理清晰，其中知識(shí)點(diǎn)的講解對(duì)學(xué)生而言簡(jiǎn)單易懂，用詞言簡(jiǎn)意賅。就工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在多領(lǐng)域的應(yīng)用，該書展示了結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)的案例，具有一定的普及性和代表性。

（三）提升學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)興趣

教師在第一次授課時(shí)，應(yīng)注意到教材第一章的學(xué)習(xí)重點(diǎn)是工業(yè)機(jī)器人的基本定義及按照技術(shù)等級(jí)和機(jī)構(gòu)的分類類型，應(yīng)對(duì)工業(yè)機(jī)器人在碼垛、焊接、涂裝、搬運(yùn)等方面的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單講解。學(xué)生一般都是初次接觸工業(yè)機(jī)器人知識(shí)，教師在第一節(jié)課就抓住學(xué)生的興趣尤為重要。

在授課中，教師可播放ABB、三菱、FANUC等主流工業(yè)機(jī)器人在實(shí)際生產(chǎn)中的視頻，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)又使學(xué)生能對(duì)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用有更加直觀的認(rèn)識(shí)。在授課時(shí)，教師不可隨意提前引入或擴(kuò)充知識(shí)點(diǎn)，要重點(diǎn)介紹基礎(chǔ)知識(shí)，便于學(xué)生理解，為后續(xù)章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的講授做好鋪墊。

教師可在課前通過(guò)云班課等線上平臺(tái)布置學(xué)生查詢機(jī)器人應(yīng)用資料的任務(wù)，在課上同學(xué)生交流查詢的內(nèi)容，以便于學(xué)生理解知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生們查閱資料的能力。課后，教師使用手機(jī)App布置習(xí)題，及時(shí)獲得學(xué)生掌握知識(shí)的情況反饋，提前布置下節(jié)課的預(yù)習(xí)內(nèi)容。

（四）選擇靈活的教學(xué)方式，讓知識(shí)記憶潛移默化

在學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)控制時(shí)，教師要詳細(xì)介紹工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成部分和各自的作用，學(xué)生要能掌握和牢記各組成部分和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。

由于教材中使用的工業(yè)機(jī)器人是采用仿人類手臂的六軸機(jī)器人，一般由五部分四關(guān)節(jié)組成，所以其組成部分使用的名詞也都與人體有關(guān)，例如大臂、小臂等。教師在授課時(shí)，可讓學(xué)生結(jié)合觀看機(jī)器人的模型和運(yùn)動(dòng)視頻以及自己的身體手臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行學(xué)習(xí)。這樣不僅可使學(xué)生對(duì)組成部分有更加直觀的了解，還可增加趣味性，活躍課堂氣氛，讓知識(shí)點(diǎn)的理解和記憶更加潛移默化。

（五）突出重難點(diǎn)，活用教學(xué)資源

在學(xué)習(xí)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軸與坐標(biāo)系時(shí)，學(xué)生只有熟記關(guān)節(jié)坐標(biāo)系、直角坐標(biāo)系等常用坐標(biāo)系的特點(diǎn)以及在各個(gè)坐標(biāo)系下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的方式，才能實(shí)現(xiàn)正確的路徑規(guī)劃以及正規(guī)操作。教師在講授此部分內(nèi)容時(shí)，要重點(diǎn)突出根據(jù)不同場(chǎng)合的需求，應(yīng)選取哪種適合的坐標(biāo)系。

教師可通過(guò)仿真軟件演示，讓學(xué)生直觀地了解三個(gè)坐標(biāo)系的區(qū)別，讓學(xué)生將各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)方式以及坐標(biāo)系的正確選取銘記于心。

（六）結(jié)合實(shí)際案例分析，發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性

教師在進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)示教時(shí)，要根據(jù)此部分學(xué)習(xí)內(nèi)容的特點(diǎn)聯(lián)系實(shí)際進(jìn)行操作，選取案例進(jìn)行分析講解。例如，在介紹常見(jiàn)的插補(bǔ)方式時(shí)，對(duì)關(guān)節(jié)插補(bǔ)、直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)，要結(jié)合不同軌跡分析三種插補(bǔ)方式的特點(diǎn)。關(guān)節(jié)插補(bǔ)不考慮行走路徑只關(guān)注起始和終止點(diǎn)，直線插補(bǔ)則要考慮起始、終止點(diǎn)并且機(jī)器人TCP點(diǎn)走直線，圓弧插補(bǔ)根據(jù)弧線大小有不同的設(shè)置點(diǎn)方法。教師通過(guò)布置任務(wù)，讓學(xué)生在完成任務(wù)中靈活運(yùn)用和鞏固知識(shí)，學(xué)會(huì)選擇合適的插補(bǔ)方式，為后期程序點(diǎn)屬性的設(shè)置和編程做好知識(shí)儲(chǔ)備。

二、教學(xué)效果

（一）學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)興趣濃厚，繼續(xù)進(jìn)階學(xué)習(xí)欲望強(qiáng)烈

在進(jìn)行基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)后，學(xué)生想要進(jìn)階學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人相關(guān)知識(shí)的欲望更為強(qiáng)烈。他們利用課余時(shí)間關(guān)注工業(yè)機(jī)器人的微信公眾號(hào)，了解相關(guān)資訊，進(jìn)行知識(shí)的獲取與學(xué)習(xí)。這為后續(xù)相關(guān)工業(yè)機(jī)器人課程及實(shí)訓(xùn)教學(xué)的開(kāi)展?fàn)I造了良好的學(xué)習(xí)氛圍。

（二）專業(yè)知識(shí)掌握牢固，教學(xué)氛圍好

結(jié)合學(xué)生情況進(jìn)行分析，制訂合理的課程教學(xué)計(jì)劃，根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況，靈活地變換教學(xué)方式，讓學(xué)生熟練掌握專業(yè)知識(shí)點(diǎn)，營(yíng)造良好的課堂氛圍，提高學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的興趣，發(fā)揮其主觀能動(dòng)性。

（三）重難點(diǎn)理解透徹，能做到靈活使用

教師要根據(jù)教材及學(xué)情分析，合理安排課程重難點(diǎn)的教學(xué)，由淺入深。充分利用教學(xué)資源，結(jié)合工業(yè)機(jī)器人仿真軟件進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生對(duì)專業(yè)重難點(diǎn)理解透徹，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的使用場(chǎng)合能做到條理清晰地進(jìn)行分析和選擇。這樣既可提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，又有利于學(xué)生掌握工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)使用的安全操作規(guī)范。

（四）對(duì)接企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)，增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力

教師在課堂中結(jié)合企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，讓學(xué)生能自主分析工業(yè)機(jī)器人在不同場(chǎng)合應(yīng)用的案例，規(guī)劃軌跡、選擇正確的插補(bǔ)方式、編譯機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡程序。讓學(xué)生將學(xué)習(xí)的理論知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際，在“做中學(xué)、學(xué)中做”，增強(qiáng)了學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

三、小結(jié)

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用課程作為工業(yè)機(jī)器人專業(yè)體系的基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人智能制造技術(shù)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員中有著舉足輕重的地位。教師通過(guò)分析學(xué)情，選定教材，提升學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)興趣，選擇教學(xué)方式，突出重難點(diǎn)，發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性等幾個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)探索，研究具有專業(yè)特色、能達(dá)到最佳教學(xué)效果的方法與模式，這對(duì)于工業(yè)機(jī)器人相關(guān)知識(shí)的教學(xué)與專業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值和促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

蘭虎.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

（作者單位：天津市機(jī)電工藝學(xué)院）