基于項目任務設計的工業機器人實訓基地建設研究

鄒火軍

摘 要：工業機器人應用型人才需求日益突出，而高素質的工業機器人人才培養離不開一流的實訓基地建設。本文從實訓基地建設及一體化教學模式的指導思想入手，著重探討了工業機器人實訓基地建設及教學的建設方案，詳細規劃了實訓室的建設內容，一體化教學環境建設方案及機器人專業教學的建設方案。

關鍵詞：工業機器人站；實訓項目；職業院校；一體化；實訓基地

自20世紀60年代初第一臺工業機器人問世到現在，短短50多年，工業機器人技術和周邊配套應用得到了迅速發展，工業機器人系統在自動化、智能化、定制化生產制造領域得到廣泛應用。隨著“中國制造2025”提出了我國邁向制造強國的發展戰略，應對新一輪科技革命和產業變革，立足我國轉變經濟發展方式實際需要，圍繞創新驅動、智能轉型、強化基礎、綠色發展、人才為本等關鍵環節，以及先進制造、高端裝備等重點領域，提出了加快制造業轉型升級、提升增效的重大戰略任務和重大政策舉措，工業機器人在其中發揮了不可替代的作用。工信部于2013年發布的《關于推進工業機器人產業發展的指導意見》中提出，到2020年，要形成較為完善的工業機器人產業體系，使得工業機器人及自動化生產線系統面臨前所未有的發展時機。

工業機器人作為一種高科技集成裝備，對專業人才有著多層次的需求，在工業機器人專業人才需求中，需求量最大的是基礎的操作及維護人員以及掌握基本工業機器人應用技術的調試工程師，中國機械工業聯合會的統計數據表明，中國當前機器人應用人才缺口20萬，并且以每年20%～30%的速度持續遞增。針對面臨如此大的機器人應用類的高技能人才缺口，職業院校的教學實訓基地將要更加著力于符合市場需求的工業機器人專業應用型人才的培養，同時基地應具備教學、科研、培訓、生產等多功能的綜合實訓場所。

1實訓基地整體規劃

實訓基地建設整體設計采用教育部在職業院校推行的“學做教”一體化教學模式，站在專業課程建設的角度規劃各種教學資源的配套與技術實施，把來自企業實際的工作任務進行教學化處理，形成適合教學與訓練的系統性項目課程，并配套相關的教學設備與訓練實踐環境，再將教材與其他教學資源根據課程與設備進行配套提供，這就形成了以專業建設為目的的一體化實訓基地建設。

一體化實訓基地以工業機器人基礎工作站為主體，以機器人為核心，將機械、氣動、運動控制、PLC控制技術有機地進行整合，結構模塊化，便于組合。為了方便實訓教學，系統進行了專門的設計，可以完成各類機器人單項訓練和綜合性項目訓練。可以進行六軸機器人示教、定位、抓取、裝配等訓練。

1.1一體化教學環境建設方案

一體化教學體系，就是整理融會教學環節，把培養學生的職業能力的理論與實踐相結合的教學作為一個整體考慮，單獨制定教學計劃與大綱，構建職業能力整體培養目標體系，通過各個教學環節的落實來保證整體目標的實現。一體化教學環境根據其教學特點的要求，分別設置了授課區、討論區、資訊區、實訓區（機器人工作站）、物料管理區等部分，一體化教學環境布局效果如圖1所示

1.2專業教學建設方案

工業機器人專業教學建設方案分為工業機器人工作站、工業機器人離線編程仿真及數字化教學資源平臺，方案建設模式示意圖如圖2所示。工業機器人培訓基地的教學以工業機器人實訓工作站為基礎，用來完成工業機器人技術和操作的教學內容，實現學生從工業機器人技術的門外漢到了解工業機器人基礎知識、掌握工業機器人基本操作、實現工業機器人系統搭建和調試、利用工業機器人完成各種工藝應用的實訓。工業機器人離線編程仿真，使學生掌握工業機器人最新技術；軟件利用虛擬三維環境快速生成復雜工作路徑，利用工藝包設置相關參數，仿真工業機器人運動后優化軌跡和姿態，提高工作效率，避免發生碰撞危險等問題，最后輸出工業機器人控制器所需執行代碼文件，完成編程工作；其中包含的豐富教學資源，利用網絡化互動式虛擬教學平臺，將傳統的講授式教學革新為沉浸式教學，通過項目任務式驅動教學方法使學生愛上學習。

2工業機器人工作站

工業機器人工作站主要由針對工業機器人教學的ABB標準機器人工作站構成，用來教學工業機器人系統中本體結構和零部件構成、系統搭建和外圍應用技術。該工作站的典型工作任務來源于實際工廠中的生產任務，集合了工業機器人多種常用應用方式，可以完成所有工業機器人的基礎操作訓練，同時配合各種機電設備完成復雜的生產線模擬動作，讓學生在學習基本操作時模擬真實生產中的相關應用，增強學習效果。

我院建設的工業機器人工作站主要由ABB機器人系統、電氣控制板、模型實訓平臺、繪圖筆夾具、抓手吸盤夾具、雙吸盤夾具、車窗吸盤夾具、軌跡訓練模型、工件安裝模型、車窗涂膠安裝模塊、零件碼垛操作對象、圖塊搬運模塊、檢測排列模塊、安全護欄、實訓任務存儲箱、工具收納墻和空氣壓縮機等組成；覆蓋模擬工業機器人的各方面的應用，實現工業機器人基本結構和基礎操作、工作站調試和搭建、工業機器人編程和通訊等內容的實訓。

3離線編程仿真實訓

工業機器人離線編程仿真技術集成了計算機三維顯示技術、系統仿真技術、工業機器人離線編程技術、運動軌跡生成和優化技術等核心技術，使得工業機器人獲得了更加強大的“大腦”，可以輕松應對復雜軌跡的高精度生成和復現，可以在計算機上完成軌跡設計、規劃、運動仿真、碰撞檢查、姿態優化，最后直接生成工業機器人控制器所需的執行運動代碼，同時還提供了方便的空間校準算法，縮短了工業機器人的停機調試時間。為方便使用ABB標準機器人工作站進行教學工作，針對工業機器人的操作特點和工作站的組成，設計了多項實訓任務，實現任務驅動式教學，讓學生在學習技能的過程中明確目標、在挑戰中完成學習，同時還可以解決實訓基地的實訓工位不足的局面，節省了投入資金。

4工業機器人教學資源

為保證工業機器人專業教學的正常開展，還需要針對當前實訓設備及實訓環境，建立工業機器人課程體系，配套一體化教學課程及教學工作頁，配套工業機器人數字化教學資源庫。利用互聯網技術的發展，依托學院的網絡教學平臺，將各個實訓項目及教學的主要環節通過微課、視頻、PPT、交互式動畫的方式進行展示，方便學生更清晰地學習機器人編程和操作、維護相關知識，通過智能制造仿真實訓基地的虛擬仿真平臺，構建虛擬工業機器人工作環境，展示工業機器人領域最新技術。在工作站的各個項目模塊粘貼能獲取詳細知識信息及技能信息的二維碼，學生可通過互聯網技術，使用計算機或手機APP進行線上線下學習，提高學生學習主動性及學習效果。

5小結

工業機器人實訓基地建設，既要關注現有工業機器人技術，又要著眼未來工業機器人新技術。通過技術合作、優勢互補，加強校企合作實訓基地建設，并以此為依托，工業機器人實訓基地最終希望建設成為教學、科研、技術服務和培訓相結合的多功能綜合實訓基地。

作為制造業大國，我們應抓住《中國制造2025》機遇與挑戰，建設符合職業院校專業建設及教學模式改革需求及發展的工業機器人實訓基地，為國家和地方培養更優秀的高素質、高技能型人才。

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