工業(yè)機(jī)器人課程開(kāi)發(fā)與教學(xué)任務(wù)設(shè)計(jì)分析

◎于春雨

工業(yè)機(jī)器人課程開(kāi)發(fā)與教學(xué)任務(wù)設(shè)計(jì)分析

◎于春雨

工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)被人們廣泛地運(yùn)用于社會(huì)的各個(gè)角落，開(kāi)設(shè)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用專業(yè)，引進(jìn)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)平臺(tái)迫在眉睫。我們從現(xiàn)有的教學(xué)狀況出發(fā)，在教學(xué)內(nèi)容、方法等等方面對(duì)工業(yè)機(jī)器人課程的進(jìn)行了設(shè)想，應(yīng)當(dāng)提高學(xué)生在工業(yè)機(jī)器人安裝、調(diào)試、編程操控以及檢修維護(hù)方面的能力，按照由易入難的原則構(gòu)建與工作過(guò)程相對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)情境，再根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和技能養(yǎng)成習(xí)慣讓工作任務(wù)融入學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程，培養(yǎng)符合工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的人才，適應(yīng)社會(huì)對(duì)這一領(lǐng)域人才的迫切需要。

工業(yè)機(jī)器人（Industrial Robots）簡(jiǎn)稱IR，是面向工業(yè)領(lǐng)域具有多關(guān)節(jié)機(jī)械手或自由度特征的機(jī)器人。它們可以自行執(zhí)行工作，也就是可以靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)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(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。在完成任務(wù)方面，機(jī)器人與人類(lèi)相比具有更高效、可靠的特點(diǎn)，因此被廣泛運(yùn)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線上，例如完成汽車(chē)工業(yè)中的焊接、搬運(yùn)、噴涂和裝配等工作。作為一種高自動(dòng)化的機(jī)電一體化設(shè)備，我國(guó)企業(yè)逐漸意識(shí)到了工業(yè)機(jī)器人的重要性，急需高技能型人才維護(hù)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用，讓其可以代替人類(lèi)完成重復(fù)性操作或危險(xiǎn)性工作，所以我國(guó)有必要加強(qiáng)對(duì)這方面人才的培養(yǎng)力度。

工業(yè)機(jī)器人課程開(kāi)發(fā)

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在課程開(kāi)發(fā)的過(guò)程中需要考慮專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)、用人單位的需要、其他相關(guān)專業(yè)的課程設(shè)置、相關(guān)課程之間內(nèi)在聯(lián)系等因素，鍛煉學(xué)生掌握機(jī)器人的基本組成與系統(tǒng)參數(shù)，懂得如何使用示教器，同時(shí)還要學(xué)會(huì)機(jī)器人的安裝與調(diào)試以及程序編寫(xiě)。工業(yè)機(jī)器人課程的開(kāi)發(fā)可以分為兩個(gè)部分，一個(gè)是工業(yè)機(jī)器人裝配與調(diào)試技術(shù)，另一個(gè)是工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真技術(shù)，最為重要的是安裝與調(diào)試這一方面。

工業(yè)機(jī)器人安裝與調(diào)試

課程開(kāi)發(fā)原則。任何一項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)原則都是以企業(yè)實(shí)際需求為出發(fā)點(diǎn)，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展很不樂(lè)觀，在機(jī)器人的程序編寫(xiě)和代碼調(diào)試上以及故障診斷和維護(hù)上都急需專業(yè)技術(shù)型人才。(牛祥永.高職“工業(yè)機(jī)器人安裝與調(diào)試”課程開(kāi)發(fā)和實(shí)踐[J].職業(yè)教育研究,2014,(4):86-90.)這就需要老師到企業(yè)實(shí)地進(jìn)行調(diào)研，確定課程教學(xué)內(nèi)容及范圍，切忌在課程教學(xué)中脫離實(shí)際工程背景、忽視細(xì)節(jié)以及安排不合理的教學(xué)任務(wù)。整個(gè)教學(xué)過(guò)程中都要體現(xiàn)工學(xué)結(jié)合、理論實(shí)際結(jié)合的特點(diǎn)，緊跟企業(yè)的需求，以企業(yè)真實(shí)的工作任務(wù)或者是以產(chǎn)品為載體來(lái)完成課程的整體設(shè)計(jì)。著重培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題方面的能力，讓他們學(xué)會(huì)辨識(shí)電器原理圖，在機(jī)器人安裝與調(diào)試上得心應(yīng)手，并參照相關(guān)職業(yè)相關(guān)資格標(biāo)準(zhǔn)，完成突出職業(yè)能力培養(yǎng)的一個(gè)工業(yè)機(jī)器人課程開(kāi)發(fā)。

課程開(kāi)發(fā)流程。在工業(yè)機(jī)器人課程開(kāi)發(fā)的整體流程中主要是教師通過(guò)走訪、座談等形式來(lái)了解社會(huì)對(duì)機(jī)器人專業(yè)人才的需求情況，以及企業(yè)的典型工作任務(wù)信息，對(duì)課程進(jìn)行一個(gè)準(zhǔn)確的定位，制定出開(kāi)發(fā)方案。以現(xiàn)有的高職學(xué)生情況為基準(zhǔn)，遵從他們的學(xué)習(xí)能力以及認(rèn)知規(guī)律，協(xié)助于企業(yè)實(shí)踐專家對(duì)典型工作任務(wù)進(jìn)行提煉來(lái)形成行動(dòng)領(lǐng)域，行動(dòng)領(lǐng)域決定著學(xué)習(xí)領(lǐng)域，最終完成課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)的制定。（徐勝,劉友華.以企業(yè)需求為導(dǎo)向的中職工業(yè)機(jī)器人專業(yè)課程開(kāi)發(fā)與實(shí)踐[J].時(shí)代農(nóng)機(jī),2017,44(6):153-154.）

所謂的典型工作任務(wù)就是指在機(jī)器人的生產(chǎn)中要能夠提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、增加產(chǎn)量、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件等，在工業(yè)機(jī)器人性能方面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)調(diào)試好的工業(yè)機(jī)器人要能夠按照國(guó)家驗(yàn)收規(guī)則驗(yàn)收，要會(huì)使用儀器儀表檢測(cè)故障源，查找到故障進(jìn)行修復(fù)，最終將故障數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔。在程序編寫(xiě)上在示教盒或用戶端計(jì)算機(jī)上編寫(xiě)執(zhí)行程序，編譯調(diào)試成功后程序通過(guò)通信電纜下載到機(jī)器人的主控單元，指揮機(jī)器人進(jìn)行操作。在機(jī)器人動(dòng)作的過(guò)程中，操作人員一定要密切注意機(jī)器人的一舉一動(dòng)，以免造成誤差。在機(jī)器人工作完成后要記得關(guān)閉電源，最終將有效數(shù)據(jù)存檔。

工業(yè)機(jī)器人教學(xué)任務(wù)示例

工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)工件。我們以搬運(yùn)工件為例，在教學(xué)中首先要打開(kāi)系統(tǒng)電源，登錄示教盒的系統(tǒng)選擇手動(dòng)模式，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行速度進(jìn)行坐標(biāo)系的設(shè)定，然后再通過(guò)示教盒的操作以機(jī)械原點(diǎn)為中心到達(dá)抓取點(diǎn)完成吸件過(guò)程，所謂抓取點(diǎn)就是吸盤(pán)與工件接觸的位置。吸件過(guò)程并不是一次性完成，需要有多個(gè)中間點(diǎn)并調(diào)整攻堅(jiān)角度最終完成放件，放件完成后又回到機(jī)械原點(diǎn)，這樣一來(lái)取件和放件過(guò)程才能算結(jié)束，然后等待下一個(gè)信號(hào)。

焊接工業(yè)機(jī)器人。焊接工業(yè)機(jī)器人主要是利用示教盒編寫(xiě)程序驅(qū)動(dòng)焊接機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬零件的直線焊縫或者圓弧焊縫。在完成這些任務(wù)之前我們首先要對(duì)下面幾項(xiàng)進(jìn)行了解：

（1）自由度為六的工業(yè)機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)

（2）GSK-RH08焊接工業(yè)機(jī)器人示教盒的使用方法要會(huì)掌握

（3）能夠通過(guò)示教盒對(duì)焊接工業(yè)機(jī)器人的焊接程序進(jìn)行編寫(xiě)和調(diào)試

具體教學(xué)計(jì)劃如下：

首先要讓學(xué)生對(duì)焊接工業(yè)機(jī)器人工作站有所了解，例如它的組成：機(jī)器人本體、機(jī)器人控制柜、示教盒、焊接電源等，然后詳細(xì)介紹工作臺(tái)的工作流程。其次對(duì)GSKRH08焊接工業(yè)機(jī)器人的基本參數(shù)有一定的了解，然后在指導(dǎo)老師的帶領(lǐng)下動(dòng)手操練焊接機(jī)器人各個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。還要對(duì)示教盒的各個(gè)功能鍵進(jìn)行熟悉，然后給學(xué)生布置任務(wù)，讓他們通過(guò)一個(gè)安全的速度去驅(qū)動(dòng)GSK-RH08工業(yè)焊接機(jī)器人軸上的每一個(gè)電機(jī)，進(jìn)一步地了解機(jī)器人的自由度和運(yùn)動(dòng)范圍，為下一步的焊接做好準(zhǔn)備。（王保軍.中職學(xué)校開(kāi)展"工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用"教學(xué)設(shè)想[J].科技資訊,2017,15(15):186-187,189.）在焊接的過(guò)程中還要勤于思考問(wèn)題，例如工業(yè)機(jī)器人末端是如何實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制以及連續(xù)軌跡控制的？怎么樣才能使工業(yè)機(jī)器人避開(kāi)障礙？如何對(duì)焊接機(jī)器人進(jìn)行參數(shù)設(shè)置？帶著這些問(wèn)題進(jìn)入焊接工作，最終分小組完成討論。

以工業(yè)機(jī)器人為核心的柔性生產(chǎn)線的安裝和調(diào)試課程在我們高職校園里并不多見(jiàn)，所以我們對(duì)這方面的了解少之又少，可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)也沒(méi)有，所以我們?cè)谡n程的開(kāi)放中要敢于嘗試，學(xué)會(huì)靈活調(diào)整及時(shí)更新，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行修改和補(bǔ)充，結(jié)合學(xué)生的反饋完成課程內(nèi)容的閉環(huán)控制，讓學(xué)生取得更多的實(shí)質(zhì)性成果。

（作者單位：中鐵十三局技師學(xué)院）