工業機器人技術與應用課程的教學探索與研究

竇以紅

摘 要：隨著我國人口老齡化程度的加深、人工成本的增加以及制造業智能化、柔性化升級改造需求的增加，社會對擁有工業機器人編程及調試知識背景的工程技術人員的需求也隨之增加。本文結合筆者多年的教學經驗，重點從變換教學方式、突出教學重難點、理論聯系實踐幾個方面，闡述工業機器人技術與應用教學的方法及教學效果。

關鍵詞：工業機器人? ? 離線編程與仿真? ? 插補運動

工業機器人作為智能制造的重要載體，在焊接、涂裝、碼垛、裝配等生產領域發揮著舉足輕重的作用。工業機器人技術與應用課程是工業機器人專業的基礎課程，在工業機器人課程教學體系中具有重要地位，是作為工業機器人相關內容進階學習及實訓教學的基礎課程。

一、教學探索與研究

結合多年的工業機器人技術與應用課程教學經驗，筆者對本課程的教學通過如下六個方面進行了探索和研究。

（一）分析學情

本課程是電氣類教學領域電氣自動化專業、工業機器人維護及保養專業的專業課程，教師講授或者培訓的對象為從未接觸過或未系統學習過工業機器人相關知識的學生。學生們對于機器人抱有濃厚的學習興趣，但他們獨立解決問題的能力較差，遇到困難容易有挫敗感而放棄學習。

本課程需要學生具有一定的電學基礎，能夠理解簡單的機械結構，具有邏輯思維能力，能進行程序編譯。

（二）選定教材

工業機器人技術與應用課程的基礎知識是學生能夠進階學習機器人其他課程的重要知識儲備。

筆者通過調研，對比多本職業院校工業機器人技術與應用課程的教材，針對職業院校學生情況及特點，選用了由機械工業出版社出版，蘭虎主編的《工業機器人技術及應用》。該書的排版印刷使用了彩頁，較容易吸引學生。同時，該書的內容條理清晰，其中知識點的講解對學生而言簡單易懂，用詞言簡意賅。就工業機器人技術在多領域的應用，該書展示了結合實際生產進行學習的案例，具有一定的普及性和代表性。

（三）提升學生學習專業興趣

教師在第一次授課時，應注意到教材第一章的學習重點是工業機器人的基本定義及按照技術等級和機構的分類類型，應對工業機器人在碼垛、焊接、涂裝、搬運等方面的應用進行簡單講解。學生一般都是初次接觸工業機器人知識，教師在第一節課就抓住學生的興趣尤為重要。

在授課中，教師可播放ABB、三菱、FANUC等主流工業機器人在實際生產中的視頻，提高學生的學習興趣，同時又使學生能對工業機器人的應用有更加直觀的認識。在授課時，教師不可隨意提前引入或擴充知識點，要重點介紹基礎知識，便于學生理解，為后續章節知識點的講授做好鋪墊。

教師可在課前通過云班課等線上平臺布置學生查詢機器人應用資料的任務，在課上同學生交流查詢的內容，以便于學生理解知識點，同時培養學生們查閱資料的能力。課后，教師使用手機App布置習題，及時獲得學生掌握知識的情況反饋，提前布置下節課的預習內容。

（四）選擇靈活的教學方式，讓知識記憶潛移默化

在學習工業機器人的機械結構和運動控制時，教師要詳細介紹工業機器人的系統組成部分和各自的作用，學生要能掌握和牢記各組成部分和運動特點。

由于教材中使用的工業機器人是采用仿人類手臂的六軸機器人，一般由五部分四關節組成，所以其組成部分使用的名詞也都與人體有關，例如大臂、小臂等。教師在授課時，可讓學生結合觀看機器人的模型和運動視頻以及自己的身體手臂結構進行學習。這樣不僅可使學生對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，讓知識點的理解和記憶更加潛移默化。

（五）突出重難點，活用教學資源

在學習機器人運動軸與坐標系時，學生只有熟記關節坐標系、直角坐標系等常用坐標系的特點以及在各個坐標系下機器人運動的方式，才能實現正確的路徑規劃以及正規操作。教師在講授此部分內容時，要重點突出根據不同場合的需求，應選取哪種適合的坐標系。

教師可通過仿真軟件演示，讓學生直觀地了解三個坐標系的區別，讓學生將各個軸的運動方式以及坐標系的正確選取銘記于心。

（六）結合實際案例分析，發揮學生主觀能動性

教師在進行工業機器人的作業示教時，要根據此部分學習內容的特點聯系實際進行操作，選取案例進行分析講解。例如，在介紹常見的插補方式時，對關節插補、直線插補和圓弧插補，要結合不同軌跡分析三種插補方式的特點。關節插補不考慮行走路徑只關注起始和終止點，直線插補則要考慮起始、終止點并且機器人TCP點走直線，圓弧插補根據弧線大小有不同的設置點方法。教師通過布置任務，讓學生在完成任務中靈活運用和鞏固知識，學會選擇合適的插補方式，為后期程序點屬性的設置和編程做好知識儲備。

二、教學效果

（一）學生專業學習興趣濃厚，繼續進階學習欲望強烈

在進行基礎課程學習后，學生想要進階學習工業機器人相關知識的欲望更為強烈。他們利用課余時間關注工業機器人的微信公眾號，了解相關資訊，進行知識的獲取與學習。這為后續相關工業機器人課程及實訓教學的開展營造了良好的學習氛圍。

（二）專業知識掌握牢固，教學氛圍好

結合學生情況進行分析，制訂合理的課程教學計劃，根據實際教學情況，靈活地變換教學方式，讓學生熟練掌握專業知識點，營造良好的課堂氛圍，提高學生學習專業知識的興趣，發揮其主觀能動性。

（三）重難點理解透徹，能做到靈活使用

教師要根據教材及學情分析，合理安排課程重難點的教學，由淺入深。充分利用教學資源，結合工業機器人仿真軟件進行教學，讓學生對專業重難點理解透徹，對知識點的使用場合能做到條理清晰地進行分析和選擇。這樣既可提升學生的專業素養，又有利于學生掌握工業機器人基礎使用的安全操作規范。

（四）對接企業實際生產，增強學生的就業競爭力

教師在課堂中結合企業的實際生產過程，引導學生進行學習，讓學生能自主分析工業機器人在不同場合應用的案例，規劃軌跡、選擇正確的插補方式、編譯機器人的運動軌跡程序。讓學生將學習的理論知識應用于生產實際，在“做中學、學中做”，增強了學生的就業競爭力。

三、小結

工業機器人技術及應用課程作為工業機器人專業體系的基礎課程，在培養工業機器人智能制造技術領域的工程技術人員中有著舉足輕重的地位。教師通過分析學情，選定教材，提升學生學習專業興趣，選擇教學方式，突出重難點，發揮學生主觀能動性等幾個方面進行教學探索，研究具有專業特色、能達到最佳教學效果的方法與模式，這對于工業機器人相關知識的教學與專業領域的發展，具有重要的現實價值和促進作用。

參考文獻：

蘭虎.工業機器人技術及應用[M].北京：機械工業出版社，2014.

（作者單位：天津市機電工藝學院）