談一體化課程教學(xué)在ABB工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用

高靜

[摘? ? ? ? ? ?要]? 以“單行規(guī)則排列圖塊的搬運(yùn)”為學(xué)習(xí)任務(wù)，用ABB IRB120型機(jī)器人進(jìn)行搬運(yùn)，采用一體化課程教學(xué)，讓學(xué)生在做中學(xué)、學(xué)中做，從而使學(xué)生能夠說出完成任務(wù)的知識內(nèi)容，遇到問題能夠團(tuán)隊協(xié)作，共同解決，并能夠完成小組的分工任務(wù)。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 一體化課程;ABB IRB120機(jī)器人;單行規(guī)則排列圖塊搬運(yùn)

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）08-0094-02

一、ABB工業(yè)機(jī)器人

隨著“中國制造2025”規(guī)劃的發(fā)布，制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級吹響了新一輪號角，其中機(jī)器人產(chǎn)業(yè)列為重點發(fā)展對象。全球領(lǐng)先的工業(yè)機(jī)器人制造商瑞典ABB致力于研發(fā)、生產(chǎn)機(jī)器人已有40多年的歷史，是工業(yè)機(jī)器人的先行者。ABB中國研發(fā)團(tuán)隊取得了一系列研發(fā)成果，開發(fā)出ABB最小的機(jī)器人IRB120“中國龍”。IRB120是ABB新型第四代機(jī)器人家族的最新成員，也是迄今為止ABB制造的最小的機(jī)器人，具有敏捷、緊湊、輕量的特點，控制精度與路徑精度俱優(yōu)，是物料搬運(yùn)與裝配應(yīng)用的理想選擇。

二、一體化課程

國家人力資源和社會保障部的文件有明確的定義：“一體化課程是按照經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需要和人才培養(yǎng)規(guī)律，根據(jù)國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以職業(yè)能力為培養(yǎng)目標(biāo)，通過典型工作任務(wù)分析確定課程內(nèi)容，構(gòu)建課程體系，并以具體工作任務(wù)為學(xué)習(xí)載體，按照工作過程和學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)要求設(shè)計和安排教學(xué)活動的課程。”按照一體化課程的概念，本課程確定了五個學(xué)習(xí)任務(wù)，分別是五角星和帶倒角矩形的繪制、弧線和漸開線的繪制、無規(guī)則排列圖塊的搬運(yùn)、規(guī)則排列圖塊的搬運(yùn)、機(jī)器人碼垛任務(wù)編程與操作。

三、“單行規(guī)則排列圖塊的搬運(yùn)”學(xué)習(xí)任務(wù)的備課

堅持以微任務(wù)為導(dǎo)向、以老師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體，讓學(xué)生在做中學(xué)、學(xué)中做。備課的主要內(nèi)容有：

（一）備微任務(wù)

“單行規(guī)則排列按鈕蓋的搬運(yùn)”是ABB機(jī)器人典型應(yīng)用與編程課程中規(guī)則排列圖塊搬運(yùn)的一個微任務(wù)。搬運(yùn)是工業(yè)機(jī)器人的典型應(yīng)用之一，規(guī)則排列物品的搬運(yùn)是工業(yè)機(jī)器人高效率工作的完美體現(xiàn)。本專業(yè)培養(yǎng)具有工業(yè)機(jī)器人設(shè)備安裝、編程及調(diào)試能力的高素質(zhì)高技能人才。此微任務(wù)是學(xué)生首次應(yīng)用循環(huán)指令進(jìn)行編程，對學(xué)生編程思維的培養(yǎng)起著關(guān)鍵作用，具有獨(dú)立性、完整性和典型性。

（二）備學(xué)情

本班學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了ABB基本運(yùn)動指令、程序數(shù)據(jù)robtarget、偏移指令Offs等知識，會使用Robotstudio仿真軟件。他們喜歡動手操作機(jī)器人，表現(xiàn)欲強(qiáng)，但是語言組織能力欠佳，缺乏精益求精的工匠精神。

（三）備學(xué)習(xí)目標(biāo)

（1）要求學(xué)生能夠敘述機(jī)器人的工作流程;

（2）通過自主學(xué)習(xí)，靈活運(yùn)用FOR的循環(huán)判斷標(biāo)識和循環(huán)次數(shù);

（3）能以小組合作的方式，運(yùn)用FOR循環(huán)和偏移指令Offs編寫程序;

（4）能夠正確使用示教器完成示教與調(diào)試。

（四）備學(xué)習(xí)內(nèi)容

學(xué)習(xí)內(nèi)容用魚骨圖的形式整理，以單行規(guī)則排列按鈕蓋的搬運(yùn)工作為主線，融合的知識點是程序數(shù)據(jù)num和FOR循環(huán)指令，技能點是安全、簡單測量、編程、仿真、示教調(diào)試，素養(yǎng)點是自主學(xué)習(xí)、口語表達(dá)、團(tuán)隊協(xié)作。針對以上內(nèi)容，學(xué)習(xí)重點為FOR的循環(huán)判斷標(biāo)識與循環(huán)次數(shù)的應(yīng)用，難點為FOR循環(huán)和偏移指令的綜合應(yīng)用。

（五）備學(xué)習(xí)場地

工欲善其事，必先利其器。學(xué)習(xí)場地是工業(yè)機(jī)器人實訓(xùn)中心一體化教室，本場地有4臺套ABB IRB120型機(jī)器人、按鈕蓋實訓(xùn)模塊、Robotstudio仿真軟件以及工具防護(hù)用品等硬件設(shè)施。為更好地完成本學(xué)習(xí)任務(wù)，軟件學(xué)習(xí)資源準(zhǔn)備了藍(lán)墨云班課、學(xué)習(xí)工作頁和PPT。工作頁是重要的學(xué)習(xí)資料，通過關(guān)鍵引導(dǎo)問題的設(shè)置，引導(dǎo)學(xué)生循序漸進(jìn)地完成任務(wù)，保證關(guān)鍵知識點不缺失。

（六）備學(xué)習(xí)過程

學(xué)習(xí)過程以一體化六步法設(shè)計，分別是明確任務(wù)、制定計劃、決策、任務(wù)實施、成果匯報、評價反饋。具體內(nèi)容在下面的學(xué)習(xí)任務(wù)實施中介紹。

四、“單行規(guī)則排列圖塊的搬運(yùn)”學(xué)習(xí)任務(wù)的實施

（一）明確任務(wù)

學(xué)習(xí)任務(wù)布置采用視頻演示法，讓學(xué)生直觀了解任務(wù)內(nèi)容，小組派代表口述微任務(wù)工作流程及特點，機(jī)器人從左到右依次搬，從左到右依次放。老師強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)目標(biāo)和用時。

（二）制定計劃

合理分工，本班學(xué)生20人，本次課分4個小組，每組設(shè)定5個崗位。安全監(jiān)督員（組長）負(fù)責(zé)組織帶領(lǐng)本小組人員按時安全完成任務(wù)。測量記錄員做好測量工作、填寫工作頁。編程設(shè)計員設(shè)計合理程序，并給組員講解。仿真調(diào)試員用仿真驗證程序設(shè)計思路。示教調(diào)試員熟練使用示教器對機(jī)器人進(jìn)行示教與調(diào)試。本學(xué)習(xí)任務(wù)中，安全監(jiān)督員崗位和測量記錄員崗位至關(guān)重要。安全監(jiān)督員負(fù)責(zé)機(jī)器人安全操作規(guī)程的實施記錄和小組成員安全行為監(jiān)督。測量記錄員負(fù)責(zé)測量工具的選取、實施測量和工具分類存放。測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性直接影響偏移量的確定，此處有意設(shè)置了一個操作陷阱，準(zhǔn)備了游標(biāo)卡尺和鋼尺兩種測量工具。本學(xué)習(xí)任務(wù)制定4個活動計劃：

（1）測量記錄員領(lǐng)取工具和防護(hù)用品并進(jìn)行測量，將測量結(jié)果告知小組成員。

（2）計算得出四個按鈕蓋的位置并找出規(guī)律。

（3）FOR的循環(huán)判斷標(biāo)識與循環(huán)次數(shù)的應(yīng)用是本次學(xué)習(xí)任務(wù)的重點內(nèi)容。課前將程序數(shù)據(jù)num、FOR循環(huán)知識點和示例程序上傳到藍(lán)墨云班課中，要求學(xué)生學(xué)習(xí)示例程序，至少提出一個問題。課中，仿真調(diào)試員將FOR的示例程序輸入仿真軟件，反復(fù)更改循環(huán)判斷標(biāo)識和循環(huán)次數(shù)，演示運(yùn)行效果，通過做中學(xué)、學(xué)中做掌握循環(huán)判斷標(biāo)識和循環(huán)次數(shù)的設(shè)定方法，使得重點內(nèi)容得以突破。

（4）FOR循環(huán)和偏移指令Offs綜合應(yīng)用是本次課的難點。本環(huán)節(jié)先由編程設(shè)計員編寫程序。教師提示程序設(shè)計的關(guān)鍵點：偏移量都是所測量數(shù)據(jù)的倍數(shù)，那倍數(shù)和循環(huán)次數(shù)的關(guān)系運(yùn)用FOR循環(huán)指令該如何描述呢？

（三）決策

小組代表上臺闡述本組計劃，并記錄。教師則傾聽、鼓勵、引導(dǎo)。

（四）任務(wù)實施

任務(wù)實施階段，學(xué)生要牢記機(jī)器人安全操作規(guī)程。仿真調(diào)試員和示教調(diào)試員在Robotstudio仿真軟件和示教器中同時分別輸入程序，仿真軟件驗證程序運(yùn)行正常后，示教調(diào)試員開機(jī)、編程、示教、調(diào)試。編程設(shè)計員要指導(dǎo)編程思路，安全監(jiān)督員強(qiáng)調(diào)操作規(guī)范。教師進(jìn)行巡回指導(dǎo)并填寫學(xué)生學(xué)習(xí)過程記錄表。在調(diào)試過程中，有一個小組成員進(jìn)入實訓(xùn)臺區(qū)域內(nèi)，安全監(jiān)督員沒有及時提醒，安全意識不夠強(qiáng)。棟梁組在示教調(diào)試過程中，按鈕蓋和存放按鈕蓋的圖塊發(fā)生了撞擊，小組成員尋找原因，發(fā)現(xiàn)一是測量記錄員選用的工具不合適，二是測量點選取不正確。前面設(shè)置的測量工具選取陷阱，這里得到了體現(xiàn)。測量工具選取不合適，導(dǎo)致偏移量誤差大，造成搬運(yùn)撞擊事故。學(xué)習(xí)難點進(jìn)一步化解，學(xué)生對偏移指令的關(guān)鍵要素理解更加深刻。

（五）成果匯報

示教與調(diào)試成功后，選2個小組實施運(yùn)行。示教調(diào)試員展示本組運(yùn)行效果，領(lǐng)航組設(shè)計的是從左到右依次取，從右到左依次放;棟梁組設(shè)計的是從左到右依次取，從左到右依次放。運(yùn)行過程中，其他小組對照評價表完成互評記錄。教師記錄運(yùn)行效果。最終，示教調(diào)試員恢復(fù)現(xiàn)場，測量記錄員清點工具。

（六）評價反饋

集中總結(jié)評價。學(xué)生自評FOR循環(huán)掌握情況、組內(nèi)發(fā)言情況及各自崗位職責(zé)履行情況。教師公布從搬運(yùn)工藝過程、創(chuàng)新、安全、小組發(fā)言到6S素養(yǎng)等環(huán)節(jié)的打分情況。小組互評運(yùn)行情況和周邊衛(wèi)生情況。學(xué)生通過藍(lán)墨云班課上報學(xué)習(xí)心得、學(xué)習(xí)意見和建議。任務(wù)完成上交工作頁，課后思考多行規(guī)則排列按鈕蓋的搬運(yùn)。

（七）教學(xué)反思

有意設(shè)置測量陷阱，學(xué)生經(jīng)歷了出現(xiàn)問題、尋找原因、解決問題的過程，對重點難點的理解更加深刻;學(xué)生對機(jī)器人編程與操作更加熟練;學(xué)習(xí)興趣更加濃厚;合理的小組分工使團(tuán)隊協(xié)作解決問題的能力大大提升;學(xué)習(xí)目標(biāo)較好實現(xiàn)。不足之處是一個小組的安全監(jiān)督員未能盡到自己的崗位職責(zé);一個小組的仿真調(diào)試員和示教調(diào)試員的任務(wù)由同一學(xué)生完成，崗位分工不清。在以后的一體化課程教學(xué)中，需要繼續(xù)強(qiáng)化學(xué)生的安全意識，教師的現(xiàn)場監(jiān)督和指導(dǎo)作用也要加強(qiáng)，保證學(xué)生綜合能力的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃景容.一體化課程開發(fā)與實踐[M].廣州：廣東教育出版社，2016-06.

[2]葉暉.工業(yè)機(jī)器人實操與應(yīng)用技巧[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010-09.

◎編輯 郭小琴