機器人實驗教學中心的教學理念淺探

曾祥鋒 龍迎春 韓竺秦

（韶關學院智能工程學院自動化系，廣東 韶關512005）

0 引言

隨著工業自動化行業的蓬勃發展，作為工業自動化核心部件的工業機器人也得到了非常廣泛的應用，使得機器人相關技術人才的培養成為研究熱點。機器人實驗教學中心為機器人工程專業的教學提供配套的試驗設備、場所和專職教師，是機器人相關知識教育從理論到實踐轉換的重要環節。本文擬探討機器人實驗教學中心的教學理念，為機器人技術復合型人才的培養拓展思路。

1 知識體系合理化布置，以滿足不同層次復合型人才的培養需求

工業機器人的廣泛應用，使得機器人相關從業技術人才的需求也與日俱增，而且涉及的職位眾多，譬如機器人設計師、機器人程序設計師、機器人測試工程師、機器人現場調試工程師等。機器人相關從業技術人才對機器人專業技術的要求均不相同，而且部分從業技術人才需要具備多種技能，因此人才培養的重點在于培養具備機器人技術的復合型人才[1]。

為了更好滿足這種日益增長的機器人相關從業技術復合人才的需求，機器人實驗教學中心首先將工業機器人相關知識進行系統化分類，然后根據人才培養計劃，開設相應層級的課程，以滿足復合型人才的不同需求層次。工業機器人系統的知識體系可分為四個層級：第一層級為工業機器人認知，使學生了解工業機器人的基本知識，以及其在智能制造技術中的應用領域和應用方法；第二層級為工業機器人基礎，使學生能夠掌握機器人機構設計的基本理論，為機器人的機構設計、測試以及維修工作奠定堅實基礎；第三層級為工業機器人控制，使學生能夠掌握機器人控制的基本知識，為機器人的控制程序設計奠定基礎；第四層級為工業機器人系統集成，學生能夠掌握機器人相關的智能制造技術、機器視覺技術以及系統集成等技術，為機器人的智能控制設計奠定基礎。

圖1 工業機器人系統的知識體系

2 以機器人相關理論教學為基礎，加強工程實踐能力的培養

機器人制造廠家進行機器人的設計和制造，而機器人應用公司則以機器人平臺為基礎進行控制開發，因此機器人的開發和應用均對工程實踐能力具有較高要求[2]。針對機器人應用需要較強工程實踐能力的特點，機器人實驗教學中心以機器人相關理論學習為基礎，加強對學生工程實踐能力的培養，主要體現在如下幾個方面：

（1）在機器人機構設計和自動控制的理論學習中，以理論學習為主，模擬仿真為輔。模擬仿真不但使學生能夠深入體會理論知識的內涵，而且使學生有機會將理論知識應用于實踐中。

（2）在培養學生工程實踐能力的課程中，以機器人控制操作為主，模擬仿真為輔。通過模擬仿真的訓練，學生對機器人的操作流程、程序編制方式以及在實際操作中可能出現的各種問題等均有一定了解，為后續的機器人實際操作奠定堅實的基礎。機器人的實際操作模式模擬工業應用現場，以其作業流程為基礎簡化而成，因此學生在實際操作中不但能夠熟悉工業界的常用生產工序，而且能夠掌握機器人的控制程序編制、路徑規劃、示教點動控制、目標物體的抓取和釋放等一系列控制技巧。

（3）在培養學生機器人控制能力的課程中，以理論學習為主，模擬仿真為輔，機器人控制操作進行理論驗證。在理論學習中，學生首先根據實際需求編制相應的控制程序，接著進行模擬仿真和使用工具箱來初步驗證該程序能否滿足設計要求，當確定設計無誤后，最后使用該程序來操控機器人進行相應的作業，使學生對機器人的控制具備更加深入的了解，從而加強對其工程能力的培養。

（4）在培養學生系統集成能力的課程中，理論學習、模擬仿真以及集成控制操作驗證并重。機器人控制實驗室包括多種工業集成系統，如機器人作業系統、點膠機系統以及圖像識別和機器視覺系統等。以不同專業的培養特點為基礎，將這些系統選擇性的用于培養學生的系統集成能力，從而加強對其工程能力的培養。

3 聯合自動化設備生產廠家對學生進行聯合培養，拓展學生工程實踐的創新性思維

自動化系統對創新性的要求越來越高，而實驗室的各種自動化系統只能以點帶面來培養學生的工程實踐能力，因此有必要聯合自動化設備生產廠家對學生進行聯合培養，以開拓學生的視野，增加其工程實踐的創新性思維[3]。自動化設備生產廠家的客戶需求均不相同，因此其生產的各種系統相當部分為定制化產品，均需要在設計過程中融入相應的創新性思維。在經過理論學習和實驗室中的工程實踐培養后，學生的理論知識儲備和實踐能力已經比較牢固，然后再通過在自動化設備生產廠家接受工程實踐，從而拓展了其創新性思維。

4 培養學生的團隊意識與合作精神

機器人實驗教學中心除了培養學生工程實踐能力外，也強化培養學生的團隊意識和團隊合作精神。在各類控制操作的實訓課中，規劃任務以項目團隊為單位來實施，每個項目團隊設置項目負責人，且項目負責人由小組成員輪流擔任。項目負責人主導項目導入會議、項目進度安排、項目團隊建設以及項目結案等一系列工作。在以項目制推進的實訓課中，每個同學都需經歷團隊成員和團隊負責人之間的轉換，能夠更加清晰把握如何推進團隊建設、如何構建合作關系以及如何實現團隊協作等。

5 設立學生創新開放實驗室，培養學生的自主創新精神

在實驗室中劃分特定區域作為學生創新開放實驗室，并全天候對學生開放，為學生的自主實驗以及個性化學習提供場地。并以此為基礎來鼓勵學生進行自主實驗，即學生自己提出實驗項目，經實驗中心核準后，即可進入開放性實驗室開展自主相關工作。采用指導教師負責制來保證開放實驗室的安全與有效運行，即由指導教師和學生根據具體情況共同制訂實驗方案，并明確指導時間。

6 結語

本文以機器人實驗教學中心為對象，探討了其人才培養模式的教學理念，首先將相關知識體系進行了合理化布置，并在理論教學的基礎上，聯合自動化設備生產廠家加強對學生工程實踐能力的培養，并設立學生創新開放實驗室，進而培養學生的團隊意識、合作精神以及自主創新精神。