機器人實驗教學(xué)中心的教學(xué)理念淺探

曾祥鋒 龍迎春 韓竺秦

（韶關(guān)學(xué)院智能工程學(xué)院自動化系，廣東 韶關(guān)512005）

0 引言

隨著工業(yè)自動化行業(yè)的蓬勃發(fā)展，作為工業(yè)自動化核心部件的工業(yè)機器人也得到了非常廣泛的應(yīng)用，使得機器人相關(guān)技術(shù)人才的培養(yǎng)成為研究熱點。機器人實驗教學(xué)中心為機器人工程專業(yè)的教學(xué)提供配套的試驗設(shè)備、場所和專職教師，是機器人相關(guān)知識教育從理論到實踐轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié)。本文擬探討機器人實驗教學(xué)中心的教學(xué)理念，為機器人技術(shù)復(fù)合型人才的培養(yǎng)拓展思路。

1 知識體系合理化布置，以滿足不同層次復(fù)合型人才的培養(yǎng)需求

工業(yè)機器人的廣泛應(yīng)用，使得機器人相關(guān)從業(yè)技術(shù)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(shè)計師、機器人程序設(shè)計師、機器人測試工程師、機器人現(xiàn)場調(diào)試工程師等。機器人相關(guān)從業(yè)技術(shù)人才對機器人專業(yè)技術(shù)的要求均不相同，而且部分從業(yè)技術(shù)人才需要具備多種技能，因此人才培養(yǎng)的重點在于培養(yǎng)具備機器人技術(shù)的復(fù)合型人才[1]。

為了更好滿足這種日益增長的機器人相關(guān)從業(yè)技術(shù)復(fù)合人才的需求，機器人實驗教學(xué)中心首先將工業(yè)機器人相關(guān)知識進行系統(tǒng)化分類，然后根據(jù)人才培養(yǎng)計劃，開設(shè)相應(yīng)層級的課程，以滿足復(fù)合型人才的不同需求層次。工業(yè)機器人系統(tǒng)的知識體系可分為四個層級：第一層級為工業(yè)機器人認知，使學(xué)生了解工業(yè)機器人的基本知識，以及其在智能制造技術(shù)中的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用方法；第二層級為工業(yè)機器人基礎(chǔ)，使學(xué)生能夠掌握機器人機構(gòu)設(shè)計的基本理論，為機器人的機構(gòu)設(shè)計、測試以及維修工作奠定堅實基礎(chǔ)；第三層級為工業(yè)機器人控制，使學(xué)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(shè)計奠定基礎(chǔ)；第四層級為工業(yè)機器人系統(tǒng)集成，學(xué)生能夠掌握機器人相關(guān)的智能制造技術(shù)、機器視覺技術(shù)以及系統(tǒng)集成等技術(shù)，為機器人的智能控制設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

圖1 工業(yè)機器人系統(tǒng)的知識體系

2 以機器人相關(guān)理論教學(xué)為基礎(chǔ)，加強工程實踐能力的培養(yǎng)

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

（1）在機器人機構(gòu)設(shè)計和自動控制的理論學(xué)習(xí)中，以理論學(xué)習(xí)為主，模擬仿真為輔。模擬仿真不但使學(xué)生能夠深入體會理論知識的內(nèi)涵，而且使學(xué)生有機會將理論知識應(yīng)用于實踐中。

（2）在培養(yǎng)學(xué)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(xùn)練，學(xué)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(xiàn)的各種問題等均有一定了解，為后續(xù)的機器人實際操作奠定堅實的基礎(chǔ)。機器人的實際操作模式模擬工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場，以其作業(yè)流程為基礎(chǔ)簡化而成，因此學(xué)生在實際操作中不但能夠熟悉工業(yè)界的常用生產(chǎn)工序，而且能夠掌握機器人的控制程序編制、路徑規(guī)劃、示教點動控制、目標(biāo)物體的抓取和釋放等一系列控制技巧。

（3）在培養(yǎng)學(xué)生機器人控制能力的課程中，以理論學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)中，學(xué)生首先根據(jù)實際需求編制相應(yīng)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(shè)計要求，當(dāng)確定設(shè)計無誤后，最后使用該程序來操控機器人進行相應(yīng)的作業(yè)，使學(xué)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(yǎng)。

（4）在培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)集成能力的課程中，理論學(xué)習(xí)、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(yè)集成系統(tǒng)，如機器人作業(yè)系統(tǒng)、點膠機系統(tǒng)以及圖像識別和機器視覺系統(tǒng)等。以不同專業(yè)的培養(yǎng)特點為基礎(chǔ)，將這些系統(tǒng)選擇性的用于培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)集成能力，從而加強對其工程能力的培養(yǎng)。

3 聯(lián)合自動化設(shè)備生產(chǎn)廠家對學(xué)生進行聯(lián)合培養(yǎng)，拓展學(xué)生工程實踐的創(chuàng)新性思維

自動化系統(tǒng)對創(chuàng)新性的要求越來越高，而實驗室的各種自動化系統(tǒng)只能以點帶面來培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，因此有必要聯(lián)合自動化設(shè)備生產(chǎn)廠家對學(xué)生進行聯(lián)合培養(yǎng)，以開拓學(xué)生的視野，增加其工程實踐的創(chuàng)新性思維[3]。自動化設(shè)備生產(chǎn)廠家的客戶需求均不相同，因此其生產(chǎn)的各種系統(tǒng)相當(dāng)部分為定制化產(chǎn)品，均需要在設(shè)計過程中融入相應(yīng)的創(chuàng)新性思維。在經(jīng)過理論學(xué)習(xí)和實驗室中的工程實踐培養(yǎng)后，學(xué)生的理論知識儲備和實踐能力已經(jīng)比較牢固，然后再通過在自動化設(shè)備生產(chǎn)廠家接受工程實踐，從而拓展了其創(chuàng)新性思維。

4 培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識與合作精神

機器人實驗教學(xué)中心除了培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力外，也強化培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識和團隊合作精神。在各類控制操作的實訓(xùn)課中，規(guī)劃任務(wù)以項目團隊為單位來實施，每個項目團隊設(shè)置項目負責(zé)人，且項目負責(zé)人由小組成員輪流擔(dān)任。項目負責(zé)人主導(dǎo)項目導(dǎo)入會議、項目進度安排、項目團隊建設(shè)以及項目結(jié)案等一系列工作。在以項目制推進的實訓(xùn)課中，每個同學(xué)都需經(jīng)歷團隊成員和團隊負責(zé)人之間的轉(zhuǎn)換，能夠更加清晰把握如何推進團隊建設(shè)、如何構(gòu)建合作關(guān)系以及如何實現(xiàn)團隊協(xié)作等。

5 設(shè)立學(xué)生創(chuàng)新開放實驗室，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新精神

在實驗室中劃分特定區(qū)域作為學(xué)生創(chuàng)新開放實驗室，并全天候?qū)W(xué)生開放，為學(xué)生的自主實驗以及個性化學(xué)習(xí)提供場地。并以此為基礎(chǔ)來鼓勵學(xué)生進行自主實驗，即學(xué)生自己提出實驗項目，經(jīng)實驗中心核準后，即可進入開放性實驗室開展自主相關(guān)工作。采用指導(dǎo)教師負責(zé)制來保證開放實驗室的安全與有效運行，即由指導(dǎo)教師和學(xué)生根據(jù)具體情況共同制訂實驗方案，并明確指導(dǎo)時間。

6 結(jié)語

本文以機器人實驗教學(xué)中心為對象，探討了其人才培養(yǎng)模式的教學(xué)理念，首先將相關(guān)知識體系進行了合理化布置，并在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，聯(lián)合自動化設(shè)備生產(chǎn)廠家加強對學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)，并設(shè)立學(xué)生創(chuàng)新開放實驗室，進而培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識、合作精神以及自主創(chuàng)新精神。