高職《工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)模式設(shè)計(jì)與實(shí)踐

葛大衛(wèi)

（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與自動化學(xué)院，北京 100015）

工業(yè)機(jī)器人在現(xiàn)代工業(yè)制造領(lǐng)域起著舉足輕重的作用，最為世界上最大的工業(yè)機(jī)器人市場，中國工業(yè)機(jī)器人的裝機(jī)量占全球市場裝機(jī)量的36%左右。據(jù)工信部測算，2020 年我國的工業(yè)機(jī)器人裝機(jī)量預(yù)計(jì)會達(dá)到100 萬臺，屆時工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的人才需求會進(jìn)一步加大，超過20 萬人。

《工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)》課程，作為機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，以六自由度工業(yè)機(jī)器人為對象，使學(xué)生全面學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)理論知識，掌握工業(yè)機(jī)器人的編程和操作技能，學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的控制原理及工業(yè)機(jī)器人的維修和調(diào)試技能，培養(yǎng)學(xué)生在工業(yè)機(jī)器人技能方面分析和解決問題的能力，為學(xué)生將來從事相關(guān)專業(yè)的工作打下良好的基礎(chǔ)。

一、課程分析

（一）課程總體設(shè)計(jì)

《工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)》課程采用“任務(wù)驅(qū)動”的教學(xué)模式開展教學(xué)。通過難易程度不同的教學(xué)活動、訓(xùn)練項(xiàng)目，使學(xué)生完成面向?qū)嶋H的專業(yè)訓(xùn)練。項(xiàng)目設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)工程背景，緊密聯(lián)系企業(yè)實(shí)際，訓(xùn)練項(xiàng)目都是源自實(shí)際工程項(xiàng)目，不僅培養(yǎng)學(xué)生掌握解決實(shí)際問題的能力，更在團(tuán)隊(duì)精神、合作意識、學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新精神、組織才能等方面得到充分訓(xùn)練，由此培養(yǎng)出真正具有核心職業(yè)能力的學(xué)生。

（二）學(xué)情分析

本課程的授課對象是高職機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)二年級的學(xué)生。前導(dǎo)課程為《電子電路》《電機(jī)與拖動》《液壓與氣動》《可編程序控制器應(yīng)用》等課程。

（三）軟件準(zhǔn)備

本課程使用的仿真軟件是Robotstudio。Robotstudio 是一款由ABB 公司研發(fā)的機(jī)器人仿真編程軟件。它的主要作用是幫助用戶在電腦上模擬構(gòu)建一個機(jī)器人系統(tǒng)，并對它的程序和功能進(jìn)行調(diào)試，從而找到最合適的設(shè)計(jì)和工作方案，確保用戶能夠順利完成現(xiàn)實(shí)的機(jī)器人系統(tǒng)部署。

（四）硬件設(shè)備準(zhǔn)備

我校采用華航唯實(shí)的流水線教學(xué)工作站，工作站型號：CHL-JC-01-A，工作站主要包含工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人底座、3D軌跡版、流水線工作臺、刀具庫、操作面板、安全防護(hù)欄、配電箱、空氣壓縮機(jī)。

二、教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

本課程通過完成四項(xiàng)典型工作項(xiàng)目達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生核心職業(yè)能力的目的。

（一）項(xiàng)目1 認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人

該項(xiàng)目通過線上和線下學(xué)習(xí)活動，使學(xué)生了解工業(yè)機(jī)器人的概念和發(fā)展概況；能夠按不同標(biāo)準(zhǔn)對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行分類；掌握工業(yè)機(jī)器人組成及技術(shù)參數(shù)；能夠正確分析工業(yè)機(jī)器人的常用坐標(biāo)系；掌握工業(yè)機(jī)器人常用傳感器；了解工業(yè)機(jī)器人采用的運(yùn)動控制器；掌握工業(yè)機(jī)器人編程方式；能夠識別工業(yè)機(jī)器人的典型應(yīng)用。

（二）項(xiàng)目2 讓工業(yè)機(jī)器人動起來

該項(xiàng)目通過學(xué)生在Robotstudio 軟件上仿真和流水線教學(xué)工作站上實(shí)操的方式，使學(xué)生掌握建立工業(yè)機(jī)器人虛擬工作站；安全操作工業(yè)機(jī)器人；正確設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)、備份與恢復(fù)系統(tǒng)；正確使用關(guān)節(jié)操縱和線性操作的方式手動操作工業(yè)機(jī)器人；正確設(shè)置工具坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系和有效載荷；實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)IO 版和DI、DO、AI、AO 信號的配置。

（三）項(xiàng)目3 軌跡繪制的編程與調(diào)試

該項(xiàng)目通過學(xué)生在Robotstudio 軟件上仿真和流水線教學(xué)工作站上實(shí)操的方式，能夠正確分析軌跡繪制任務(wù)；能夠正確建立RAPID 程序和程序數(shù)據(jù)；能夠正確使用位置運(yùn)動指令；能夠正確使用IO 控制指令；能夠正確使用賦值指令；能夠正確編寫軌跡繪制的編程；能夠正確調(diào)試軌跡繪制程序。

（四）項(xiàng)目4 搬運(yùn)操作的編程與調(diào)試

該項(xiàng)目通過學(xué)生在Robotstudio 軟件上仿真和流水線教學(xué)工作站上實(shí)操的方式，使學(xué)生能夠正確分析搬運(yùn)操作任務(wù)；能夠正確使用FUNCTION 指令；能夠正確使用TRAP 中斷程序等指令；能夠正確編寫搬運(yùn)操作的程序；能夠正確調(diào)試搬運(yùn)操作程序。

三、考核方式設(shè)計(jì)

根據(jù)《工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)》課程的特點(diǎn)，本課程采用理論考核和實(shí)操考核相結(jié)合的考核方式。

（一）理論考核：主要針對項(xiàng)目1 認(rèn)識機(jī)器人中的學(xué)習(xí)內(nèi)容，考核工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展過程、分類與組成、坐標(biāo)系、結(jié)構(gòu)、傳感器、控制系統(tǒng)等基礎(chǔ)知識。

（二）實(shí)操考核：由項(xiàng)目2-項(xiàng)目4 三個實(shí)操項(xiàng)目組成，教師根據(jù)學(xué)生對項(xiàng)目完成的情況，依據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)，給出考核分?jǐn)?shù)。

項(xiàng)目2讓工業(yè)機(jī)器人動起來：要求學(xué)生根據(jù)題目要求完成：正確開關(guān)機(jī)；設(shè)置控制面板；建立工件坐標(biāo)系和工具坐標(biāo)系；添加IO 板和DI、DO 信號；手動操縱工業(yè)機(jī)器人完成物料的搬運(yùn)任務(wù)。

項(xiàng)目3 軌跡繪制的編程與調(diào)試：要求學(xué)生根據(jù)題目要求完成：建立工件坐標(biāo)系和工具坐標(biāo)系；建立程序和程序數(shù)據(jù)；使用常見指令實(shí)現(xiàn)直線和曲線軌跡的編程；完成軌跡繪制的調(diào)試。

項(xiàng)目4 搬運(yùn)操作的編程與調(diào)試：要求學(xué)生根據(jù)題目要求完成：建立工件坐標(biāo)系和工具坐標(biāo)系；建立程序和程序數(shù)據(jù)；使用偏移指令實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)碼垛成俗的編程；完成搬運(yùn)操作的調(diào)試。

四、結(jié)語

本文分析了高職《工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)》課程的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了四個教學(xué)項(xiàng)目，并對考核方式進(jìn)行了分析，采用“任務(wù)驅(qū)動”的教學(xué)模式，提高了課程的教學(xué)效果，經(jīng)過多輪教學(xué)實(shí)踐，教學(xué)效果良好。