依托实验中心探索机器人实训教学模式

陈东青，谭兆湛，邝禹聪，黄镇昌，刘颖君

(华南理工大学 广州学院 机械工程实验教学中心，广州 510800)

依托实验中心探索机器人实训教学模式

陈东青，谭兆湛，邝禹聪，黄镇昌，刘颖君

(华南理工大学 广州学院 机械工程实验教学中心，广州 510800)

在工业机器人应用日益扩大的趋势下，针对珠三角市场对应用人才的需求，华南理工大学实验中心结合实际情况，积极探索工业机器人应用技术的实训教学模式。以培养应用型人才为方针，分阶段、分对象地开展教学，循序渐进，因人施教；运用项目教学法，根据学生情况拟定项目，促进学科融合,以培养学生综合应用能力；充分利用中心的实验资源，学科融合有实物的载体，提高学习效果。

工业机器人；实训教学；工业机器人应用技术；项目教学法

工业机器人是面向工业领域的多自由度机械手，随着技术不断进步及人工成本的上升，其应用范围越来越大，企业对掌握工业机器人相关技术的人才需求与日俱增。为培养相关人才，全国各高校都开展了工业机器人技术的教学,并积极探索教学方法[1-3]。

1 根据市场需求，确定培养方向

我国正处于高速工业化进程中，发展高科技产业，提高制造业生产自动化水平势在必行，这为工业机器人提供了巨大的市场需求。从2010年开始我国工业机器人需求量激增，较2009年增长了1.71倍。珠三角地区的应用市场增长最为迅速[4]，已在汽车和工程机械、橡胶和塑料、电器和电子行业等领域获得较多应用。为适应不同企业需求，对其应用技术的发展也提出了智能化、低成本、高可靠性和易于集成控制的要求[5]。

高校需以社会需求为导向，积极深化教学改革，培养实用新型人才[6]。华南理工大学坐落于广州市，毕业生主要就业于珠三角地区。本地区加工制造企业众多，工业机器人应用市场巨大，并随着机器人应用范围的扩大，中小企业小批量生产的柔性要求，对从业人员需求量大的同时也要求具有更高应用水平的能力。因此，华南理工大学机械实验中心在筹建工业机器人应用技术实训室时，明确了以培养满足社会需求的应用型人才为目标，积极探索适合自身区域情况的教学模式。

2 结合中心情况，制定教学模式

2.1 机械实验中心概况

机械实验中心成立于2006年8月，设有15个实验室，其中与工业自动化技术相关的实验室主要有光机电一体化(PLC)实训室、单片机技术实训室、数控设备装调维修实训室、测试技术实验室。中心以“与生产实践零距离”为指导思想完成实验室建设，目前上述4个实验室设备配套齐全，能完成各自专业实训课程的教学任务。

从2012年起，中心开始筹建工业机器人实训室，面向对象主要为工业自动化强化训练课程的学生。该课程为机械工程自动化专业和机械电子工程专业的学生在实验中心对相关工业自动化技术进行实训，分为两个阶段。第一阶段两个专业均参与，第二阶段只有机械电子工程专业参与。

2.2 工业机器人应用技术实训教学模式

机械实验中心根据市场需求，结合中心及学生情况，制定工业机器人应用技术实训教学模式：采用分阶段、分对象的格局，运用项目教学法，利用中心实验资源，促进学科相互发展。教学由3个阶段构成，层次逐级深入，针对具体对象因人施教，如图1所示。

图1 工业机器人应用技术实训教学模式

第一阶段为入门级，主要包括：讲解工业机器人基础知识，并辅以应用视频，激发学生对工业机器人的兴趣；讲解工业机器人基本操作要求，进行操作演示，学生以小组形式完成简单的操作任务，对工业机器人留下基本的感性认识。该阶段面向学生范围最广，由于设备有限，不能安排所有学生对工业机器人进行深入学习，通过该阶段的教学，使学生对工业机器人有一定了解，后期再根据学生个人意愿选择是否进一步学习工业机器人应用的相关知识。

第二阶段为基础应用技能的训练，该阶段学习对象为机械电子工程专业的学生和机械工程及自动化专业的部分学生。要求能完成较复杂动作的操作，如堆垛、按指定轨迹喷涂等练习；掌握与简单的外置器件连线协作的操作，如外置开关、传感器等。

以上两个阶段在独立的工业机器人实训室中便可完成，为基础实训内容。然而在企业中，特别是中小型企业往往需要工程人员利用机器人完成某一工程任务，这对从业人员提出具有项目全局观及良好的综合应用能力的要求，仅仅掌握工业机器人操作知识是远远不够的。因此，在第三阶段运用项目教学法，充分利用中心其他实验资源，培养学生解决项目问题的综合能力。

2.2.1 项目教学

在开展项目教学中主要考虑以下两个问题。

1)设备有限的问题[7]。工业机器人品牌众多，不同设备操作、应用均存在不同。然而实验室设备购买有限，教学中必须突出工业机器人的通用特性，以点带面，辅以其他设备应用视频，组织讨论。若用其他设备如何完成同样的项目，使学生对常见工业机器人具有较强的适应性。

2)根据学生情况拟定项目，因人施教[8]。在工业自动化强化训练课程的第二阶段，学生根据个人兴趣，在PLC、单片机、数控3个方向选择其一开展学习，并在相应的专业实训室完成训练任务，其中对工业机器人感兴趣的学生可以选择参加工业机器人应用技术实训。机器人是各专业知识融合的良好平台[9]，中心根据学生自身知识结构及意向，拟定项目要求，让学生组成小组完成项目，运用所学知识解决问题，使各学科相互促进。

2.2.2 充分利用实验中心资源

为满足项目教学的综合要求，需充分利用实验中心现有的资源。在光机电一体化实训室中，有自动分拣与姿势调整工作站、五工位柔性生产系统等设备。主要控制系统为三菱或西门子的可编程控制系统，可以与工业机器人开展PLC与工业机器人通信协作等项目。利用光机电一体化实训室设备，模拟工业生产流水线，可操作性强，学生根据项目要求进行设计、现场调试运行，学习效果良好。

在单片机实训室中，配套了PCB制板设备及各种器件。通过学生设计、制作电路板与工业机器人进行通信调试，可实现对工业机器人的外部通信控制。还可对工业机器人进行局部功能改造，如加装力学传感器、测距传感器等器件时，制作配套的电路控制板与工业机器人协作，使其更加智能化。

在数控设备装调维修实训室中，主要设备有GCY数控机床装调维修实训台，包括数车、机床各轴独立控制模块以及电气接线器件。利用该室设备可以开展工业机器人与数车、数铣设备协同运作的综合项目，模拟工业加工现场。

在不影响正常教学的前提下，根据具体项目要求，还可以有效地利用实验中心等的其他资源。

4 结束语

学校机械实验中心根据区域市场的人才需求，结合自身情况，积极探索工业机器人应用技术实训教学模式。采用分阶段、分对象进行教学的方法，解决工业机器人应用技术知识面广、量大的教学难点，使学生在掌握工业机器人基本知识的基础上，在各自意向的应用方向具有更高的水平。

采用项目教学法，目的性强，充分激发了学生的学习积极性。针对本课程学生的知识结构拟定项目要求，使学生在学习新的工业机器人应用技术的同时结合其他学科知识，实现学科相互促进，培养了学生的综合能力。

充分利用实验中心资源，使各学科知识的融合有实物的载体，通过各学科实训设备与工业机器人的协作，锻炼学生动手能力和现场调试、解决工程问题的能力。

[1]骆德渊,秦东兴,黄洪钟.构建以“机器人”为载体的机电工程实践平台培养大学生协同创新研究能力[J].实验技术与管理,2013，30(7):201-203,206.

[2]于莉.机器人实验室建设的探讨[J].高校实验室工作研究,2010(3):103-105.

[3]薛文平.《工业机器人》实验教学的改革与实践[J].实验科学与技术,2014,12(1):49-51.

[4]柳鹏.我国工业机器人发展及趋势[J].机器人技术与应用,2012(5):20-22.

[5]李如松,工业机器人的应用现状与展望[J].组合机床与自动化加工技术,1994(4):37-41.

[6]贾焕军.以社会需求为导向积极深化教学改革培养实用型人才[J].成人教育,2009(8):47-48.

[7]赵凤申,李爱芹.高职院校工业机器人实训室建设初探[J].电气电子教学学报,2010(4):115-116,119.

[8]严帅.高职院校机电类专业项目教学的实施和思考[J].教育与职业(理论版),2013(10):153-155.

[9]董翠敏,刘永强.以机器人教育为平台培养大学生创新意识和能力[J].实验室研究与探索,2011,20(9): 243-244，320.

Exploration of Robot Practical Teaching Mode Based on the Experiment Center

CHEN Dongqing, TAN Zhaozhan, KUANG Yucong, HUANG Zhenchang, LIU Yingjun

(Mechanical Engineering Experimental Teaching Center, Guangzhou College of South China University of Technology, Guangzhou 510800, China)

Under the industrial robot application’s trend of increasingly expanding, aiming at the applied talent needs of the pearl river delta market, experimental center of our school combines with the actual situation and actively explores practical teaching mode of the industrial robot application technology. By following the guidelines of developing applied talents, the teaching is carried out to different teaching objects by stages. Using the project teaching method, proposing project according to the student’s situation and promoting the discipline integration will cultivate students’ comprehensive application ability. Making full use of the center’s experimental resources and making the discipline integration have a physical carrier is to make learning more directly.

industrial robot’s；practical teaching；industrial robot’s application technology; project teaching method

2014-07-12

2012年广东省质量工程实验示范中心子课题；华南理工大学广州学院2013年度质量工程项目(JY130353)。

陈东青(1986-)，男，学士，助理工程师，主要从事光机电一体化技术、工业机器人技术方面的工作。

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.06.052