基于项目任务设计的工业机器人实训基地建设研究

邹火军

摘 要：工业机器人应用型人才需求日益突出，而高素质的工业机器人人才培养离不开一流的实训基地建设。本文从实训基地建设及一体化教学模式的指导思想入手，着重探讨了工业机器人实训基地建设及教学的建设方案，详细规划了实训室的建设内容，一体化教学环境建设方案及机器人专业教学的建设方案。

关键词：工业机器人站；实训项目；职业院校；一体化；实训基地

自20世纪60年代初第一台工业机器人问世到现在，短短50多年，工业机器人技术和周边配套应用得到了迅速发展，工业机器人系统在自动化、智能化、定制化生产制造领域得到广泛应用。随着“中国制造2025”提出了我国迈向制造强国的发展战略，应对新一轮科技革命和产业变革，立足我国转变经济发展方式实际需要，围绕创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展、人才为本等关键环节，以及先进制造、高端装备等重点领域，提出了加快制造业转型升级、提升增效的重大战略任务和重大政策举措，工业机器人在其中发挥了不可替代的作用。工信部于2013年发布的《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》中提出，到2020年，要形成较为完善的工业机器人产业体系，使得工业机器人及自动化生产线系统面临前所未有的发展时机。

工业机器人作为一种高科技集成装备，对专业人才有着多层次的需求，在工业机器人专业人才需求中，需求量最大的是基础的操作及维护人员以及掌握基本工业机器人应用技术的调试工程师，中国机械工业联合会的统计数据表明，中国当前机器人应用人才缺口20万，并且以每年20%～30%的速度持续递增。针对面临如此大的机器人应用类的高技能人才缺口，职业院校的教学实训基地将要更加着力于符合市场需求的工业机器人专业应用型人才的培养，同时基地应具备教学、科研、培训、生产等多功能的综合实训场所。

1实训基地整体规划

实训基地建设整体设计采用教育部在职业院校推行的“学做教”一体化教学模式，站在专业课程建设的角度规划各种教学资源的配套与技术实施，把来自企业实际的工作任务进行教学化处理，形成适合教学与训练的系统性项目课程，并配套相关的教学设备与训练实践环境，再将教材与其他教学资源根据课程与设备进行配套提供，这就形成了以专业建设为目的的一体化实训基地建设。

一体化实训基地以工业机器人基础工作站为主体，以机器人为核心，将机械、气动、运动控制、PLC控制技术有机地进行整合，结构模块化，便于组合。为了方便实训教学，系统进行了专门的设计，可以完成各类机器人单项训练和综合性项目训练。可以进行六轴机器人示教、定位、抓取、装配等训练。

1.1一体化教学环境建设方案

一体化教学体系，就是整理融会教学环节，把培养学生的职业能力的理论与实践相结合的教学作为一个整体考虑，单独制定教学计划与大纲，构建职业能力整体培养目标体系，通过各个教学环节的落实来保证整体目标的实现。一体化教学环境根据其教学特点的要求，分别设置了授课区、讨论区、资讯区、实训区（机器人工作站）、物料管理区等部分，一体化教学环境布局效果如图1所示

1.2专业教学建设方案

工业机器人专业教学建设方案分为工业机器人工作站、工业机器人离线编程仿真及数字化教学资源平台，方案建设模式示意图如图2所示。工业机器人培训基地的教学以工业机器人实训工作站为基础，用来完成工业机器人技术和操作的教学内容，实现学生从工业机器人技术的门外汉到了解工业机器人基础知识、掌握工业机器人基本操作、实现工业机器人系统搭建和调试、利用工业机器人完成各种工艺应用的实训。工业机器人离线编程仿真，使学生掌握工业机器人最新技术；软件利用虚拟三维环境快速生成复杂工作路径，利用工艺包设置相关参数，仿真工业机器人运动后优化轨迹和姿态，提高工作效率，避免发生碰撞危险等问题，最后输出工业机器人控制器所需执行代码文件，完成编程工作；其中包含的丰富教学资源，利用网络化互动式虚拟教学平台，将传统的讲授式教学革新为沉浸式教学，通过项目任务式驱动教学方法使学生爱上学习。

2工业机器人工作站

工业机器人工作站主要由针对工业机器人教学的ABB标准机器人工作站构成，用来教学工业机器人系统中本体结构和零部件构成、系统搭建和外围应用技术。该工作站的典型工作任务来源于实际工厂中的生产任务，集合了工业机器人多种常用应用方式，可以完成所有工业机器人的基础操作训练，同时配合各种机电设备完成复杂的生产线模拟动作，让学生在学习基本操作时模拟真实生产中的相关应用，增强学习效果。

我院建设的工业机器人工作站主要由ABB机器人系统、电气控制板、模型实训平台、绘图笔夹具、抓手吸盘夹具、双吸盘夹具、车窗吸盘夹具、轨迹训练模型、工件安装模型、车窗涂胶安装模块、零件码垛操作对象、图块搬运模块、检测排列模块、安全护栏、实训任务存储箱、工具收纳墙和空气压缩机等组成；覆盖模拟工业机器人的各方面的应用，实现工业机器人基本结构和基础操作、工作站调试和搭建、工业机器人编程和通讯等内容的实训。

3离线编程仿真实训

工业机器人离线编程仿真技术集成了计算机三维显示技术、系统仿真技术、工业机器人离线编程技术、运动轨迹生成和优化技术等核心技术，使得工业机器人获得了更加强大的“大脑”，可以轻松应对复杂轨迹的高精度生成和复现，可以在计算机上完成轨迹设计、规划、运动仿真、碰撞检查、姿态优化，最后直接生成工业机器人控制器所需的执行运动代码，同时还提供了方便的空间校准算法，缩短了工业机器人的停机调试时间。为方便使用ABB标准机器人工作站进行教学工作，针对工业机器人的操作特点和工作站的组成，设计了多项实训任务，实现任务驱动式教学，让学生在学习技能的过程中明确目标、在挑战中完成学习，同时还可以解决实训基地的实训工位不足的局面，节省了投入资金。

4工业机器人教学资源

为保证工业机器人专业教学的正常开展，还需要针对当前实训设备及实训环境，建立工业机器人课程体系，配套一体化教学课程及教学工作页，配套工业机器人数字化教学资源库。利用互联网技术的发展，依托学院的网络教学平台，将各个实训项目及教学的主要环节通过微课、视频、PPT、交互式动画的方式进行展示，方便学生更清晰地学习机器人编程和操作、维护相关知识，通过智能制造仿真实训基地的虚拟仿真平台，构建虚拟工业机器人工作环境，展示工业机器人领域最新技术。在工作站的各个项目模块粘贴能获取详细知识信息及技能信息的二维码，学生可通过互联网技术，使用计算机或手机APP进行线上线下学习，提高学生学习主动性及学习效果。

5小结

工业机器人实训基地建设，既要关注现有工业机器人技术，又要着眼未来工业机器人新技术。通过技术合作、优势互补，加强校企合作实训基地建设，并以此为依托，工业机器人實训基地最终希望建设成为教学、科研、技术服务和培训相结合的多功能综合实训基地。

作为制造业大国，我们应抓住《中国制造2025》机遇与挑战，建设符合职业院校专业建设及教学模式改革需求及发展的工业机器人实训基地，为国家和地方培养更优秀的高素质、高技能型人才。

参考文献：

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