高职工业机器人技术专业在焊接机器人实训的探索

摘 要：随着科学技术的发展，智能制造的大力推进，促使机器人及其智能设备的飞速发展，其在焊接自动化生产领域应用广泛。为满足企业对工业机器人技术专业的人才需求，安排了焊接机器人实训。对该专业的焊接机器人实训进行了探索，通过对专业人才培养目标的分析，提出了实训的总体思路，确定了具体的实施过程。

关键词：高职，工业机器人技术，焊接机器人实训

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.199

《中国制造2025》将“高档数控机床和机器人”作为大力推动的重点领域之一，工业机器人的应用程度是一个国家工业自动化水平的重要标志[1]。提升制造业智能自动化水平，是国家制造业发展的重要方向。工业机器人技术提高了焊接、装配、喷涂、点胶、搬运等领域的智能自动化水平。焊接机器人集成系统推动了焊接智能自动化生产，改善了劳动条件，保证了质量，降低了劳动成本，提高了生产效率，在汽车、船舶、工程机械等领域得到了广泛应用[2]。为满足我国制造业转型升级的迫切需求，近几年不少高职院校与时俱进，开设了工业机器人技术专业。本文针对高职工业机器人技术专业的培养目标，对该专业的焊接机器人实训进行了探索，依据实训条件和企业应用确定了教学内容，明确了教学目标，探讨了教学方法和考核方式。

1 高职工业机器人技术专业人才培养目标

我院通过多方面的网络调研、走访企业、兄弟院校等调查，制定出工业机器人技术专业的人才培养目标，即面向工业机器人制造、工业机器人系统集成及其应用企业，在生产第一线从事工业机器人的安装调试、现场编程、保养维修、运行和管理，以及销售和售后服务工作，具有专业技术理论基础、技术应用能力、较强综合素质能力的技术技能型人才。工业机器人技术专业的典型工作岗位有工业机器人现场编程、自动化生产线设计、工业机器人系统维护，要求学生在工业机器人的现场操作编程、安装调试、运行维护、日常保养等方面有一定能力。调查发现，企业更青睐能结合实际生产工艺，使用机器人及其辅助设备完成特定工作任务的技术技能型人才。为满足企业对人才的需求，工业机器人技术专业要依据专业人才培养目标制定课程体系，安排教學内容。

2 工业机器人技术专业在焊接机器人实训的总体思路

分析高职工业机器人技术专业的培养目标，该专业在焊接机器人实训的教学应着眼于焊接机器人工作站集成系统，让学生了解焊接及其应用，了解工业机器人、焊接电源、传感技术、液压驱动技术在集成系统中的应用，而不仅仅局限于工业机器人本身的操作；注重培养学生解决实际问题的能力，培养良好的职业道德素养和综合素质能力。对于高职的学生，其理论基础较弱，对于理论性太强的知识缺乏兴趣，实训设计应该坚持理论与实践相结合，符合学生的认知规律。实训要求学生了解焊接的工作原理，熟悉人机交互系统，掌握焊接机器人编程的特点，包括PLC的编程、焊接参数的设置。在技能实训的基础上，进一步认识焊接机器人系统的工作原理和各组成部分的逻辑关系。

3 焊接机器人实训的实施

3.1 实训教学内容

工业机器人技术专业在进行焊接机器人实训操作前必须做好安全教育工作。焊接作业是特殊作业，容易发生人员伤亡事故，对操作者本人、他人及周围设施的安全可能造成重大危害。实训过程中必须严抓安全，预防用电、机械砸伤、弧光辐射等安全隐患。

在生产中应用较多的是弧焊机器人集成系统和点焊机器人集成系统。我院焊接技术实训中心的弧焊机器人集成系统由FANUC机器人和数字化弧焊电源组成，点焊机器人系统由KUKA机器人和电阻焊机组成。故将实训场地安排在焊接实训中心，将工业机器人技术专业的焊接机器人实训分为两个项目：弧焊机器人集成系统和点焊机器人集成系统，如表1所示。弧焊机器人编程操作要求在薄板上堆焊图案，点焊机器人编程操作要求完成薄板两个焊点的焊接，其中涉及的焊接参数由教师给出。

在焊接机器人实训前，学生已进行FANUC机器人码垛实训教学，已初步认识机器人系统的组成及其工作原理，学会了机器人TCP的校正，熟悉了机器人的各个坐标轴，学会了创建程序和编辑程序，能实现直线、圆弧、直线圆弧连接等轨迹的行走。学生有了一定的基础，降低了机器人操作的难度，实训的难点是焊接机器人编程操作及其集成系统的工作原理。

根据实训内容编写实训任务书，让学生明确实训的目标和要求，不仅对学生有指导作用，还可以培养学生的自主学习能力，发散学生的思维，提高实训的教学效果。实训任务书包括焊接机器人集成系统的理论知识、相关的焊接编程操作说明、任务安排和一些引导式问题。

3.2 实训教学目标

通过分析培养目标、学情，依据实训总体思路，以项目为载体明确实训教学目标。弧焊机器人集成系统项目的教学目标：了解熔化极气体保护焊的原理，及其影响焊缝质量的主要参数；了解弧焊机器人控制柜、机器人、焊接电源、送丝机构、变位机、电弧传感器、寻位传感器、清枪机构等组成部分；了解焊接电源与机器人控制柜的通讯方式，了解焊接机器人集成系统中PLC在安全栅栏、清枪机构等外围设备的应用，以及PLC与机器人控制柜的通讯，了解Device-net 总线和Profibus 总线通讯的特点及其在机器人集成系统中的应用；学会配置MAC地址、IO接口、比特率等参数的方法。了解焊接机器人编程的特点，掌握直线、圆弧、直线摆动、圆弧摆动等轨迹的编程；了解焊枪角度对焊缝质量的影响，编程时会按要求调整焊枪的角度；设置焊接电流、焊接电压、焊接速度等主要弧焊参数，了解气流量、干伸长对焊接质量的影响；学会在焊接程序中调用寻位系统、电弧跟踪系统等传感设备。

点焊机器人集成系统项目的教学目标：了解电阻点焊的工作原理，及其影响焊缝质量的主要参数；了解机器人控制柜、机器人本体、焊接电源、焊接电源控制柜、电极修磨器等组成部分；了解焊接电源与机器人控制柜的通讯方式，了解PLC与机器人控制柜的通讯，以及

PLC与焊钳、安全栅栏、电极修磨器的逻辑关系。掌握KUKA机器人的摇杆操作和在线编程，熟悉KUKA机器人的人机交互系统；掌握焊接电流、焊接时间、焊接压力等点焊工艺参数的设置。

3.3 实训教学方法

在实训教学过程中，将讲授法、现场演示法、小组学习法、任务教学法等多种教学方法相结合，充分调动学生的积极性，提高教学效果。采用理实一体化教学，通过多媒体讲授焊接的原理与应用、焊接机器人集成系统的工作原理等理论知识。 到实训场地演示焊接机器人操作，分小组进行实训，完成相应的任务。在实训操作的过程中，要求学生根据所学知识，绘制出系统控制原理图，理清各组成部分的逻辑关系。最后教师对学生绘制出的系统控制原理图提问并点评，通过仿真软件展示整个焊接机器人集成系统各组成部分的逻辑关系，让学生有更直观的认识。多种教学方法相结合，充分發挥了学生的主观能动性，培养了学生的合作能力和系统分析问题的能力。

3.4 实训考核方式

改变单一的考核方式，考核内容包括平时表现和技能掌握情况。平时表现主要考查学生是否符合安全操作规范，学习是否积极主动。平时表现分为组员的考核和阶段性考核。学生采用小组成员互评，组长给成员考核的方式，促使组员相互交流，共同解决实训中遇到的难题。教师进行阶段性考核，及时发现学生存在的普遍问题，分析原因解决问题。对学生进行点评，营造既合作又竞争的学习氛围，充分调动学生的积极性。总成绩由“任务考核+组员考核+阶段性考核”三部分组成，培养学生良好的学习态度和职业道德修养，激发内在学习动力。

4 结论

对工业机器人技术专业的焊接机器人实训进行了探索，实践表明，通过项目载体提高了学生的积极性；学生的学习能力在自主学习中得到了充分的锻炼；学生分析问题、解决问题的能力在具体的焊接机器人操作中得到了提高；培养了学生的团结协作精神、与人沟通的能力，养成了较好的工作习惯。

参考文献：

[1]郭佳茜，崔丽媛.“中国制造 2025”10年路线图[J].交通建设与管理，2015（05）：46-47.

[2]胡绳荪.焊接自动化技术及其应用[M].机械工业出版社，2012：217-218.

作者简介：余小榕（1988-），女，广西平乐人，硕士研究生，研究方向：焊接与自动化.