工业机器人技术与应用课程的教学探索与研究

窦以红

摘 要：随着我国人口老龄化程度的加深、人工成本的增加以及制造业智能化、柔性化升级改造需求的增加，社会对拥有工业机器人编程及调试知识背景的工程技术人员的需求也随之增加。本文结合笔者多年的教学经验，重点从变换教学方式、突出教学重难点、理论联系实践几个方面，阐述工业机器人技术与应用教学的方法及教学效果。

关键词：工业机器人    离线编程与仿真    插补运动

工业机器人作为智能制造的重要载体，在焊接、涂装、码垛、装配等生产领域发挥着举足轻重的作用。工业机器人技术与应用课程是工业机器人专业的基础课程，在工业机器人课程教学体系中具有重要地位，是作为工业机器人相关内容进阶学习及实训教学的基础课程。

一、教学探索与研究

结合多年的工业机器人技术与应用课程教学经验，笔者对本课程的教学通过如下六个方面进行了探索和研究。

（一）分析学情

本课程是电气类教学领域电气自动化专业、工业机器人维护及保养专业的专业课程，教师讲授或者培训的对象为从未接触过或未系统学习过工业机器人相关知识的学生。学生们对于机器人抱有浓厚的学习兴趣，但他们独立解决问题的能力较差，遇到困难容易有挫败感而放弃学习。

本课程需要学生具有一定的电学基础，能够理解简单的机械结构，具有逻辑思维能力，能进行程序编译。

（二）选定教材

工业机器人技术与应用课程的基础知识是学生能够进阶学习机器人其他课程的重要知识储备。

笔者通过调研，对比多本职业院校工业机器人技术与应用课程的教材，针对职业院校学生情况及特点，选用了由机械工业出版社出版，兰虎主编的《工业机器人技术及应用》。该书的排版印刷使用了彩页，较容易吸引学生。同时，该书的内容条理清晰，其中知识点的讲解对学生而言简单易懂，用词言简意赅。就工业机器人技术在多领域的应用，该书展示了结合实际生产进行学习的案例，具有一定的普及性和代表性。

（三）提升学生学习专业兴趣

教师在第一次授课时，应注意到教材第一章的学习重点是工业机器人的基本定义及按照技术等级和机构的分类类型，应对工业机器人在码垛、焊接、涂装、搬运等方面的应用进行简单讲解。学生一般都是初次接触工业机器人知识，教师在第一节课就抓住学生的兴趣尤为重要。

在授课中，教师可播放ABB、三菱、FANUC等主流工业机器人在实际生产中的视频，提高学生的学习兴趣，同时又使学生能对工业机器人的应用有更加直观的认识。在授课时，教师不可随意提前引入或扩充知识点，要重点介绍基础知识，便于学生理解，为后续章节知识点的讲授做好铺垫。

教师可在课前通过云班课等线上平台布置学生查询机器人应用资料的任务，在课上同学生交流查询的内容，以便于学生理解知识点，同时培养学生们查阅资料的能力。课后，教师使用手机App布置习题，及时获得学生掌握知识的情况反馈，提前布置下节课的预习内容。

（四）选择灵活的教学方式，让知识记忆潜移默化

在学习工业机器人的机械结构和运动控制时，教师要详细介绍工业机器人的系统组成部分和各自的作用，学生要能掌握和牢记各组成部分和运动特点。

由于教材中使用的工业机器人是采用仿人类手臂的六轴机器人，一般由五部分四关节组成，所以其组成部分使用的名词也都与人体有关，例如大臂、小臂等。教师在授课时，可让学生结合观看机器人的模型和运动视频以及自己的身体手臂结构进行学习。这样不仅可使学生对组成部分有更加直观的了解，还可增加趣味性，活跃课堂气氛，让知识点的理解和记忆更加潜移默化。

（五）突出重难点，活用教学资源

在学习机器人运动轴与坐标系时，学生只有熟记关节坐标系、直角坐标系等常用坐标系的特点以及在各个坐标系下机器人运动的方式，才能实現正确的路径规划以及正规操作。教师在讲授此部分内容时，要重点突出根据不同场合的需求，应选取哪种适合的坐标系。

教师可通过仿真软件演示，让学生直观地了解三个坐标系的区别，让学生将各个轴的运动方式以及坐标系的正确选取铭记于心。

（六）结合实际案例分析，发挥学生主观能动性

教师在进行工业机器人的作业示教时，要根据此部分学习内容的特点联系实际进行操作，选取案例进行分析讲解。例如，在介绍常见的插补方式时，对关节插补、直线插补和圆弧插补，要结合不同轨迹分析三种插补方式的特点。关节插补不考虑行走路径只关注起始和终止点，直线插补则要考虑起始、终止点并且机器人TCP点走直线，圆弧插补根据弧线大小有不同的设置点方法。教师通过布置任务，让学生在完成任务中灵活运用和巩固知识，学会选择合适的插补方式，为后期程序点属性的设置和编程做好知识储备。

二、教学效果

（一）学生专业学习兴趣浓厚，继续进阶学习欲望强烈

在进行基础课程学习后，学生想要进阶学习工业机器人相关知识的欲望更为强烈。他们利用课余时间关注工业机器人的微信公众号，了解相关资讯，进行知识的获取与学习。这为后续相关工业机器人课程及实训教学的开展营造了良好的学习氛围。

（二）专业知识掌握牢固，教学氛围好

结合学生情况进行分析，制订合理的课程教学计划，根据实际教学情况，灵活地变换教学方式，让学生熟练掌握专业知识点，营造良好的课堂氛围，提高学生学习专业知识的兴趣，发挥其主观能动性。

（三）重难点理解透彻，能做到灵活使用

教师要根据教材及学情分析，合理安排课程重难点的教学，由浅入深。充分利用教学资源，结合工业机器人仿真软件进行教学，让学生对专业重难点理解透彻，对知识点的使用场合能做到条理清晰地进行分析和选择。这样既可提升学生的专业素养，又有利于学生掌握工业机器人基础使用的安全操作规范。

（四）对接企业实际生产，增强学生的就业竞争力

教师在课堂中结合企业的实际生产过程，引导学生进行学习，让学生能自主分析工业机器人在不同场合应用的案例，规划轨迹、选择正确的插补方式、编译机器人的运动轨迹程序。让学生将学习的理论知识应用于生产实际，在“做中学、学中做”，增强了学生的就业竞争力。

三、小结

工业机器人技术及应用课程作为工业机器人专业体系的基础课程，在培养工业机器人智能制造技术领域的工程技术人员中有着举足轻重的地位。教师通过分析学情，选定教材，提升学生学习专业兴趣，选择教学方式，突出重难点，发挥学生主观能动性等几个方面进行教学探索，研究具有专业特色、能达到最佳教学效果的方法与模式，这对于工业机器人相关知识的教学与专业领域的发展，具有重要的现实价值和促进作用。

参考文献：

兰虎.工业机器人技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2014.

（作者单位：天津市机电工艺学院）