新工科背景下产教融合基地工业机器人实训项目建设分析

宁博文 严保康 卢少武 刘江

摘  要：随着国民经济的快速发展以及产业结构的战略性转型调整，对机器人工程专业的发展提出了新的需求。本文分析了新工科背景下机器人实训项目建设的必要性，介绍了机器人创新实践平台、工业机器人实践平台、工业机器人虚拟仿真实践平台、智能制造电子装配实践平台的建设情况，该实训项目建设有利于更好培养机器人工程专业高层次人才。

关键词：新工科;工业机器人;产教融合;实训项目

1 建设背景

近年来，世界科学技术得到了快速发展，信息化、智能化和工业化不断融合，以智能制造为主导的第四次工业革命正在兴起。为应对以智能制造为代表的新一轮科技和产业变革，我国的工程教育也需要做出相应改革，以创建与之相适应的工程教育体系，重点培养具有可持续竞争力的实践和创新人才，满足未来新兴产业和新经济所需的复合型专业人才需求，进一步服务和支撑“中国制造2025”“一带一路”“互联网+”等国家重大战略和经济转型升级[1]。

在这个背景下，教育部于2016年首次提出了“新工科”的概念，并在2017年2月于复旦大学召开的综合性高校工程教育发展战略研讨会上达成了“复旦共识”，标志着“新工科”项目建设的正式启动。随后，全国高校对“新工科”建设纷纷快速响应，教育部相关指导性文件和“天大行动”、“北京指南”等重要理念相继发布，明确了“新工科”建设的目标要求，确立了行动路线和项目研究指南，为工程教育指明了改革方向[2]。

当前，以机器人产业为代表的智能制造产业正在蓬勃发展，成为各国关注的热点，也成为世界经济发展的新增长点。机器人是《中国制造2025》规划的重点发展领域，同时按照工信部关于机器人产业的发展规划，到2020年我国机器人装机量将达100万台，需要至少20万机器人应用相关从业技术人员，且这个数量还将以每年20%-30%的增长量持续递增，因此培养优秀全面的机器人工程专业人才是十分必要的。机器人工程专业是典型的新工科专业，该专业的设置有利于完善专业结构，优化教育资源，对于满足我国机器人与智能制造相关专业的工程技术人才需求具有重要的意义。

2 建设必要性

在新工科理念的指导下，同时为响应国家提出的智能制造转型升级战略，加快培养适用于新时代的应用技术人才，我校作为试点院校，参与了由教育部学校规划建设发展中心组织实施的“互联网+中国制造2025”产教融合计划。通过参与产教融合项目建设，旨在打造集智能制造人才培养、科研创新、产业服务于一体的智能制造应用创新基地，提升高等学校主动服务产业转型升级的能力。工业机器人实训中心项目是产教融合基地建设的重要组成部分，同时该项目设计的课程和实践环节也是机器人工程及相关专业人才培养的重要部分，为完成我校机器人工程专业的系统性教学培养提供了保障，达到为国家培养输送更多的现代工业高层次机器人工程技术人才的目的[3-5]。

3  产教融合基地工业机器人实训项目建设分析

产教融合基地由学院统筹管理，其中工业机器人实训项目由机器人创新实践平台、工业机器人实践平台、工业机器人虚拟仿真实践平台和智能制造电子装配实践平台所组成，占地面积超过1500平米，用以完成机器人工程以及相关专业学生的各类实训项目。

3.1 机器人创新实践平台

机器人创新实践平台由工业机器人机械结构认知实训工作站、工业机器人电气结构认知实训工作站、工业机器人VR创新实训系统、可编程迎宾讲解机器人、可编程可重构模块化机器人等所组成，该创新平台可以完成初识机器人的教学工作和实训。通过对工业机器人进行机械结构和电气连接拆装的實训认知操作，可以了解工业机器人的核心功能部件，熟悉工业机器人各关节的结构设计方式以及整体的机械和电气结构组成，提升对机械本体和电气控制部分的认知。通过认知机器人驱动系统伺服电机的运行方式，可以了解机器人的不同运动控制模式，加深对工业机器人工作方式的理解。而通过该结构认知实践，还可以了解工业机器人的典型机械和电气故障以及故障的排错方式，初步掌握机器人机械和电气设备的基本维护手段。利用VR创新实训系统，可以应用虚拟现实的方式将实训基地的各实践平台和实训工作站整体的呈现出来，使得学生能身临其境的体验现场环境，完成模拟现场环境下的各类实训任务。此外，利用可编程机器人可以初步认知机器人的各种编程方式，并进一步实现与机器人之间的互动与交互。

3.2 工业机器人实践平台

工业机器人实践平台分为工业机器人基础教学工作站和工业机器人去毛刺实验工作站。工业机器人基础教学工作站采用ABB公司的IRB120型机器人控制系统，并配以灵活、可靠、可配置的基础教学、智能料库、视觉检测、码垛等功能模块，用来完成工业机器人教学的工作和任务。利用该工作站的基础教学模块，可以熟悉工业机器人的编程方式、坐标系设定、运动轨迹设定以及工具夹I/O接口配置等操作，掌握和拓展机器人基本操作的编程技能，实现机器人的常用搬运作业。在此基础上，利用基础教学工作站的智能料库和视觉检测等教学模块，可以完成视觉分拣的认知、视觉系统的设定以及视觉分拣程序的编程操作，将工业机器人与视觉系统应用相结合，达到模拟自动化流水线自动分拣的实训效果，进一步与工业现场的实际应用相贴近。此外，通过码垛模块开展更深入的实训项目，可以锻炼工业机器人编程的程序架构规划能力、程序流程规划能力、坐标系规划能力，提升工业机器人整体编程的应用能力。

工业机器人去毛刺实验工作站采用的是ABB公司的IRB1410型机器人控制系统，并配备了去毛刺功能模块和防护装置，用来实现去毛刺工艺在工业上的应用。通过在该工作站上开展实训，在认知去毛刺工具、空气压缩机、气源处理装置和工业吸尘器等工作站主要设备组成及其用途的基础上，了解去毛刺工作站的优点、作用以及意义。通过学习人机界面与参数设置、示教编程、坐标系设置、轨迹优化编辑以及去毛刺程序编程等，熟练掌握该工作站去毛刺工艺的基本操作，完成对轮毂、壳体、连杆等不同复杂工件的去毛刺处理实训。依靠上述工业机器人实践平台，可以开发设计认知性实验、综合性实验和创新性实验，由浅入深地锻炼学生针对机器人典型应用的编程能力，并在工业机器人实践平台完成各种实训，使得学生熟练掌握工业机器人的基本操作及应用。