工业机器人是一门理论与实际相结合的课程。在教学过程中,教师应理论联系实际,善于利用多媒体教学与实践教学,多角度地激发和提高学生的学习兴趣和学习能力,提高机器人基础知识的教学效果,以达到预期的教学目的。
一、在理论教学中,要善于创设情境与利用多媒体教学
在传统教学中,往往因为学校条件的限制,学生较少有机会接触工业机器人实物,所以,为了让学生对机器人技术及其应用有更好地了解和认识,要充分利用视频和图片让学生了解什么是机器人,机器人产品会涉及哪些机构部分、哪些技术以及哪些领域。
在教学过程中,教师的课堂讲授应该以视频资料和图片为载体,借助启发式、讨论式、互动式等教学方法,重点对工业机器人历史、现状、发展等方面进行介绍。通过直观的图片、形象的视频,增加师生间的互动与交流,增进学生对所学知识的兴趣。在讲授机器人编程时,教师可采用任务驱动法,设计不同形式的任务,引导学生发现问题、分析问题、解决问题。
在理论课堂讲授过程中,要充分利用机器人三维可视化离线编程和动态仿真系统。例如:如何实现将工件从A处搬运到B处。通过导入工件及机器人三维模型,在计算机上再现机器人及工件的三维虚拟世界,通过实现对机器人离线编程三维运动轨迹的规划,模拟机器人运动,实现动态仿真。
二、在实训教学中,要善于进行演练示范教学及开展小组竞赛
工业机器人能代替人在危险有害的环境中作业,但又可能发生工业机器人伤人事故。在实训过程中,教师和学生对机器人进行任何操作都必须注意安全。在进行编程、测试及维修等工作时,必须将机器人置于手动模式,并且建议在操作机器人时,用笔芯代替机器人末端执行器,并且降低机器人的运行速度。
三、课后指导要善于引导学生创新与合作
四、结论
参考文献:
[1]郭温,姜维.浅谈机器人在高职高专教学中的应用[J].科技信息,2008(35).
[2]陈伟华.独立学院《机器人技术及其应用》教学探讨[J].中国科技信息,2012(7).
1工业机器人的概念及分类
1961年美国Unimate公司生产了第一台可用于上下料等简单工作的商用工业机器人,标志着工业机器人诞生。直到80年代初,工业机器人技术才开始较快的发展。尽管工业机器人在工业领域应用广泛,但各国对于工业机器人至今没有统一定义,因此该部分将列举不同工业机器人的定义及分类。
1.1工业机器人的概念
在美国标准中,只有易于再编程的装置才是机器人,而通过手动装置或者固定顺序的机器人都不认为是机器人,即通过人来驱动装置或者需要安装强制启停驱动器才能运动且运动顺序固定很难更改的都不认为是机器人。而在工业领域一些数控机床也可以实现编程后的功能实现,因此也要区分数控机床和工业机器人的区别。当一台机械设备通过编程可实现多种用途则可能被称作工业机器人,而当一台设备通过编程只能执行同一类型任务的则称为专用自动化设备。目前工业机器人的定义普遍形成以下基本论述:该设备可以将预先编排的程序存入存储装备,靠自身动力和控制能力来实现各种功能,且受人指挥,操作程序能自动重复的一种自动化设备。
1.2工业机器人的分类
由于工业机器人没有形成较为统一的定义,因此机器人的分类也不尽相同。不同国家、不同协会甚至不同企业分类方法也也有差异。根据日本工业机器人协会(theJapaneseIndustrialRobotAssociation,JIRA)的定义,将机器人分为六大类:分别是人工操作装置、固定顺序机器人、可变顺序机器人、示教再现机器人、数控机器人、智能机器人,而根据美国机器人协会(theRoboticsInstituteofAmerica,RIA)的定义,只将以上最后四类认定为机器人装置。而欧洲各个国家对机器人的定义分类表述各异。
目前,工业机器人根据其发展理论及运动控制分析大致分为四种形式。第一种是基于直角坐标系变换的机器人,该结构由三个独立关节组成,运动相互独立,没有耦合,运动算法简单且自身结构有很多限制,自由度不够高。第二种是球坐标式机器人,该机器人工作空间大,占地面积小,但自身结构复杂。第三种是圆柱坐标是机器人,该机器人可进行空间上的上下及水平伸缩运动,具有较大的灵活性,但末端执行装置由于受到自身结构的限制,精度不好控制。第四种是关节式机器人,这种机器人目前在工业领域中应用广泛,一般由三个或三个以上的自由度组成。该机器人类似于人的上半身,具有运动灵活,结构紧凑的特点。
2工业机器人在高职院校的培养
2.1工业机器人专业在职业院校的培养目标
2.2工业机器人专业在职业院校的培养内容
目前,我国工业机器人在众多行业已经广泛应用,尤其在冲压、压铸、锻造、机械加工、焊接、热处理、喷涂、仓库堆垛等工业环境中运用广泛。传统的工业机器人系统一般都包含机器人躯干、示教器编程器、机器人控制柜等。图1为六轴机器人躯干简图,其中轴1、4、6为三个旋转轴,每个轴由电机驱动并经过减速器减速来达到增大输出扭矩进而来带动各旋转轴及其以后各部件绕该电机轴做旋转运动,而根据功能的不同,轴6的末端执行器会安装不同的设备,比如喷枪、焊枪、抓手等。轴2、3、5为摆动轴,由减速器连接电机进行驱动各关节部件进行运动。示教编程器是一个机器人控制系统的核心部件,是用来注册和存储机械运动或者处理记忆的设备,可以实现在线编程,该设备由电子系统或者计算机系统来执行。现阶段职业院校机器人专业可通过以下三个层次进行培养:第一,机器人集成应用基础知识学习;第二,机器人操作及基础编程学习;第三,通过焊接工作站、码垛工作站、及喷涂工作站等实训项目对工业机器人的操作学习。
(2)机器人的操作及基础编程。第二阶段的学习则是一个以实践为主学习过程。在掌握各元器件及PLC的应用基础上,首先实现通过变频器和伺服驱动器对电机实现多段速控制、位置控制及速度控制。实现上述控制以后,通过自学引导方式掌握485通信、Modbus协议等,最终实现通过PLC对变频器、伺服驱动器的通信来达到控制电机目的。最后一个阶段可尝试PLC之间的相互通信,学会PLC之间主站、从站的设立。进入该部分学习,可进行2至3人的小组分配学习方式进行。
(3)机器人实训学习。焊接工作站、码垛工作站及喷涂工作站等项目基本涵盖工业环境当中所遇到的机器人操作情形。每个工作站的建立,除了机器人躯干以外,根据实现的功能不同,需对工作站进行不同单元的调整。以焊接工作站为例,除了机器人本体以外,还包括电源单元、焊枪单元、焊接工作台、夹具单元、机器人底座、自动清枪单元等。通过一个工作站的学习可以做到了解机器人工作站的构成,在掌握好理论和做好安全防护的基础上,可以进行一些简单机器人操作。在实训的同时联系机器人集成系统的应用对机器人工作站工作原理的进行探索。
关键词:人文教育;科学教育;融合;机器人队
“十三五”期间对高等教育发展提出了许多新要求和目标,其实现的基本路径是深化教育领域的综合改革,优化教育教学模式,重视教育教学过程和环节的丰富与创新,将人文教育和科学教育与第一课堂、第二课堂、科技竞赛以及学生活动相融合,更好地实现全人教育的探索之路。
一、人文教育与科学教育相融合的意义
人文教育主要是对人进行人文知识、思想道德和文化精神的教育,强调人性的培育和精神世界的丰富。而科学教育主要是进行自然科学知识的传授和技术创新的教育,强调严密的逻辑思维、系统化的科学知识以及物质财富的创造能力。任何教育都不应该区分进行,教育的本质是以学生的成长成才为核心,重视学生的全人培养。科学教育中,人文精神的渗透为科学知识的学习提供强大的精神动力,帮助学生树立正确的价值观,狭隘的科学教育无法完成学生对人类有益的持续创造性培养;而在人文教育中,同样需要科学的理性思维的支撑,狭隘的人文教育也无法带给学生持久的价值感和理性逻辑。
二、电子科技大学校机器人队培养模式
(一)依托学校工程训练中心硬件平台,促进学生的发展
学校工程训练中心现有加工中心、数控车床、数控铣床、普通车床、普通铣床、钻床、折弯机、剪板机、冲床、交流弧焊机、电工技术实验台、电气维修实训台、传感器综实验台、慧鱼及博创机器人创新实验模块组件等近2000套设备仪器,价值2000多万元。基于“基础型、综合型、创新型”的层次化实训教学体系,分别设置了基础工程训练、综合训练、创新训练及职业技能训练等四个层次,培养学生的基本工程素质与实践技能、理论联系实际的科学思维方法以及探索知识与勇于创新的精神,促进学生专业知识、能力与素质的协调发展。
(二)彰显机器人的鲜明特色,营造机器人三位一体氛围
每年通过校园“创新创业周展”“年度获奖机器人展”“高校科技夏令营展”等途径,展出机器人,宣传机器人成果,树立文化标杆。让机器人文化像诗歌、电影等一样,成为一种流行。建设学院“机器人文化馆”和“机器人展厅”,展出历年自主研发的优秀机器人,积淀机器人成果,将历届机器人队实体成果和精神结晶传承。同时重视机器人Logo的印记影响。通过校园宿舍走廊机器人装扮文化和机器人标示,传递机器人文化。宿舍的多彩装扮,门把手上的温馨提醒,学校的各项重要活动……机器人的logo无处不在。另外,机器人论坛、机器人校庆周活动不断丰富着我校机器人文化。
(三)加强系列理论培训,搭建由易及难的赛事平台
加大技术培训系列活动的同时,通过由易及难的比赛题目,开展训练和选拔。通过新生杯电子设计竞赛,学院机械创新设计大赛等赛事,让学生迅速入门。然后,通过全校性巡线机器人大赛实现技术进阶。低年级学生组队,机器人队成员和科协成员通过宣讲会、题目解析会、答疑解难会等方式帮助低年级学生完成作品。巡线机器人大赛已成为我校影响力最大、参与学生最多的学生自发组织的品牌赛事。
(四)全力开展机器人队备战赛事,培养机器人技术骨干精英
(五)追求技术极致为国争光,心系社会共谋创新之路
三、机器人队培养成效
作者:李丽娟孙东于乐单位:电子科技大学
关键词:高职机电;工程体验;课程整合
作者简介:丁度坤(1981-),男,广东汕头人,东莞职业技术学院教师,博士,研究方向为机器人技术、光机电一体化,高职教育。
课题项目:广东高职研究会重点课题“增强高职院校工科类学生工程体验方法研究”(编号:GDGZ11Z001),主持人:丁度坤;东莞职业技术学院校级课题“PCB板微钻视觉检测方法研究”(编号:2011c13),主持人:丁度坤。
中图分类号:G712
文献标识码:A
一、体验感在工程类人才培养中作用
二、机电类专业人才培养目标探索
近年来,随着我国制造业的持续发展以及国家产业政策的调整,各企业普遍出现了“招工难、用工难”的困境,生产设备的自动化是解决上述问题的最佳途径。它能有效地缓解企业“用工难”的困境,提高劳动生产率,保证产品质量的一致性,且能将人类从单调、恶劣的生产环境中解放出来,是未来制造企业的发展方向。全球知名的制造企业—富士康甚至提出了百万“机器人大军”计划,计划在未来十年内,在生产线上配置百万台机器人,用来代替人工进行生产、搬运。而以单片机技术、液压气动技术、电气控制技术、传感器技术、PLC技术、网络及通讯技术等多学科交叉的机电一体化方向正好顺应了这一趋势,在近年来也得到了迅猛的发展。
培养目标的确定对高职院校而言是非常重要的,它直接关系到后续专业课程的设置,直接影响到学生在校期间学到知识的多少、掌握职业技能的深浅、毕业时能从事的岗位以及是否能较好地胜任相应岗位的工作等实际问题。
据此确定了我院机电一体化方向的人才培养目标为:自动化生产设备的安装、调试、操作、维护与管理。围绕此培养目标,我院将机电类的课程划分为四大模块,分别为:职业工具课模块、职业基础课模块、职业核心课程模块以及职业选修课模块,如图1所示。
三、机电类工程体验一体化实训课教学设计
为使学生获得一种更为真实的工程体验,我院从多个方面进行了探索。选取了“自动线的安装与调试”实训课作为试点,将工程文化课也融入其中,如图2所示。将其贯穿于整个实训课的开始、实施以及最终的课程评价当中,极力营造一种类似于实际生产的全过程,使得学生获得一种接近于未来实际工作岗位的工程体验,培养其团队协作能力、沟通能力以及严谨朴实的工作作风。
(一)工程文化课程的选取
而一个企业的工程文化,往往是各具特色的,但也有其共性所在。因此,选取了最具代表性的工程文化四大共性部分作为我院学生的工程文化培训课程,它们分别为:企业对员工的职业素养要求;6S理念(即整理、整顿、清扫、清洁、素养、安全);企业的品质理念;企业的生产管理理念(选取了丰田的看板管理方法)。将这些共性的企业文化贯穿于实训课的全过程,培养学生对工程文化的认同感。
(二)工程体验实训课的设计
实训课选取的设备是亚龙公司的YL-335B自动化生产线实训台,如图3所示。它模拟了一条自动化生产线的下料、搬运、加工、装配、分拣的全过程。
整条生产线包括了5个工作分站(即供料站、搬运站、加工站、装配站与分拣站),各分站使用了西门子的S7-200PLC进行控制,可对其进行单独控制,也可将各PLC组合起来,进行联网控制。根据实验台特点,将实训课划分为供料站、搬运站、加工站、装配站、分拣站的拆装与调试,以及整线的安装与调试六大实训模块,每个模块均可自成一体,对学生的机械拆装、电气路连接、PLC编程、触摸屏技术等多个方面进行训练,提高其专业技能。以其中的“供料站拆装与调试”实训课为例,其具体的教学过程如表1所示。
(三)课程的实施与评价
课程的具体实施过程是先由指导老师讲授企业工程文化课,以及讲解体现企业工程文化的实训注意事项,总共为12学时。然后进入实训环节,实训环节极力模拟实际自动化生产设备的安装调试过程,采用采用小班制,每班学生数在40~50人之间,以小组形式进行实训,各组配备一台实训台,各小组的学生数为5人左右,配备2名专业教师进行指导。
四、结束语
工程能力的匮乏是我国高职院校学生普遍存在的问题,直接影响了学生对未来的岗位适应程度,乃至企业产品的品质等方面。因此,本文以“自动线安装与调试”实训课为载体,融入了职业素养、企业6s理念、企业的品质理念以及丰田的看板管理模式等共性的工程文化课程,极力营造一种类似于实际的工程环境,进行工程体验一体化实训课教学的探索,使学生在实训的同时获得一种工程体验感。
从实施的效果看,参加过工程体验实训的同学,其对未来工作岗位的适应能力明显增强了许多,实训的效果也有了显著提高。去年我院第一次参加“自动线的安装与调试”全国技能大赛,就取得了团体三等奖的良好成绩,这也从另一侧面说明工程体验一体化教学的有效性。
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在学校领导的正确指导下,取得了较好的成绩。现将本年度工作总结如下:
一、工作重点与亮点
(一)做好“创示范”、“创新强校”等学院重点工作
2、完成“创新强校”工程中“自主创新能力建设”的申报工作。在项目的筹备与制度的研读过程中,与学院各系部领导、老师充分沟通,对每个项目进行可行性分析,加强项目与企业的合作,考虑专业性与均衡性,督促各项目填写申报表,最终形成三个大项目、二十多个子项目。
3、细心统计,准确填写数据平台,审核平台中的4.2校外实习实训基地、7.5产学合作、9.2社会(准)捐赠情况等情况的数据。完成学院质量年报中的社会服务部分的撰写。
(二)合作互动双赢,拓展校企合作空间
(三)校企互动深度融合,积极开展活动展览
2、4月,合作处组织电子系、计算机系、机械系等各系的老师代表近50人乘专车到深圳参观了第83届中国电子信息博览会。通过参观博览会,老师们和电子企业有了全面接触,共同研讨了电子信息技术在国际市场的最新应用情况,同时也为提高教学质量提供了新的实用案例。
二、工作不足
(一)与部分企业合作有待深入
学院现已跟250多家企业建立校企合作关系,但有的企业合作两三年后就没有下文,有的企业只是停留在表面的合作,没有实质性的进展。今后需加强合作企业与系部校企合作的后续监督及支持力度。
(二)产学研园建设各子项目建设进度有待提升
今年9月,我院迎来省示范建设的中期检查,合作处统筹的项目《以产学研园为平台的社会服务能力建设》各子项目建设虽然基本完成原定目标,但个别项目还是没有达到预期效果。原因在于前期的监督与督促不足,在2016年项目验收前,需加强跟进各个子项目的落实情况。
三、工作设想
1、带领校企秘书及系部教研室领导深入镇区企业,了解企业人才需求,引进企业技术人员和项目进校园,争取企业的捐赠和更多的校企合作资源配置,共同为实用型人才的培养出谋划策。