基于Robotstudio的 “工业机器人仿真技术实训”课程开发与教学设计

王 超 邓卫国

（辽宁机电职业技术学院，辽宁 丹东118009）

基于Robotstudio的 “工业机器人仿真技术实训”课程开发与教学设计

王 超 邓卫国

（辽宁机电职业技术学院，辽宁 丹东118009）

以工业机器人虚拟仿真技术在教学中的应用为研究对象，从课程的重要性、课程开发的原则、课程目标、教学内容、教学方法、教学过程以及考核方式几个方面进行了详细的研究。并根据此研究进行了实际教学一个学期，通过此种虚拟仿真教学，提高了教学效率，提高了学生的工业机器人应用的水平和能力，降低了设备的损坏率，并为后续课程的顺利进行打下了坚实的基础。

Robotstudio；课程开发；教学设计

2015 年，国务院审议通过 《中国制造2025》，其中明确指出： “促进机器人标准化、规模化发展，扩大市场应用”，在政策以及人口红利下降等市场因素的影响下，预计未来十年，我国机器人市场还将至少保持30%以上的高速增长［1］。产业发展带来了对人才的需求，促使很多高职院校开设工业机器人技术专业。目前，大多数院校的工业机器人专业在课程开发、教学研究等方面还处于探索阶段。本文结合专业特点、产业需求及现有设备，就工业机器人专业的课程设置情况， “工业机器人仿真技术实训”的课程内容及教学情况进行详细论述。

1 “工业机器人仿真技术实训”课程开发

1.1 “工业机器人仿真技术实训”在专业课程体系中的重要性

工业机器人技术专业主要培养从事工业机器人的操作、编程、维修、维护和技术改造等任务的高端技能型人才［2］。在工业机器人专业的课程体系中［3］，工业机器人的操作是学生必须掌握的核心基础技能，同时也是后续一些专业课程的重要支撑 （见表1），而通过工业机器人实体进行实训面临着设备成本高、安全隐患多、难以独立操作等问题。而使用Robotstudio仿真软件进行实训可以避免上述问题的发生，同时通过仿真操作掌握真实工业机器人的操作流程，提高学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力，提高学生的技术水平。

表1 专业课程体系

1.2 课程开发原则

通过对典型工作岗位的分析，考虑前续及后续课程之间的关联性，根据实际工业机器人操作的特点，采用工业机器人虚拟工作站为载体［4］，让学生渐进式的学习工业机器人仿真技术的相关知识点［5］。

1.3 课程目标

通过本门课程的学习，能够使学生了解现代工业机器人及相关仿真软件的发展，能够使用Robotstudio实现工业机器人的基本操作、基本控制，实现对工业机器人的仿真运行，掌握软件的编程、调试能力，与团队成员共同协作、沟通的能力，主动获取知识、解决问题的能力，同时具备一定的创新意识，为今后进行工业机器人的应用奠定良好的理论和实践素质。

1.4 课程开发内容

《工业机器人仿真技术实训》开设在大二上学期，属于专业核心课，在该课程之前，学生已经接受了工业机器人电气、机械结构的学习，对工业机器人的分类、基本机构、工作原理等已经有了初步的了解。课程开发的内容主要是通过仿真教学让学生掌握工业机器人在实际工作中的工作过程、操作方法、操作步骤等技能，同时还要注重学习内容的递进性与实用性。具体教学内容见表2。

表2 教学内容与学时安排

2 教学方法与教学过程

课程的教学内容全部由工业机器人的实际使用情况开发而来，因此主要采用项目式教学，任务驱动。通过每一个实际的项目，让学生学习工业机器人的仿真过程，进而熟悉实际工业机器人的操作技能［6］。

以流水线码垛工作站［7］为例，教学过程［8］主要包括：新课导入、码垛仿真、自由练习与项目考核。

2.1 新课导入

主要介绍工业机器人码垛技术的应用，工作站的说明。

2.2 码垛仿真

（1）工作站的布局工艺：工作站布局设计、输送线段流程图设计 （如图1所示）、抓取段流程图设计。

（2）码垛工作站Smart组件设计：输送线动作效果设计、工业机器人动作效果设计。

（3）程序调整，程序部分内容如下。

图1 输送线流程图

2.3 自由练习

在讲授了全部仿真要领的基础上，由学生自己动手仿真，熟悉码垛全过程，从而解决仿真过程中可能出现的各种问题，仿真过程如图2所示。

图2 码垛仿真

2.4 项目考核

改变工件的摆放位置，对码垛全过程进行项目考核，计入总成绩。

3 考核方式

本课程采用过程性考核方式。具体评价内容见表3。

表3 考核评价表

4 教学成果及问题

通过本门课程的学习，学生学习成果主要体现在以下几个方面：

（1）巩固了工业机器人的理论知识 （系统组成、坐标系、编程方法等）。

（2）熟悉了工业机器人的仿真过程及实际操作流程。

（3）降低了设备的损坏率。

在教学的过程中也出现了一些问题需要解决，例如：

（1）教材问题：没有针对性的教材，需结合自身设备及教学情况编写。

（2）仿真教学问题：由于采用项目式分组教学，在仿真过程中，各组会遇到各种问题急需解决，一个教师应对乏力，建议选用一个助教辅助教学。

（3）实践操作问题：大部分高职院校受限与资金状况，人多设备少，实践教学效率有待进一步提高。

5 结语

本文以工业机器人虚拟仿真技术在教学中的应用为研究对象，从课程的重要性、课程开发的原则、课程目标、教学内容、教学方法、教学过程以及考核方式几个方面进行了详细的叙述。并根据此研究，实际教学一个学期，通过此种教学方式，提高了教学效率，提高了学生的工业机器人应用的水平和能力，降低了设备的损坏率，并为后续课程的顺利进行打下了坚实的基础。但在教学过程中也发现了一些问题，这些都需在后续教学过程中解决。

［1］郝建豹.工业机器人技术及应用课程建设的探索 ［J］.广东职业技术教育与研究，2017， （1）：28-29.

［2］王超.高职院校工业机器人课程开发与教学任务设计 ［J］.北京工业职业技术学院学报，2017（1）：104-105.

［3］李卫民，柳亚输.高职工业机器人技术专业人才培养方案研究 ［J］.理论·研究，2017（1）：63-64.

［4］鲁鹏，张有博，谷铭鑫，等.基于Robotstudio的工业机器人虚拟仿真实验室的构建 ［J］.机电技术，2015（4）：152-153.

［5］隋欣.《ABB工业机器人仿真》教学设计—基于Robotstudio［J］.现代商贸工业，2016（31）：167-168.

［6］叶辉，管小清.工业机器人实操与应用技巧 ［M］.机械工业出版社，2015：151-221.

［7］叶辉.工业机器人工程应用虚拟仿真教程 ［M］.机械工业出版社，2015：134-179.

［8］姚刚.信息化教学设计在高职 《工业机器人操作》课程中的应用 ［J］.时代农机，2017（1）：144-145.

Curriculum Development and Instructional Design for“Industrial Robot Simulation Technology Training”Based on Robotstudio

WANG ChaoDENG Wei-guo

Taking the application of virtual simulation technology of industrial robot in teaching as the research object,a detailed research is conducted on the importance of course,principles of curriculum development,curriculum objectives,teaching content,teaching methods,teaching process and assessment methods in several aspects.And according to the actual teaching for a semester of this research and through the virtual simulation teaching,it is to improve teaching efficiency,the industrial robot application level and ability of the students,and reduce the equipment failure rate for the subsequent course smoothly to lay a solid foundation.

Robotstudio,curriculum development,instructional design

G712；TP242.2

A

1008-3812（2017）05-064-04

2017-07-28

课题名称：辽宁机电职业技术学院2017年度教研课题 （2017014）

王超 （1985— ），男，辽宁阜新人，硕士研究生，讲师。研究方向：机电一体化技术及轴承的设计与应用。