基于混合现实（MR）的工业机器人全息教学应用必要性研究

许媛

摘 要：本文探索MR技术与工业机器人结构认知相结合进行教学的可行性及优越性。基于MR技术将工业机器人以混合现实形式进行呈现，包括整个实训室场景、相关虚拟设备虚拟工业机器人本体，利用MR眼镜实现虚拟工业机器人的透视、局部、旋转等观察功能进行教学，从而使学生学习工业机器人结构的工作原理及设计方法;可实现工业机器人安装拆卸的交互式演示，实现虚拟三维物体、动画与物理现实空间自然融合，形成一套工业机器人全息教学应用系统，优化一体化教学实施。

关键词：MR技术;虚拟;全息教学;实训室场景

MR（Mix Reality）是混合现实的简称，是与VR、AR技术合并实现现实世界和虚拟世界而产生的新的可视化虚拟环境。在新的可视化虚拟环境里，物理对象和数字对象共存实时互动，其含义为：MR等于VR加AR，等于真实世界加虚拟世界和数字化信息。MR技术为通过补充和叠加两种方式，使用户感知不同的日常生活信息，达到一种在真实世界与虚拟物体友好共存的状态，最终得到良好的体验。MR技术的核心含义是让用户感知通过叠加信息增强效果给现实环境，而并非将虚拟世界替换现实世界。大多数职业院校的工业机器人专业教学多以综合性实训台架为主要实训设备，而实际生产中流水线几乎不可能搬进学校实训室，所以利用虚拟现实技术，将工业机器人生产实际应用呈现在一体化教学中十分必要。

1 紧扣时代、响应国家政策及专业技术人才发展的需要

《国家教育事业发展“十三五”规划》中，提出为实现中国教育现代化2030远景目标。目标包括教育质量全面提升，即教师素质进一步提高，学校办学条件明显改善，教育信息化实现新突破，形成信息技术与教育融合创新发展的新局面，学习的便捷性和灵活性明显增强。在当前形势下，国家鼓励改革创新驱动教育发展、激发学校办学活力、强化高校创新体系建设、积极发展“互联网+教育”。“工业4.0”、“制造2025”已成为当代的关键词。另一方面，信息技术发展的成果已在生活中占据主流，移动互联、虚拟仿真以及大数据等技术在教育领域的应用也成为大势所趋。

2 解决教学与产业需求难以接轨，实现教学深度升级的需求

因为职业院校教学的特殊性，学生需要掌握必须的操作技能。但是由于设备、场地、成本等条件限制，比如学校设备不广、不全、不多，不会用、不敢用、不够用。学校很难开展相关的实训，即使进行实训了，往往由于人数众多，后排的学生经常无法听清或看到教師的讲解及操作;并且通常因为时间、场地有限与相关设施、人员的安全因素考量，学生大多只能参与到片段性的、非核心的工艺，而不能接触到系统化、多案例、全场景的实训案例。因此，通过虚拟仿真软件，作为连接“理”和“实”的桥梁，实现维度、真实与交互的升级，能够提升实训效果与学习积极性;并且能够配合学校真实的加工设备，以虚实结合的方式提供与产业需求相接轨的教学实训内容。

3 教育教学改革的需要

基于MR技术将工业机器人以虚拟场景和现实叠加进行呈现。将MR技术与传统的《工业机器人结构认知》、《工业机器人基础》等课程相结合，让学生通过虚拟的方式反复练习，加强教学的技术性、职业性、情景性、过程性与互动性。形成3D建模，把人和实训场景及模具融合进虚拟的3D世界里面，并进行交互式交流。

校企合作进行虚拟仿真开发引擎的使用及培训，通过学习、培训，培养一批能够熟练使用开发工具的教师及学生。学校通过虚拟仿真双创空间的深度建设，为学生提供一个自主开发、创作的平台，开展相关项目、课题等。

促进实施混合式课堂教学改革。选择1-2门资源丰富、师资力量强的课程实施混合式课堂教学改革，利用现代信息技术，开发丰富的微课、课件、案例、试题库等数字资源。通过实施混合式课堂教学改革，培养起学生自学、质疑、分析问题、解决问题等学习能力，实现由“学会”到“会学”的转变。运用现代化的多媒体技术，形成网络教学为主、课堂辅导为辅的教学方式。组建由合作企业有关人员和专业教师、学生组成的课程开发小组，实行学校、企业、社会和学生多元主体评价模式充分发挥学生学习的主观能动性，并在信息化技术的帮助下，对课堂教学、校内实训、校外实习等课程进行考核评价。

综上所述，混合现实（MR）全息技术教学对教育信息化的推动作用十分重要，这必将改变我们职业教育的时空结构，很好地改变了我们的职业教育的教学结构，很好地改变了我们职业教育的学生的学习结构，很好地改变了我们产教融合的职业教育的社会结构，很好地改变了我们职业教育信息化条件下的资源结构。

参考文献

[1]龚翼山，一种基于混合现实技术的工业设备全息智能管理系统，北京大合创新科技发展有限公司专利，2018.1

[2]张爱红，张秋菊.基于虚拟现实技术的机器人示教方法[J].江南大学学报，2003（3）.

[3]高国雪，高辉，焦向东.基于Unity3D的焊接机器人虚拟现实仿真技术研究[J].组合机床与自动化加工技术，2018（3）.