谈一体化课程教学在ABB工业机器人中的应用

高静

[摘           要]  以“单行规则排列图块的搬运”为学习任务，用ABB IRB120型机器人进行搬运，采用一体化课程教学，让学生在做中学、学中做，从而使学生能够说出完成任务的知识内容，遇到问题能够团队协作，共同解决，并能够完成小组的分工任务。

[关    键   词]  一体化课程;ABB IRB120机器人;单行规则排列图块搬运

[中图分类号]  G712              [文献标志码]  A          [文章编号]  2096-0603（2021）08-0094-02

一、ABB工业机器人

随着“中国制造2025”规划的发布，制造业转型升级吹响了新一轮号角，其中机器人产业列为重点发展对象。全球领先的工业机器人制造商瑞典ABB致力于研发、生产机器人已有40多年的历史，是工业机器人的先行者。ABB中国研发团队取得了一系列研发成果，开发出ABB最小的机器人IRB120“中国龙”。IRB120是ABB新型第四代机器人家族的最新成员，也是迄今为止ABB制造的最小的机器人，具有敏捷、紧凑、轻量的特点，控制精度与路径精度俱优，是物料搬运与装配应用的理想选择。

二、一体化课程

国家人力资源和社会保障部的文件有明确的定义：“一体化课程是按照经济社会发展的需要和人才培養规律，根据国家职业标准，以职业能力为培养目标，通过典型工作任务分析确定课程内容，构建课程体系，并以具体工作任务为学习载体，按照工作过程和学习者自主学习要求设计和安排教学活动的课程。”按照一体化课程的概念，本课程确定了五个学习任务，分别是五角星和带倒角矩形的绘制、弧线和渐开线的绘制、无规则排列图块的搬运、规则排列图块的搬运、机器人码垛任务编程与操作。

三、“单行规则排列图块的搬运”学习任务的备课

坚持以微任务为导向、以老师为主导、以学生为主体，让学生在做中学、学中做。备课的主要内容有：

（一）备微任务

“单行规则排列按钮盖的搬运”是ABB机器人典型应用与编程课程中规则排列图块搬运的一个微任务。搬运是工业机器人的典型应用之一，规则排列物品的搬运是工业机器人高效率工作的完美体现。本专业培养具有工业机器人设备安装、编程及调试能力的高素质高技能人才。此微任务是学生首次应用循环指令进行编程，对学生编程思维的培养起着关键作用，具有独立性、完整性和典型性。

（二）备学情

本班学生已经学习了ABB基本运动指令、程序数据robtarget、偏移指令Offs等知识，会使用Robotstudio仿真软件。他们喜欢动手操作机器人，表现欲强，但是语言组织能力欠佳，缺乏精益求精的工匠精神。

（三）备学习目标

（1）要求学生能够叙述机器人的工作流程;

（2）通过自主学习，灵活运用FOR的循环判断标识和循环次数;

（3）能以小组合作的方式，运用FOR循环和偏移指令Offs编写程序;

（4）能够正确使用示教器完成示教与调试。

（四）备学习内容

学习内容用鱼骨图的形式整理，以单行规则排列按钮盖的搬运工作为主线，融合的知识点是程序数据num和FOR循环指令，技能点是安全、简单测量、编程、仿真、示教调试，素养点是自主学习、口语表达、团队协作。针对以上内容，学习重点为FOR的循环判断标识与循环次数的应用，难点为FOR循环和偏移指令的综合应用。

（五）备学习场地

工欲善其事，必先利其器。学习场地是工业机器人实训中心一体化教室，本场地有4台套ABB IRB120型机器人、按钮盖实训模块、Robotstudio仿真软件以及工具防护用品等硬件设施。为更好地完成本学习任务，软件学习资源准备了蓝墨云班课、学习工作页和PPT。工作页是重要的学习资料，通过关键引导问题的设置，引导学生循序渐进地完成任务，保证关键知识点不缺失。

（六）备学习过程

学习过程以一体化六步法设计，分别是明确任务、制定计划、决策、任务实施、成果汇报、评价反馈。具体内容在下面的学习任务实施中介绍。

四、“单行规则排列图块的搬运”学习任务的实施

（一）明确任务

学习任务布置采用视频演示法，让学生直观了解任务内容，小组派代表口述微任务工作流程及特点，机器人从左到右依次搬，从左到右依次放。老师强调学习目标和用时。

（二）制定计划

合理分工，本班学生20人，本次课分4个小组，每组设定5个岗位。安全监督员（组长）负责组织带领本小组人员按时安全完成任务。测量记录员做好测量工作、填写工作页。编程设计员设计合理程序，并给组员讲解。仿真调试员用仿真验证程序设计思路。示教调试员熟练使用示教器对机器人进行示教与调试。本学习任务中，安全监督员岗位和测量记录员岗位至关重要。安全监督员负责机器人安全操作规程的实施记录和小组成员安全行为监督。测量记录员负责测量工具的选取、实施测量和工具分类存放。测量数据的准确性直接影响偏移量的确定，此处有意设置了一个操作陷阱，准备了游标卡尺和钢尺两种测量工具。本学习任务制定4个活动计划：

（1）测量记录员领取工具和防护用品并进行测量，将测量结果告知小组成员。

（2）计算得出四个按钮盖的位置并找出规律。

（3）FOR的循环判断标识与循环次数的应用是本次学习任务的重点内容。课前将程序数据num、FOR循环知识点和示例程序上传到蓝墨云班课中，要求学生学习示例程序，至少提出一个问题。课中，仿真调试员将FOR的示例程序输入仿真软件，反复更改循环判断标识和循环次数，演示运行效果，通过做中学、学中做掌握循环判断标识和循环次数的设定方法，使得重点内容得以突破。

（4）FOR循环和偏移指令Offs综合应用是本次课的难点。本环节先由编程设计员编写程序。教师提示程序设计的关键点：偏移量都是所测量数据的倍数，那倍数和循环次数的关系运用FOR循环指令该如何描述呢？

（三）决策

小组代表上台阐述本组计划，并记录。教师则倾听、鼓励、引导。

（四）任务实施

任务实施阶段，学生要牢记机器人安全操作规程。仿真调试员和示教调试员在Robotstudio仿真軟件和示教器中同时分别输入程序，仿真软件验证程序运行正常后，示教调试员开机、编程、示教、调试。编程设计员要指导编程思路，安全监督员强调操作规范。教师进行巡回指导并填写学生学习过程记录表。在调试过程中，有一个小组成员进入实训台区域内，安全监督员没有及时提醒，安全意识不够强。栋梁组在示教调试过程中，按钮盖和存放按钮盖的图块发生了撞击，小组成员寻找原因，发现一是测量记录员选用的工具不合适，二是测量点选取不正确。前面设置的测量工具选取陷阱，这里得到了体现。测量工具选取不合适，导致偏移量误差大，造成搬运撞击事故。学习难点进一步化解，学生对偏移指令的关键要素理解更加深刻。

（五）成果汇报

示教与调试成功后，选2个小组实施运行。示教调试员展示本组运行效果，领航组设计的是从左到右依次取，从右到左依次放;栋梁组设计的是从左到右依次取，从左到右依次放。运行过程中，其他小组对照评价表完成互评记录。教师记录运行效果。最终，示教调试员恢复现场，测量记录员清点工具。

（六）评价反馈

集中总结评价。学生自评FOR循环掌握情况、组内发言情况及各自岗位职责履行情况。教师公布从搬运工艺过程、创新、安全、小组发言到6S素养等环节的打分情况。小组互评运行情况和周边卫生情况。学生通过蓝墨云班课上报学习心得、学习意见和建议。任务完成上交工作页，课后思考多行规则排列按钮盖的搬运。

（七）教学反思

有意设置测量陷阱，学生经历了出现问题、寻找原因、解决问题的过程，对重点难点的理解更加深刻;学生对机器人编程与操作更加熟练;学习兴趣更加浓厚;合理的小组分工使团队协作解决问题的能力大大提升;学习目标较好实现。不足之处是一个小组的安全监督员未能尽到自己的岗位职责;一个小组的仿真调试员和示教调试员的任务由同一学生完成，岗位分工不清。在以后的一体化课程教学中，需要继续强化学生的安全意识，教师的现场监督和指导作用也要加强，保证学生综合能力的提高。

参考文献：

[1]黄景容.一体化课程开发与实践[M].广州：广东教育出版社，2016-06.

[2]叶晖.工业机器人实操与应用技巧[M].北京：机械工业出版社，2010-09.

◎编辑 郭小琴