机器人实验教学中心的教学理念浅探

曾祥锋 龙迎春 韩竺秦

（韶关学院智能工程学院自动化系，广东 韶关512005）

0 引言

随着工业自动化行业的蓬勃发展，作为工业自动化核心部件的工业机器人也得到了非常广泛的应用，使得机器人相关技术人才的培养成为研究热点。机器人实验教学中心为机器人工程专业的教学提供配套的试验设备、场所和专职教师，是机器人相关知识教育从理论到实践转换的重要环节。本文拟探讨机器人实验教学中心的教学理念，为机器人技术复合型人才的培养拓展思路。

1 知识体系合理化布置，以满足不同层次复合型人才的培养需求

工业机器人的广泛应用，使得机器人相关从业技术人才的需求也与日俱增，而且涉及的职位众多，譬如机器人设计师、机器人程序设计师、机器人测试工程师、机器人现场调试工程师等。机器人相关从业技术人才对机器人专业技术的要求均不相同，而且部分从业技术人才需要具备多种技能，因此人才培养的重点在于培养具备机器人技术的复合型人才[1]。

为了更好满足这种日益增长的机器人相关从业技术复合人才的需求，机器人实验教学中心首先将工业机器人相关知识进行系统化分类，然后根据人才培养计划，开设相应层级的课程，以满足复合型人才的不同需求层次。工业机器人系统的知识体系可分为四个层级：第一层级为工业机器人认知，使学生了解工业机器人的基本知识，以及其在智能制造技术中的应用领域和应用方法；第二层级为工业机器人基础，使学生能够掌握机器人机构设计的基本理论，为机器人的机构设计、测试以及维修工作奠定坚实基础；第三层级为工业机器人控制，使学生能够掌握机器人控制的基本知识，为机器人的控制程序设计奠定基础；第四层级为工业机器人系统集成，学生能够掌握机器人相关的智能制造技术、机器视觉技术以及系统集成等技术，为机器人的智能控制设计奠定基础。

图1 工业机器人系统的知识体系

2 以机器人相关理论教学为基础，加强工程实践能力的培养

机器人制造厂家进行机器人的设计和制造，而机器人应用公司则以机器人平台为基础进行控制开发，因此机器人的开发和应用均对工程实践能力具有较高要求[2]。针对机器人应用需要较强工程实践能力的特点，机器人实验教学中心以机器人相关理论学习为基础，加强对学生工程实践能力的培养，主要体现在如下几个方面：

（1）在机器人机构设计和自动控制的理论学习中，以理论学习为主，模拟仿真为辅。模拟仿真不但使学生能够深入体会理论知识的内涵，而且使学生有机会将理论知识应用于实践中。

（2）在培养学生工程实践能力的课程中，以机器人控制操作为主，模拟仿真为辅。通过模拟仿真的训练，学生对机器人的操作流程、程序编制方式以及在实际操作中可能出现的各种问题等均有一定了解，为后续的机器人实际操作奠定坚实的基础。机器人的实际操作模式模拟工业应用现场，以其作业流程为基础简化而成，因此学生在实际操作中不但能够熟悉工业界的常用生产工序，而且能够掌握机器人的控制程序编制、路径规划、示教点动控制、目标物体的抓取和释放等一系列控制技巧。

（3）在培养学生机器人控制能力的课程中，以理论学习为主，模拟仿真为辅，机器人控制操作进行理论验证。在理论学习中，学生首先根据实际需求编制相应的控制程序，接着进行模拟仿真和使用工具箱来初步验证该程序能否满足设计要求，当确定设计无误后，最后使用该程序来操控机器人进行相应的作业，使学生对机器人的控制具备更加深入的了解，从而加强对其工程能力的培养。

（4）在培养学生系统集成能力的课程中，理论学习、模拟仿真以及集成控制操作验证并重。机器人控制实验室包括多种工业集成系统，如机器人作业系统、点胶机系统以及图像识别和机器视觉系统等。以不同专业的培养特点为基础，将这些系统选择性的用于培养学生的系统集成能力，从而加强对其工程能力的培养。

3 联合自动化设备生产厂家对学生进行联合培养，拓展学生工程实践的创新性思维

自动化系统对创新性的要求越来越高，而实验室的各种自动化系统只能以点带面来培养学生的工程实践能力，因此有必要联合自动化设备生产厂家对学生进行联合培养，以开拓学生的视野，增加其工程实践的创新性思维[3]。自动化设备生产厂家的客户需求均不相同，因此其生产的各种系统相当部分为定制化产品，均需要在设计过程中融入相应的创新性思维。在经过理论学习和实验室中的工程实践培养后，学生的理论知识储备和实践能力已经比较牢固，然后再通过在自动化设备生产厂家接受工程实践，从而拓展了其创新性思维。

4 培养学生的团队意识与合作精神

机器人实验教学中心除了培养学生工程实践能力外，也强化培养学生的团队意识和团队合作精神。在各类控制操作的实训课中，规划任务以项目团队为单位来实施，每个项目团队设置项目负责人，且项目负责人由小组成员轮流担任。项目负责人主导项目导入会议、项目进度安排、项目团队建设以及项目结案等一系列工作。在以项目制推进的实训课中，每个同学都需经历团队成员和团队负责人之间的转换，能够更加清晰把握如何推进团队建设、如何构建合作关系以及如何实现团队协作等。

5 设立学生创新开放实验室，培养学生的自主创新精神

在实验室中划分特定区域作为学生创新开放实验室，并全天候对学生开放，为学生的自主实验以及个性化学习提供场地。并以此为基础来鼓励学生进行自主实验，即学生自己提出实验项目，经实验中心核准后，即可进入开放性实验室开展自主相关工作。采用指导教师负责制来保证开放实验室的安全与有效运行，即由指导教师和学生根据具体情况共同制订实验方案，并明确指导时间。

6 结语

本文以机器人实验教学中心为对象，探讨了其人才培养模式的教学理念，首先将相关知识体系进行了合理化布置，并在理论教学的基础上，联合自动化设备生产厂家加强对学生工程实践能力的培养，并设立学生创新开放实验室，进而培养学生的团队意识、合作精神以及自主创新精神。