工业机器人模拟仿真技术在应用型大学教育中的应用探究

郭士茹，刘效含，陈 楠，王诚林

(长春电子科技学院，长春 130114)

在工业4.0和中国制造2025的大时代背景下，工业机器人的智能制造成为主导。为此，国内各大高校纷纷开始进行工业机器人相关专业课程的开设与设计。但由于我国工业机器人的研究起步较晚，且与课程内容的相关配套实践设备成本较高，使得很多高校在工业机器人理论与实践的印证方面仍存在一定的不足，工业机器人模拟仿真技术在应用型大学教育中的作用开始显现。

1 工业机器人技术课程特点

从高校专业设置角度来说，工业机器人技术专业课程涉及力学、机械结构设计、控制理论和运动学相关学科的知识，属于带有明确综合性特点的专业课程，还涉及跨专业领域，电气工程、自动化等专业的学生可以通过对工业机器人相关应用课程知识的学习，对已经掌握的机械结构设计、自动控制原理等理论性课程进行深度理解与掌握，并学会如何实现理论知识与实践操作的有机融合[1]。通过工业机器人应用课程的学习能够使学生掌握其基本组织结构、工作原理以及控制方式，使学生建立扎实的理论基础。相比传统教育，工业机器人技术课程的开设能够为高校相关专业学生带来不同的学习体验，同时确保学生能够对已掌握和未来即将学习的知识进行更新，如电气控制、机械制图、传感器技术、可编程控制器等课程都是工业机器人相关课程的基础知识内容，这也说明了工业机器人课程具有跨专业性和复杂性的特点。

2 工业机器人模拟仿真教学在应用型大学教育中存在的问题

2.1 实验设备老旧

由于大部分高校经费不足，而工业机器人仿真模拟教学相关设备造价较高，致使高校没有充足的资金购置与教学内容相匹配的实验设备。设备数量不足且大部分较为老旧，缺乏维护维修资金，现有实验设备与目前工业上所应用的工业机器人在整体技术水平方面存在较大差距，无法满足学生的实践需求。

2.2 创新型实验缺乏

高校设计的大部分实验项目是为了验证相关理论知识，为验证型实验或设计型实验，每一个实验都需要依据实验指导书的步骤进行操作，学生的实践技能无法得到充分提升。此外，学生在实践课程中，对于工业机器人运作的区域可达性、设计可实现性都无法得到实际验证。相关程序的编写和调试需要耗费很长的周期，程序化的步骤和相关技术流程也较为繁琐，实验设备过于老旧，与企业实际要求脱轨，无法为学生理论知识提供验证[2]。

2.3 师资力量不足

工业机器人属于一种高端且复杂性较高的设备，要想通过实践课程强化学生对工业机器人构造以及运行原理的理解，就必须通过较为复杂的实验加以验证，同时也需要具备丰富行业经验且全面掌握工业机器人理论知识和操作技巧的教师提供支持。但目前很多高校教师缺乏岗位实际操作经验，对工业机器人相关知识与技术的掌握仅限于理论领域，教师在开展实践课程时，往往只能依据实验指导书进行操作，无法真正将理论与实践有机融合，学生的知识无法得到拓展，只能依照指导书的步骤进行流程化操作，严重影响了学生自主学习与思考能力、解决问题能力和创新思维的培养[3]。

3 工业机器人模拟仿真技术在应用型大学教育中的应用

工业机器人模拟仿真是依据实际的工业机器人系统原理，结合计算机模拟仿真技术、机器人基础理论和图形技术在电脑上进行工业机器人运行环境和运行步骤的三维立体图形展示。通过程序代码实现对工业机器人动作、系统的操作，通常在工业机器人生产前会进行仿真试验，这样能够有效降低故障发生几率，提高工业机器人质量，缩短生产时间。工业机器人模拟仿真技术在大学教育中的应用，能够促使学生借助仿真模拟实现实践操作对理论知识的印证，积累丰富的操作经验。

将工业机器人模拟仿真技术引入应用型大学教育中能够促使专业实践与信息化教学模式有效融合，通过模拟仿真进行工业机器人专业课程的辅助教学和实践操作，能够有效将课程理论知识转化为立体互动的展示内容，使学生体验工业机器人在不同场景下的运行模拟[4]。

例如，在执行工业机器人码垛任务时，学生可以通过工业机器人仿真工作站的建立实现模拟仿真软件中相应软件包程序的编写，并进行工业机器人运行与操作程序的编写，以实际工作任务为目标完成码垛。此外，还可以使用工业机器人执行焊接等具有一定危险性的任务。学生可以在模拟仿真中深刻理解理论知识，学生在实际学习和实践过程中不会受到时间、空间、场地的限制，可借助VR虚拟技术模拟实际操作，如对不同生产线所使用的各型号机器人作出模拟，节省成本的同时也能够有效防止实训中由于操作误差而带来的各种风险。另外，对于工作区域的可达性，家具设计的可靠性，机器人编程和调试时间以及程序优化等繁琐的实验验证，都能够通过工业机器人模拟仿真技术的应用得到有效解决，有效避免了由于经费不足而无法购置先进的工业机器人相关设备，同时也大大节省了设备维修维护的成本[5]。

在实际应用中，教师要合理设计项目任务，鼓励学生运用模拟系统练习并熟练操作机器人编程调试。此外，要注意最大程度上还原工业机器人制造生产和实际运行的状态及其工作场景，为学生积累实践经验提供支持[6]。

4 结语

在国家的大力支持下，企业和相关科研机构不断推进工业机器人相关技术的研究，取得了一定的创新成果，整体技术水平显著提升。今后还要不断培养机器人专业的优秀人才，包括研发、操作及维修人才，以满足我国对工业机器人相关人才的市场需求。各大应用型高校应加快改进工业机器人相关专业课程的建设与设计，为我国智能制造业提供更多优秀人才。