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摘 要：本文主要对技工院校工业机器人应用高技能人才培训进行探讨，介绍了工业机器人的组成和应用，从正确的课程定位、工业机器人理论知识的分解和取舍、项目化课程设计、教学方案与成绩评价四个方面提出了将工业机器人在技工院校高技能人才培训中所实施的具体措施。
关键词：工业机器人 高技能人才培训 项目化课程
工业机器人是一种仿人操作，可以进行自动控制和重复编程，在多品种、大批量的柔性生产中尤为适用，在促进产品质量的稳定和提升、生产效率的提高、劳动条件的改善等方面发挥极为重要的作用。近年来，工业机器人在各个生产企业应用日益增多，生产企业迫切需要工业机器人的相关技术人才。技工院校高技能人才培训主要目标是培养应用型的高技能人才，学生具有独特的知识技能和就业导向。因此，我们需要探索适合技工院校高技能人才培训的工业机器人课程教学方案。
一、工业机器人概述
1.工业机器人组成
工业机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等组成。
执行机构即机器人机械本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，通常关节个数即为机器人的自由度数。
驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。
检测装置的作用是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。
控制系统由一台微型计算机或多台微机来分担完成机器人的控制。
2.工业机器人的应用
工业机器人最早应用于汽车制造工业， 常用于焊接、 喷漆、上下料和搬运。工业机器人延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调的重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。工业机器人与数控加工中心、自动搬运小车以及自动检测系统可组成柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS），实现生产自动化。目前工业机器人的应用有如下几类。
（1）喷涂机器人。喷涂机器人在汽车、建材、机械等行业广为应用，比如，自动对汽车整车、发动机、驾驶室等喷漆，自动对卫生陶瓷喷釉，喷涂玻璃纤维加强水泥预制板、自动对电视机、电脑及减速器等的外壳喷漆，自动对汽车等、塑料件等涂胶等。
（2）网路机器人。网路机器人在通信和远距离控制中广泛应用，负责观测环境等工作，比如，在Internet上连接几个机器人，通过网络控制机器人实现动作等。
（3）电焊、弧焊机器人。电焊、弧焊机器人在汽车、工程机械等领域广泛应用，比如，对汽车底盘等部件进行点焊，在装配领域使用弧焊等。
（4）搬运、装配机器人。搬运、装配机器人在机械、汽车制造业等领域广泛应用，能够自动输送产品和物料、能自动按要求组装设备等。
（5）其他机器人。如对汽油、柴油等进行定量加注的机器人、军用机器人、探月车等。
二、工业机器人课程教学方案
1.进行正确的课程定位
工业机器人课程定位在为企业培养能够操作和维护保养工业机器人的应用性人才。课程的显著特征应该是重实践、轻理论，教师可以简单介绍工业机器人的理论知识，但要求学生熟练掌握工业机器人的操作和理解结构特性；课程所采用的教学模式应该是项目化的，从工业实际案例中寻找项目，并在项目教学过程中将相关的理论知识融入其中，做到理论联系实际。
2.工业机器人理论知识的分解和取舍
传统的工业机器人课程教学对理论知识尤为注重，但由于工业机器人的数量很少，并且具有较高的造价，而且很难维护，因此实训环节只占很小的比例。而理论知识繁杂，内容包括矩阵理论、微积分等，太多的算法夹杂在运动规划和轨迹控制中，企业的具体应用往往不需要过多抽象的理论，学生在学习中也会不可避免地遇到较大的难度，学习的主动性和积极性也会大打折扣，从而严重影响了教学质量。工业机器人的理论主要有运动控制理论、计算机控制理论、电动机控制理论、传感检测理论，对理论知识可以分解为三个层次：基础应用层次，编程、维护层次，创新应用层次。在技工院校的高技能人才培训中，教师应该在项目教学过程中根据实际需求融入分解过的理论知识，激发学生学习理论知识和技能的兴趣，这样才能满足企业的要求。具体来说，就是在项目教学中渗透工业机器人认知、结构、施教理论、维护保养等知识，简单介绍电动机运动控制、虚拟示教、离线编程等知识即可。
3.项目化课程设计
（1）工业机器人的认知。由于学生大都具有较为片面的机器人认知，将认知停留在人形和智能机器人层面，而对工业机器人的各种应用场合及多种结构形式缺乏了解。因此认知类项目可分为：应用方面的认知项目、结构方面的认知项目、使用方面的认知项目、创新拓展方面的认知项目。本项目通过图像、视频、实训设备等使学生对工业机器人、军事机器人、娱乐机器人等在各种场合的应用有一个大致的了解。教师对机器人的工业应用，要着重对其各种应用场合和结构形式进行讲解，通过该项目让学生全面认识机器人学科，从而提高学生学习机器人的兴趣。
（2）工业机器人的基本操作。在本项目中，学生可以在不同的坐标下操作示教器运转工业机器人，并在动态模拟软件中加载和控制虚拟机器人。教师通过各关节坐标的运动让学生对机器人的结构形式有一个大致的了解，通过直角坐标系让学生对轨迹控制的概念有一个大致的了解，并对用户坐标系和工具坐标系的实用意义进行简单的介绍。教师对工业机器人的系统构成、各部分的原理及作用进行简单的讲解。
（3）AGV设计编程与调试。AGV系统就是自动导引车系统。它是物流自动化系统和柔性装配系统中的重要组成部分。学生可以使用组合式的机器人套件和相应的传感器，将四轮移动小车自主设计出来，在程序设计中利用C语言或图形化编程软件，让小车前进时沿着制定的路径，从而促进自动导引功能的切实实现。本课程项目让学生对AGV的原理和应用有了一个大致的了解，在AGV组装过程中也促进了学生动手能力的提高，并通过对小车编程对单片机开发流程有所了解，将学生利用C语言编制较为复杂的程序的能力培养了起来，对传感器的原理和其与主控制器的连接方法有所了解，对直流电动机的调速方法进行熟练掌握。
关键词：工业机器人 高技能人才培训 项目化课程
工业机器人是一种仿人操作，可以进行自动控制和重复编程，在多品种、大批量的柔性生产中尤为适用，在促进产品质量的稳定和提升、生产效率的提高、劳动条件的改善等方面发挥极为重要的作用。近年来，工业机器人在各个生产企业应用日益增多，生产企业迫切需要工业机器人的相关技术人才。技工院校高技能人才培训主要目标是培养应用型的高技能人才，学生具有独特的知识技能和就业导向。因此，我们需要探索适合技工院校高技能人才培训的工业机器人课程教学方案。
一、工业机器人概述
1.工业机器人组成
工业机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等组成。
执行机构即机器人机械本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，通常关节个数即为机器人的自由度数。
驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。
检测装置的作用是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。
控制系统由一台微型计算机或多台微机来分担完成机器人的控制。
2.工业机器人的应用
工业机器人最早应用于汽车制造工业， 常用于焊接、 喷漆、上下料和搬运。工业机器人延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调的重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。工业机器人与数控加工中心、自动搬运小车以及自动检测系统可组成柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS），实现生产自动化。目前工业机器人的应用有如下几类。
（1）喷涂机器人。喷涂机器人在汽车、建材、机械等行业广为应用，比如，自动对汽车整车、发动机、驾驶室等喷漆，自动对卫生陶瓷喷釉，喷涂玻璃纤维加强水泥预制板、自动对电视机、电脑及减速器等的外壳喷漆，自动对汽车等、塑料件等涂胶等。
（2）网路机器人。网路机器人在通信和远距离控制中广泛应用，负责观测环境等工作，比如，在Internet上连接几个机器人，通过网络控制机器人实现动作等。
（3）电焊、弧焊机器人。电焊、弧焊机器人在汽车、工程机械等领域广泛应用，比如，对汽车底盘等部件进行点焊，在装配领域使用弧焊等。
（4）搬运、装配机器人。搬运、装配机器人在机械、汽车制造业等领域广泛应用，能够自动输送产品和物料、能自动按要求组装设备等。
（5）其他机器人。如对汽油、柴油等进行定量加注的机器人、军用机器人、探月车等。
二、工业机器人课程教学方案
1.进行正确的课程定位
工业机器人课程定位在为企业培养能够操作和维护保养工业机器人的应用性人才。课程的显著特征应该是重实践、轻理论，教师可以简单介绍工业机器人的理论知识，但要求学生熟练掌握工业机器人的操作和理解结构特性；课程所采用的教学模式应该是项目化的，从工业实际案例中寻找项目，并在项目教学过程中将相关的理论知识融入其中，做到理论联系实际。
2.工业机器人理论知识的分解和取舍
传统的工业机器人课程教学对理论知识尤为注重，但由于工业机器人的数量很少，并且具有较高的造价，而且很难维护，因此实训环节只占很小的比例。而理论知识繁杂，内容包括矩阵理论、微积分等，太多的算法夹杂在运动规划和轨迹控制中，企业的具体应用往往不需要过多抽象的理论，学生在学习中也会不可避免地遇到较大的难度，学习的主动性和积极性也会大打折扣，从而严重影响了教学质量。工业机器人的理论主要有运动控制理论、计算机控制理论、电动机控制理论、传感检测理论，对理论知识可以分解为三个层次：基础应用层次，编程、维护层次，创新应用层次。在技工院校的高技能人才培训中，教师应该在项目教学过程中根据实际需求融入分解过的理论知识，激发学生学习理论知识和技能的兴趣，这样才能满足企业的要求。具体来说，就是在项目教学中渗透工业机器人认知、结构、施教理论、维护保养等知识，简单介绍电动机运动控制、虚拟示教、离线编程等知识即可。
3.项目化课程设计
（1）工业机器人的认知。由于学生大都具有较为片面的机器人认知，将认知停留在人形和智能机器人层面，而对工业机器人的各种应用场合及多种结构形式缺乏了解。因此认知类项目可分为：应用方面的认知项目、结构方面的认知项目、使用方面的认知项目、创新拓展方面的认知项目。本项目通过图像、视频、实训设备等使学生对工业机器人、军事机器人、娱乐机器人等在各种场合的应用有一个大致的了解。教师对机器人的工业应用，要着重对其各种应用场合和结构形式进行讲解，通过该项目让学生全面认识机器人学科，从而提高学生学习机器人的兴趣。
（2）工业机器人的基本操作。在本项目中，学生可以在不同的坐标下操作示教器运转工业机器人，并在动态模拟软件中加载和控制虚拟机器人。教师通过各关节坐标的运动让学生对机器人的结构形式有一个大致的了解，通过直角坐标系让学生对轨迹控制的概念有一个大致的了解，并对用户坐标系和工具坐标系的实用意义进行简单的介绍。教师对工业机器人的系统构成、各部分的原理及作用进行简单的讲解。
（3）AGV设计编程与调试。AGV系统就是自动导引车系统。它是物流自动化系统和柔性装配系统中的重要组成部分。学生可以使用组合式的机器人套件和相应的传感器，将四轮移动小车自主设计出来，在程序设计中利用C语言或图形化编程软件，让小车前进时沿着制定的路径，从而促进自动导引功能的切实实现。本课程项目让学生对AGV的原理和应用有了一个大致的了解，在AGV组装过程中也促进了学生动手能力的提高，并通过对小车编程对单片机开发流程有所了解，将学生利用C语言编制较为复杂的程序的能力培养了起来，对传感器的原理和其与主控制器的连接方法有所了解，对直流电动机的调速方法进行熟练掌握。