機器人對我院機電教學的意義與效果

機器人對我院機電教學的意義與效果1、引進機器人教學與校企合作對專業(yè)建設(shè)的意義理念更新，開拓視野：通過校企合作，將更新職業(yè)教育理念，了解發(fā)展動態(tài)，開拓了視 野，有利于打造精品專業(yè)，建設(shè)符合市場的機電一體化專業(yè)課程。全員培訓，了解雙元：將從德國雙元制系統(tǒng)乃至國內(nèi)成功經(jīng)驗全面了解職業(yè)教育的歷史、 特征、保障、實施細則等要點，讓教師清晰了解校企合作的職業(yè)教育體制。需求導(dǎo)向，理智辦學：可針對性了解企業(yè)對專業(yè)人才素質(zhì)的要求和希望，同時讓參與的 教師深刻體會校企合作重要性和必要性，與企業(yè)的接觸為開發(fā)新的課程大綱和計劃提供 了寶貴的依據(jù)。經(jīng)歷分享，啟發(fā)借鑒：借鑒其他院校經(jīng)驗，利用雙元制推動專業(yè)課程改革，對我院高技 能人才培養(yǎng)工程具有重大的啟發(fā)和借鑒意義。師資培養(yǎng)，抓住關(guān)鍵：利用校企合作模式，改變教師的理念和行為方式，將綜合提升教 學方法能力，明確以學生為中心的課堂目標。實施試點，探索前進：可將數(shù)控技術(shù)、機電一體化等專業(yè)實施試點教學，由骨干教師擔 任主要專業(yè)課程和實踐訓練，并接受一定時期內(nèi)的雙元制教學模式。外教指導(dǎo)，原汁原味：可聘請雙元制經(jīng)驗的外教來我院進行指導(dǎo)教學，結(jié)合我院實際， 應(yīng)用各種互動教學方法和手段，全面提升教學質(zhì)量?；诱n堂，以點帶面：積極采用多媒體教學，并與企業(yè)互動，通過系統(tǒng)分析，分步演示 等傳授知識，活躍課堂，全員參與。明確目標，開發(fā)課程：重新審視教學計劃和大綱，借鑒其他院校相關(guān)專業(yè)大綱和計劃， 重新開發(fā)課程大綱與計劃，配套編寫合適的教材，使得學生明確學校的目標和安排，對 自身的培養(yǎng)方向有更清晰的認識。關(guān)注教研，討論提高：師資培訓可與企業(yè)建立聯(lián)盟、群等組織，共享資源教學，探討教 學方法，不定期組織活動，給予教師平臺，交流心得體會。通過雙元制教研活動，達到 交流、溝通、提高的效果。教學監(jiān)測，科學管理：監(jiān)控試點班的情況和評估教學效果，建立評估體系，為實施科學 的教學管理服務(wù)。其目的不僅為雙元制校企合作教學效果進行評估，并且將成為教師工 作考核的依據(jù)之一。正向激勵，機制保障：為更好開展試點教學工作，調(diào)動教師積極性，需制定一系列激勵 和保障機制。包括任課教師的激勵，相關(guān)科研成果的獎勵等。他山之石，可以攻玉：我院應(yīng)組織管理人員和骨干教師赴國內(nèi)雙元制模式運行較為成熟 的院校和企業(yè)考察進修，進一步開闊視野，學習他人經(jīng)驗，吸取教訓，全面提升思想理 念、管理水平、專業(yè)能力及教學能力。2、機器人推薦教學模式及教學理念博實公司經(jīng)過多年與各高等院校、職業(yè)類院校的產(chǎn)品合作，積累了豐富的教學經(jīng)驗，特別機器人教學的實際操作經(jīng)驗，針對我院機器人教育初期開展的實際情況，博實公司提供如下建議和理念：建議機器人教學分組進行，將每班級每3人一組進行，每組學生各司其職，從拆分到清 點、清洗零件、裝配、檢驗、控制、電氣裝配、運行等逐級負責，由此鍛煉學生獨立動 手能力以及團隊合作能力，技術(shù)掌握熟練后，可組織每組進行競賽。教師教學采取理論與實踐結(jié)合模式，配合機器人所配資料進行，教學動手學生學習，學 生動手，教師指導(dǎo)的互動模式，并可收集國內(nèi)外各類機器人資料進行興趣教學，使得學 生樂教樂學。建議教師無論機電軟各部分，均從零件級基礎(chǔ)知識開始進行，讓學生扎實的了解機器人 是如何設(shè)計和產(chǎn)生的，從低到高的技術(shù)教學，可以讓學生更掌握機電一體化的終極模式。 又可以在此過程中，學習到各專業(yè)的基礎(chǔ)知識，使得機器人設(shè)備不僅表現(xiàn)在機器人技術(shù)， 也表現(xiàn)在普通機電設(shè)備的教學應(yīng)用上，也是博實公司產(chǎn)品開發(fā)的初衷。必要時將學生按照興趣程度及掌握水平等分組，講授更高級的機器人技術(shù)，給學生以更 大的發(fā)展空間，增加學生就業(yè)機會和增長學院的知名度。實驗室教師應(yīng)非常熟悉機器人各部分知識，并制定相應(yīng)的實驗室操作規(guī)程，并監(jiān)督學生嚴格按照規(guī)程操作，避免不必要的零件損耗，甚至人身傷害等發(fā)生。實驗完畢，按照操作規(guī)程整理設(shè)備和工具，鍛煉學生責任心。機器人教學過程中，實驗室教師可人為制造一些故障和作業(yè)，讓學生善于發(fā)現(xiàn)和解決問 題，比如電氣故障，無法運行，從最簡單的線路連接查起，逐步上升到軟件級別，鍛煉 學生解決問題的思路和方法。按照博實公司提供的技術(shù)資料，學生可自行設(shè)計類似的模塊結(jié)構(gòu)，教師可鼓勵學生從操 作、檢測到設(shè)計全部掌握的一體式技術(shù)層面。3、機器人設(shè)備提供的技術(shù)資料機器人實驗室先期設(shè)備模塊化可拆裝機器人合作企業(yè)博實公司提供以下技術(shù)資料： 機器人教學大綱，針對不同產(chǎn)品不同專業(yè)，配置不同的教學內(nèi)容。 機器人技術(shù)理論教材：詳細介紹機器人技術(shù)基礎(chǔ)理論知識以及數(shù)學模型建立，機器人正解逆解的理論知識與軌跡規(guī)劃等； 機器人使用說明書：從硬件角度，敘述機器人使用過程中注意事項，機器人各部分組成及尺寸參數(shù)，以及維修、整體連接方法過程等； 機器人實驗指導(dǎo)書：以實驗報告的形式，闡述模塊化機器人在實驗室可進行的實驗內(nèi)容， 從理論到實踐相互結(jié)合，起到理想的教學效果。實驗內(nèi)容涵蓋機械、電氣、軟件以及三 方組合的各個實用方面； 機器人軟件使用說明書：包括軟件安裝過程、使用過程及注意事項等； 機器人裝配說明書：介紹機械裝配理論基礎(chǔ)知識，以及模塊化機器人每模塊詳細組成零 件及詳細的裝配過程和注意事項，以實驗報告形式書寫，配以三維課件圖形描述，直觀 易懂，且裝配達到螺釘級； 模塊化機器人裝配真人視頻錄像：合作企業(yè)優(yōu)秀裝配鉗工操作，配合裝配說明書詳細說 明模塊化機器人每模塊及整體的裝配過程和操作方法。 機器人電氣原理圖：CAD圖紙，便于學生拆裝電控部分，了解工業(yè)現(xiàn)場控制基本組成和 原理，以及注意事項等，教師可利用原理圖設(shè)置一些安全障礙和人為故障實驗，讓學生查找，提高動手能力；機器人部分機械圖紙：模塊化機器人合作企業(yè)提供關(guān)鍵零件機加圖紙，我院可利用現(xiàn)有 數(shù)控設(shè)備等進行零件工藝加工等試驗，與合作企業(yè)溝通實際工廠加工的工藝過程和注意 事項等；機器人三維SOLIDWORKS課件；機器人本體拆裝三維零件演示動畫；機器人軟件二次開發(fā)函數(shù)與部分軟件源代碼及機器人控制算法，需與我院簽訂保密協(xié)議。4、機器人產(chǎn)品培訓說明由于模塊化機器人等技術(shù)對我院是較新的機電技術(shù)范疇，機器人技術(shù)有其機電方面獨到的技術(shù)和范圍，因此從教師到學生都需要一個過程進行機器人技術(shù)方面的培訓和整合，這就需要先期針對授課教師進行機器人技術(shù)深層次理論等方面的培訓，經(jīng)過與考察企業(yè)博實機器人技術(shù)公司洽談：我院針對模塊化機器人等機器人技術(shù)將進行如下培訓計劃：我院邀請博實公司董事長孫立寧教授對校方教師進行機器人講學，與博實公司商洽邀請 哈工大機器人研究所和蘇州大學機器人與微系統(tǒng)研究中心機器人領(lǐng)域方面專家進行機器 人技術(shù)培訓；針對機器人各專業(yè)知識，博實公司可分步驟對使用教師進行理論技術(shù)與實踐操作的培訓， 達到完全使用為止；我院可派遣使用教師到博實公司進行技術(shù)學習與機器人整體設(shè)計過程認知，具體操作過 程將與博實公司進行協(xié)商；在機器人使用教學過程中，遇到的問題可隨時與博實公司技術(shù)人員聯(lián)系解決，博實公司 提供各專業(yè)技術(shù)帶頭人聯(lián)系方法，隨時隨地為我院解決各類問題；針對模塊化機器人，我院在知識水平逐步上升后，將進行本體加工、電氣控制改造（如 改為PLC控制等）等自主研發(fā)，博實公司承諾將免費進行技術(shù)支持，必要時親臨現(xiàn)場進 行培訓和指導(dǎo)。與蘇州大學機器人與微系統(tǒng)研發(fā)中心建立合作工作站，長期進行機電系統(tǒng)研發(fā)合作。與博實公司簽訂校企合作協(xié)議，并在條件具備基礎(chǔ)上，由我院牽頭，打造長三角校企合 一職業(yè)培訓聯(lián)盟。5、機器人針對教師與學生教學效果機器人也代表著機電一體化的最高層次，博實公司設(shè)計機器人也恰好針對職業(yè)類院校的教學需求，知識面涵蓋從低端到高端逐步行進的技術(shù)模式。機械上從零件設(shè)計工藝加工入手到最終裝配，擴展到工業(yè)機器人典型結(jié)構(gòu)和計算方法，以及機器人典型減速器類型等。并為職業(yè)教學考慮，模塊增加常用的齒輪傳動、同步帶傳動、蝸輪蝸桿傳動、行星減速傳動、諧波減速等。電氣方面從控制柜入手，從電氣元器件組成種類及使用方法，到電氣設(shè)計原理及配線原則等，進而提升到單片機、嵌入式等工業(yè)常用控制系統(tǒng)上，并增加電氣硬件機器人控制卡的原理和組成及詳細說明和使用方法等。軟件上使用工業(yè)設(shè)備常用的VC平臺，可以從最簡單語句開始逐漸了解機器人控制軟件的編制方法，進而升級到機器人控制算法的數(shù)學模型及控制方法等。教學機器人最終的成功與否還在于應(yīng)用在具體教學中會對教師與學生科研與工作的作用大小，博實公司模塊化可拆裝機器人的目的也就在于此，模塊化機器人也屬于工業(yè)作業(yè)型教學機器人，除具備串聯(lián)機器人一切功能外，還具備可拆裝模塊化重組的新興理念，功能特點如上所述，以下就機器人機械、電氣、軟件、功能主要方面對機器人教學中對學生受業(yè)效果詳細說明：機械：傳動結(jié)構(gòu)與工業(yè)機器人一致機器人采用同步帶傳動、諧波減速傳動等工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)，且每一關(guān)節(jié)具體結(jié)構(gòu)等參照工業(yè)機器人研發(fā)設(shè)計，基本保持一致。且關(guān)鍵部位結(jié)構(gòu)可視化，同時，說明書擴展介紹其他機器人常用結(jié)構(gòu)甚至設(shè)計計算方法。教學中博實公司提供三維裝配說明書，詳細說明具體結(jié)構(gòu)，增加教學內(nèi)容，有助于學生畢業(yè)后在機器人相關(guān)企業(yè)工作時，很快掌握機器人的結(jié)構(gòu)并做到高效率的維護。模塊化可拆裝機器人注重拆裝理念，結(jié)構(gòu)上包括工業(yè)現(xiàn)場機電設(shè)備常用的傳動結(jié)構(gòu)，比如蝸輪蝸桿、齒輪傳動、行星減速傳動、諧波減速傳動、同步帶傳動等，可以在教學中對以上傳動結(jié)構(gòu)應(yīng)用和特點有一個直觀的了解，并通過親自動手拆裝，了解傳動的基本用法，對走上工作崗位后能較快適應(yīng)環(huán)境非常有用，并使得學生畢業(yè)后的能力大幅度提高，具有重要意義。結(jié)構(gòu)零件與工業(yè)機器人一致機器人均采用優(yōu)質(zhì)碳鋼與鋁合金材料制造，采用加工工藝與工業(yè)機器人基本一致，相當于工業(yè)機器人小型化而已。且機器人標準件如軸承等也均與工業(yè)機器人相應(yīng)結(jié)構(gòu)類型一致，教學中可全面對學生進行機械工藝知識和裝配原理的講解，使得學生從基礎(chǔ)細節(jié)全面掌握機器人技術(shù)。電氣：電機應(yīng)用進口伺服電機和優(yōu)質(zhì)步進電機機器人驅(qū)動電機選用日本進口伺服電機，配套驅(qū)動器，完全與工業(yè)機器人和工業(yè)現(xiàn)場機電設(shè)備應(yīng)用類型一致，可全面了解電機控制方法和注意事項。掌握編碼器等原理技術(shù)。 同理也可全面掌握步進電機的原理和控制方法與應(yīng)用中的注意事項等，讓學生可全面掌握高端機電設(shè)備驅(qū)動電機的種類和原理，在走上工作崗位后可快速輕松地了解企業(yè)機電設(shè)備的原理和使用方法，甚至進行設(shè)計改良等。電氣控制元件工業(yè)化機器人控制柜內(nèi)部元件均采用工業(yè)化元件，如斷路器、接觸器、接線端子、控制電纜等，并嚴格按照工業(yè)設(shè)備配置程序進行操作，安全等級與工業(yè)設(shè)備相比，有過之而無不及。博實公司可提供電氣控制原理與配線圖，學生可從基礎(chǔ)元件學起，到電控柜配置，掌握控制原理的同時，了解注意事項以及接線原理和維護方法。其功能作用在工業(yè)現(xiàn)場工作時顯而易見。嵌入式控制系統(tǒng)博實公司機器人也可采用基于PC104總線的嵌入式控制系統(tǒng)進行控制，與工業(yè)機器人控制原理一致，可以讓學生深層次了解控制方法并掌握機器人控制卡的原理和使用方法。對更高要求的學生以及教師科研都有所作為，在工作崗位的科技攻關(guān)可見一斑。軟件：控制軟件全面開放機器人控制程序及算法面向用戶全面開放，包括一些不涉及知識產(chǎn)權(quán)的源代碼也將對用戶開放，將極大擴展機器人的教育內(nèi)容和意義，對學生走上工作崗位后，掌握機器人及機電設(shè)備的控制方法甚至語言編制都有重要意義。功能：使用功能與工業(yè)機器人一致由前述機器人實驗指導(dǎo)書內(nèi)容可以看出，機器人產(chǎn)品具有裝配、搬運、軌跡規(guī)劃實驗等功能，末端工具氣動夾具和特定用途工具，與工業(yè)串聯(lián)機器人應(yīng)用一致，加上在機械、電氣、軟件的一致性，可以說此種教學機器人除犧牲一部分精度外，其他就是工業(yè)機器人的翻版小型化，并注入特定的設(shè)計教學理念?？梢哉f學習到博實公司機器人的知識內(nèi)容，將一對一的了解相應(yīng)工業(yè)機器人的操作方法，功能實現(xiàn)原理等作用，并進一步拓展到其他工業(yè)機電設(shè)備的功能實現(xiàn)和設(shè)備維護作業(yè)。末端可連接多種工具機器人末端可除氣動手爪外，還可連接電磁鐵、真空吸附系統(tǒng)等工具，極大的豐富了教學內(nèi)容，通過末端工具的不同，可以學習機器人軌跡規(guī)劃的技術(shù)和原理以及操作方法，其道理等同于機器人焊接技術(shù)?？梢允沟脤W生在工作崗位上很快接受并掌握機器人焊接等作業(yè)操作方法。真正學以致用。綜上所述，博實公司模塊化