摘要：為貫徹新工科教育理念，滿足先進(jìn)制造領(lǐng)域?qū)θ瞬诺钠惹行枨?，分析?dāng)前本科高校在機(jī)器人專業(yè)和課程教學(xué)中的現(xiàn)狀及面臨的問(wèn)題，重組實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)資源，組合搭建面向先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)用的機(jī)器人綜合實(shí)踐平臺(tái)，提出實(shí)踐教學(xué)改革方案，以滿足不同層次要求的機(jī)器人教學(xué)目標(biāo)，設(shè)置從基礎(chǔ)操作掌握、技能方法實(shí)踐、工程應(yīng)用創(chuàng)新的漸進(jìn)式能力培養(yǎng)過(guò)程和科學(xué)管理評(píng)價(jià)體系。為探索機(jī)器人技術(shù)實(shí)踐教學(xué)和新工科人才培養(yǎng)提供了經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：新工科工業(yè)機(jī)器人教學(xué)改革實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

ResearchonPracticalTeachingMethodsforRobotinAdvancedManufacturingUndertheBackgroundofNewEngineering

ZHENGBo*LIXiaoleiXUJingxiaGUOShiruiCUILinlinCUIYinghao

CHENYongqian

SchoolofMechatronicalEngineering，ZhongyuanUniversityofTechnology，Zhengzhou，He’nanProvince，450000China

Abstract：Inordertoimplement thenewengineeringeducationconceptandmeettheurgentdemandfortalentsinthefieldofadvancedmanufacturing，thispaperanalyzesthecurrentsituationandproblemsfacedbyundergraduateuniversitiesinRoboticsmajorandcourseteaching，reorganizesexperimentalandpracticalteachingresources，combinesandbuildsacomprehensiverobotpracticeplatformfortheapplicationofadvancedmanufacturingtechnology，proposesapracticalteachingreformplantomeettheRobotteachinggoalsofdifferentlevelsofrequirements.Aprogressiveabilitytrainingprocessandscientificmanagementevaluationsystemaresetupfrombasicoperationmastery，skillmethodpractice，andengineeringapplicationinnovation，whichhasprovidedexperienceforexploringpracticalteachingofRobotTechnologyandcultivatingnewengineeringtalents.

KeyWords：Newengineering;Industrialrobots;Teachingreform;Practicalteaching

在智能制造技術(shù)迅速推廣和廣泛應(yīng)用的背景下，機(jī)械制造業(yè)裝備水平不斷提升，生產(chǎn)模式不斷更新和演化，且呈現(xiàn)出多學(xué)科、多領(lǐng)域交叉融合的趨勢(shì)，這對(duì)從業(yè)人員的知識(shí)結(jié)構(gòu)和專業(yè)能力提出了全新的要求。新工科教育旨在應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，通過(guò)更新教育理念和教學(xué)方法，培養(yǎng)能夠適應(yīng)未來(lái)技術(shù)發(fā)展需求的高素質(zhì)工程技術(shù)人才，可應(yīng)對(duì)多學(xué)科交叉融合的工程需求[1]。

工業(yè)機(jī)器人作為高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人裝備技術(shù)的一部分，屬于“中國(guó)制造2025”規(guī)劃中“制造業(yè)十大重點(diǎn)領(lǐng)域”之一[2]，是智能制造體系中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其在提高生產(chǎn)效率、保障產(chǎn)品質(zhì)量及促進(jìn)制造流程創(chuàng)新等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在實(shí)際生產(chǎn)中，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用不僅需要相關(guān)人員具備牢固的工程技術(shù)基礎(chǔ)，還要求他們具有跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的綜合能力，能夠應(yīng)對(duì)工業(yè)機(jī)器人在特定工作場(chǎng)景中的實(shí)際工程問(wèn)題。。

因此，通過(guò)工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用的實(shí)踐教學(xué)，尤其是與特定應(yīng)用領(lǐng)域相結(jié)合，采取研究式、項(xiàng)目式教學(xué)方法，可以在綜合實(shí)踐能力方面有效鍛煉學(xué)生，以及解決復(fù)雜工程問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工程目標(biāo)的能力。在這一教學(xué)實(shí)踐和探索過(guò)程中，能夠積累多學(xué)科交叉融合的人才培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)，并構(gòu)建相應(yīng)的教學(xué)模式。有助于提高相關(guān)理論課程和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，滿足現(xiàn)代制造業(yè)的實(shí)際需求。

1機(jī)器人教學(xué)問(wèn)題與現(xiàn)狀分析

1.1工業(yè)機(jī)器人教學(xué)現(xiàn)狀

工業(yè)機(jī)器人是一門知識(shí)領(lǐng)域交叉性較強(qiáng)的學(xué)科，涉及的理論知識(shí)包括機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)、自動(dòng)控制理論及應(yīng)用、傳感器和檢測(cè)技術(shù)、程序設(shè)計(jì)相關(guān)課程，在理論教學(xué)與學(xué)習(xí)上較為抽象、知識(shí)密度大。在實(shí)踐上，工業(yè)機(jī)器人實(shí)踐包含機(jī)器人運(yùn)動(dòng)示教控制、程序設(shè)計(jì)編寫與調(diào)試、作業(yè)功能實(shí)現(xiàn)等多個(gè)目標(biāo)，實(shí)踐環(huán)節(jié)任務(wù)復(fù)雜[3]。

目前，多數(shù)本科高校中，機(jī)器人技術(shù)教學(xué)存在兩種模式。一種是將“機(jī)器人技術(shù)”作為傳統(tǒng)機(jī)械工程及自動(dòng)化類專業(yè)、下的一門課程進(jìn)行設(shè)置，通常以機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論和機(jī)器人學(xué)基礎(chǔ)課程的形式設(shè)置；此外，隨著國(guó)家對(duì)智能制造領(lǐng)域發(fā)展的重視，2015—2023年，陸續(xù)有367所高校開(kāi)設(shè)專門的“機(jī)器人工程”專業(yè)[4]。這類專業(yè)在課程設(shè)置上普遍將機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣自動(dòng)化、微機(jī)原理、高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)作為專業(yè)核心課程。從單一課程教學(xué)和學(xué)科專業(yè)設(shè)置兩個(gè)層面，機(jī)器人教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)方法的需求呈現(xiàn)多層次的特點(diǎn)。

1.2工業(yè)機(jī)器人教學(xué)存在的問(wèn)題

隨著機(jī)器人技術(shù)課程、機(jī)器人工程專業(yè)的廣泛設(shè)立，教學(xué)方面也存在相關(guān)問(wèn)題。對(duì)于如何在本科階段培養(yǎng)具備機(jī)器人工程素質(zhì)背景的人才，還需要專門的探索途徑。

目前在本科高校的機(jī)器人工程專業(yè)和機(jī)器人技術(shù)課程的教學(xué)中，最突出的存在的問(wèn)題是理論教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)脫離的情況。在教學(xué)上，由于課程設(shè)置歷史沿革、師資隊(duì)伍背景等多方面原因，多數(shù)機(jī)器人工程專業(yè)課程側(cè)重對(duì)機(jī)器人技術(shù)理論教學(xué)，其主要知識(shí)框架基于傳統(tǒng)的機(jī)器人學(xué)體系，主要內(nèi)容包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、軌跡規(guī)劃、控制理論等[5]。學(xué)生們通常對(duì)工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中的工業(yè)機(jī)器人形式、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用方式缺乏了解，也不清楚使用工業(yè)機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)哪些作業(yè)場(chǎng)景及其具體特征，很難形成面向?qū)嵺`的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，被動(dòng)接受理論知識(shí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生工程思維和創(chuàng)新能力的激發(fā)，阻礙了知識(shí)水平向工程實(shí)踐能力的延伸拓展，難以滿足制造業(yè)對(duì)人才的需求。

在實(shí)踐教學(xué)方面，機(jī)器人技術(shù)課程與專業(yè)兼具理論性與實(shí)踐性，實(shí)踐部分對(duì)于學(xué)生理論與實(shí)際相聯(lián)系結(jié)合的能力培養(yǎng)具有重要意義。然而，由于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)相關(guān)的實(shí)踐部分對(duì)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐設(shè)備與硬件平臺(tái)存在依賴，而工業(yè)機(jī)器人設(shè)備又具有資產(chǎn)價(jià)值高、復(fù)雜精密，管理要求細(xì)、安全防范要求高等特點(diǎn)，通常作為大型精密儀器設(shè)備管理，在本科教學(xué)環(huán)節(jié)的使用受限[6]。實(shí)踐教學(xué)需要投入大量的師資力量、人力資源和管理維護(hù)成本，構(gòu)建完善的實(shí)踐教學(xué)流程和評(píng)價(jià)體系難度更高。這些因素也阻礙了應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人廣泛開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)[7]。

產(chǎn)教研融合不充分，創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)潛能待發(fā)掘。在高校中，機(jī)器人技術(shù)方面多側(cè)重碩士和博士研究生階段的人才培養(yǎng)，難以滿足制造業(yè)對(duì)大量人才的需求[8]。在本科階段，相關(guān)人才的培養(yǎng)薄弱，對(duì)本科教學(xué)方面的滲透和影響有限，導(dǎo)致產(chǎn)教研結(jié)合程度較低、結(jié)合模式不成熟，學(xué)生接觸實(shí)際問(wèn)題、接觸科研前沿的機(jī)會(huì)少，難以培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)和研究能力[9]。

2教學(xué)改革設(shè)計(jì)

2.1面向先進(jìn)制造技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)總體思路

激光加工制造是先進(jìn)制造技術(shù)重要領(lǐng)域之一，本項(xiàng)目所依托教學(xué)和科研團(tuán)隊(duì)，在該領(lǐng)域積累多年經(jīng)驗(yàn)，建立了激光智能制造技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，在完成科研任務(wù)同時(shí)，也承擔(dān)機(jī)械類、材料類學(xué)科的本科教學(xué)活動(dòng)，開(kāi)設(shè)了激光加工技術(shù)、增材制造技術(shù)等相關(guān)課程。激光加工具有激光束可控性強(qiáng)、精度高、非接觸加工等特點(diǎn)，易與包括機(jī)器人在內(nèi)的智能制造設(shè)備結(jié)合，實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化、柔性化，在精密加工、復(fù)雜結(jié)構(gòu)加工及批量自動(dòng)化生產(chǎn)等領(lǐng)域具備明顯優(yōu)勢(shì)[10]，適合應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人實(shí)踐應(yīng)用的作業(yè)場(chǎng)景。

結(jié)合相關(guān)教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在激光加工和機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)和積累，整合現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備等硬件資源和師資等軟件條件，設(shè)計(jì)了面向先進(jìn)制造的工業(yè)機(jī)器人實(shí)踐項(xiàng)目。旨在通過(guò)與先進(jìn)制造技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)任務(wù)式、項(xiàng)目式實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生對(duì)工業(yè)機(jī)器人在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用方式有實(shí)際了解；在此過(guò)程中，讓學(xué)生熟悉以激光制造為代表的先進(jìn)制造技術(shù)，融合思政教育環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)制造業(yè)前沿探索的興趣和熱情，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，培養(yǎng)具有多學(xué)科交叉能力基礎(chǔ)、滿足“新工科”人才培養(yǎng)需要。

2.2實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

面向先進(jìn)制造的工業(yè)機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)體系設(shè)計(jì)，如圖1所示，以滿足不同層次的機(jī)器人教學(xué)培養(yǎng)需求為目標(biāo)，以理論教學(xué)為基礎(chǔ)，實(shí)踐教學(xué)為核心，圍繞激光制造應(yīng)用場(chǎng)景，設(shè)立多層次實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)體系，旨在培養(yǎng)學(xué)生工程創(chuàng)新實(shí)踐能力。通過(guò)科學(xué)規(guī)范化教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)評(píng)價(jià)制度，建立面向先進(jìn)制造技術(shù)前沿的實(shí)踐教學(xué)模式，并為相關(guān)領(lǐng)域?qū)W科競(jìng)賽、產(chǎn)學(xué)研融合等活動(dòng)提供支持。

2.2.1理論教學(xué)基礎(chǔ)

工業(yè)機(jī)器人實(shí)踐培養(yǎng)的學(xué)生來(lái)自多個(gè)學(xué)科專業(yè)方向，既包括機(jī)器人工程專業(yè)，也包括機(jī)械、機(jī)電、自動(dòng)化等相關(guān)專業(yè)，呈現(xiàn)多層次培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)背景的特點(diǎn)。由于學(xué)生背景和培養(yǎng)目標(biāo)各異，需規(guī)范、系統(tǒng)地梳理學(xué)生在參加實(shí)踐學(xué)習(xí)前應(yīng)掌握的前置理論知識(shí)。學(xué)生應(yīng)具備機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等專業(yè)基礎(chǔ)課程知識(shí)，以及傳感檢測(cè)技術(shù)、機(jī)電控制、自動(dòng)化等方面的原理及應(yīng)用，在專業(yè)課程中學(xué)習(xí)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、機(jī)器人控制、軌跡規(guī)劃、機(jī)器人編程等知識(shí)。特別地針對(duì)實(shí)際應(yīng)用廣泛、與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐平臺(tái)相對(duì)應(yīng)的六軸工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行重點(diǎn)講解，以建立理論知識(shí)和后續(xù)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)的對(duì)應(yīng)。

2.2.2漸進(jìn)式能力培養(yǎng)

在理論教學(xué)和學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)的層次化設(shè)置，對(duì)學(xué)生能力水平實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)式培養(yǎng)，滿足不同專業(yè)或不同課程對(duì)機(jī)器人實(shí)踐的需求。在實(shí)踐過(guò)程中，針對(duì)學(xué)生能力，設(shè)置基礎(chǔ)操作掌握、技能方法實(shí)踐、工程應(yīng)用創(chuàng)新三個(gè)層次的實(shí)踐目標(biāo)。

在基礎(chǔ)操作掌握層次，學(xué)生應(yīng)重點(diǎn)掌握工業(yè)機(jī)器人操作的基本方法，熟悉工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及關(guān)節(jié)等組成部分，了解工業(yè)機(jī)器人實(shí)踐實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)備組成、工作原理和作業(yè)過(guò)程。掌握不同運(yùn)動(dòng)模式下機(jī)器人的手動(dòng)操作、編寫運(yùn)動(dòng)程序、設(shè)置坐標(biāo)系參數(shù)、設(shè)置I/O信號(hào)等基本操作方法。在這一層次，學(xué)生應(yīng)掌握工業(yè)機(jī)器人操作實(shí)踐的一般方法，具備在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐工作站平臺(tái)安全、正確操作機(jī)器人設(shè)備的能力。

在技能方法實(shí)踐層次，學(xué)生應(yīng)在掌握基礎(chǔ)操作能力的基礎(chǔ)上，完成實(shí)際實(shí)踐項(xiàng)目中的既定的具體目標(biāo)。如根據(jù)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)實(shí)踐工作站的設(shè)備硬件，讀懂電氣原理圖，連接和配置對(duì)應(yīng)信號(hào)，按要求通過(guò)示教編程或離線編程進(jìn)行軌跡規(guī)劃、控制程序邏輯執(zhí)行并調(diào)試解決運(yùn)行中出現(xiàn)的可能問(wèn)題。在這一層次，學(xué)生通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)操作的能力的綜合應(yīng)用實(shí)踐，解決實(shí)際項(xiàng)目中的某一部分具體問(wèn)題，鍛煉學(xué)生在實(shí)踐中應(yīng)用基礎(chǔ)技能，驅(qū)動(dòng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

在工程能力應(yīng)用層次，以項(xiàng)目式實(shí)踐為手段，向?qū)W生提出基于實(shí)際工程任務(wù)項(xiàng)目的目標(biāo)，如針對(duì)某一零件進(jìn)行激光加工、激光熔覆，學(xué)生以分組形式進(jìn)行實(shí)踐活動(dòng)。針對(duì)這一具體任務(wù)，分析激光加工工藝要求、零件加工特征等，并將加工工藝要求轉(zhuǎn)為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡和程序、各設(shè)備參數(shù)配置和作業(yè)環(huán)境的調(diào)整等。并在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中，根據(jù)實(shí)際實(shí)踐情況，分析遇到的問(wèn)題，找出解決方案優(yōu)化。通過(guò)這一層次的實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生經(jīng)歷工程項(xiàng)目實(shí)踐的全過(guò)程，鍛煉學(xué)生綜合應(yīng)用基礎(chǔ)技能方法，解決工程實(shí)踐問(wèn)題的能力，通過(guò)小組共同實(shí)踐，鍛煉通過(guò)溝通、交流、合作解決問(wèn)題、完成任務(wù)的能力，培養(yǎng)面向工程實(shí)踐創(chuàng)新的綜合素質(zhì)能力。

2.2.3綜合性實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)搭建

本項(xiàng)目相關(guān)團(tuán)隊(duì)在激光制造和機(jī)器人技術(shù)方面具有積累優(yōu)勢(shì)，結(jié)合應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，建設(shè)了多種類面向激光加工、智能制造的虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐硬件平臺(tái)[11-12]。通過(guò)整合現(xiàn)有硬件資源，為學(xué)生提供多樣化的項(xiàng)目式實(shí)踐環(huán)境。

（1）機(jī)器人虛擬仿真實(shí)踐項(xiàng)目。

基于虛擬仿真引擎技術(shù)開(kāi)發(fā)的機(jī)器人仿真平臺(tái)，可設(shè)置參數(shù)模擬機(jī)器人運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，并通過(guò)與機(jī)器人本體連接通訊，模擬機(jī)器人實(shí)際運(yùn)行過(guò)程的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合孿生仿真，仿真平臺(tái)軟件界面如圖2所示。學(xué)生通過(guò)在該平臺(tái)的學(xué)習(xí)，熟悉工業(yè)機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)模式和基礎(chǔ)操作，建立直觀了解與認(rèn)識(shí)，節(jié)省在實(shí)機(jī)平臺(tái)學(xué)習(xí)操作的時(shí)間，為正確、安全實(shí)踐打好基礎(chǔ)。

（2）機(jī)器人高速激光加工。

高速激光熔覆工作站由6kW國(guó)產(chǎn)多模光纖激光器、高速熔覆激光頭與噴嘴、FANUCM20-iD六軸工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)、機(jī)器人移動(dòng)滑軌、3t回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、精密送粉器等設(shè)備組成。可實(shí)現(xiàn)對(duì)軸、輥?zhàn)拥然剞D(zhuǎn)零件的表面激光加工與熔覆，工作站及設(shè)備組成結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。其中，激光熔覆頭配備CCD視覺(jué)同軸成像系統(tǒng)，可在加工中實(shí)時(shí)觀測(cè)路徑工藝質(zhì)量。學(xué)生可通過(guò)該平臺(tái)了解工業(yè)機(jī)器人集成電氣控制設(shè)備、PLC設(shè)備的技術(shù)方法，學(xué)習(xí)機(jī)器人、工作站及其他機(jī)械設(shè)備的電氣集成、安裝和調(diào)試。在學(xué)習(xí)了解六軸工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)器人運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的集成，了解工業(yè)機(jī)器人集成外部軸進(jìn)行聯(lián)動(dòng)作業(yè)的方式。通過(guò)高速激光熔覆設(shè)備，在金屬平面基板、金屬回轉(zhuǎn)件表面進(jìn)行激光熔覆操作。通過(guò)實(shí)踐，學(xué)生可了解如何制定合理的激光加工參數(shù)（熔覆速度、激光功率、送粉量等），并將工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換為機(jī)器人工作站作業(yè)參數(shù)。通過(guò)同軸CCD攝像機(jī)和圖像軟件提供的接口功能，學(xué)生可嘗試編寫程序?qū)崿F(xiàn)軌跡自動(dòng)跟蹤優(yōu)化等機(jī)器人視覺(jué)功能。

（3）機(jī)器人寬帶激光旁軸熔覆實(shí)踐。

大功率寬帶半導(dǎo)體激光熔覆工作站，由4kW直接輸出式半導(dǎo)體激光器、ABBIRB4600-60/2.05型六軸工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)、兩軸工件變位機(jī)、三維柔性焊接工裝平臺(tái)、混合送粉器等設(shè)備組成，工作站如圖5所示。通過(guò)該平臺(tái)，可指導(dǎo)學(xué)生如何針對(duì)待加工零部件的特征，利用兩軸工件變位機(jī)、三維柔性焊接工裝設(shè)計(jì)合理的工裝方案，學(xué)習(xí)六軸工業(yè)機(jī)器人外部附加兩軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)電連接方式、運(yùn)動(dòng)模式、示教和程序編寫等，并應(yīng)用于復(fù)雜表面的異型零件加工任務(wù)中。

（4）機(jī)器人柔性激光清洗。

柔性激光清洗工作站，由300W激光清洗機(jī)、ABBIRB4600-45/2.05型六軸工業(yè)機(jī)器人組成，工作站如圖6所示。學(xué)生通過(guò)該平臺(tái)，可實(shí)踐如何根據(jù)待加工零部件特征，利用兩軸工件變位機(jī)、三維柔性焊接工裝平臺(tái)設(shè)計(jì)合理的工裝解決方案，利用激光清洗機(jī)光斑靈活可調(diào)的特點(diǎn)，初步了解加工過(guò)程中激光特性（掃描頻率、脈沖寬度、激光頻率等）與加工工藝之間的關(guān)系。針對(duì)不同特征的零件，通過(guò)軌跡規(guī)劃、示教編程、離線編程等形式，設(shè)計(jì)合理、高效的清洗路徑。

（5）機(jī)器人自動(dòng)化裝配工作站。

機(jī)器人智能焊接工作站，由搬運(yùn)碼垛機(jī)器人、焊接機(jī)器人、焊接工作臺(tái)、板鏈傳送帶和電氣控制設(shè)備組成，可實(shí)現(xiàn)零件的自動(dòng)上料、夾裝、焊接、打磨、下料等工序，工作站如圖7所示。學(xué)生可通過(guò)該平臺(tái)，實(shí)踐了解工業(yè)機(jī)器人集成于自動(dòng)化生產(chǎn)流程的應(yīng)用，集成機(jī)器人實(shí)現(xiàn)與傳送板鏈、各類傳感器之間的電氣集成、信號(hào)交互、協(xié)同作業(yè)等目標(biāo)，實(shí)踐多機(jī)器人協(xié)同的軌跡規(guī)劃、示教編程、生產(chǎn)節(jié)拍調(diào)試等工作。

2.2.4科學(xué)規(guī)范實(shí)踐教學(xué)管理評(píng)價(jià)

機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)是一個(gè)綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，機(jī)器人及工作站、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐平臺(tái)的實(shí)踐操作本身具備設(shè)備組成復(fù)雜、操作要求較高的特點(diǎn)。結(jié)合激光加工的機(jī)器人應(yīng)用，又增加了一個(gè)維度的實(shí)踐要求，且實(shí)踐活動(dòng)設(shè)計(jì)要求滿足從專業(yè)級(jí)到課程級(jí)的不同教學(xué)要求，在實(shí)踐教學(xué)不同階段對(duì)學(xué)生實(shí)踐層次要求也各不相同。因此，在機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)中，規(guī)范科學(xué)、安全、合理的實(shí)踐教學(xué)管理、評(píng)價(jià)機(jī)制尤為重要。

在實(shí)踐教學(xué)的過(guò)程管理中，可以通過(guò)將實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)分階段進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃和管理。根據(jù)節(jié)點(diǎn)控制法，從設(shè)定實(shí)踐目標(biāo)、實(shí)施教學(xué)過(guò)程、考核評(píng)價(jià)、反思優(yōu)化等環(huán)節(jié)展開(kāi)管理。關(guān)鍵在于確保實(shí)踐目標(biāo)與考核評(píng)價(jià)相互匹配，實(shí)踐過(guò)程與教學(xué)硬件軟件環(huán)境相適配，以及管理過(guò)程與師生之間的互動(dòng)協(xié)調(diào)，全面反映實(shí)踐教學(xué)過(guò)程。在全過(guò)程管理流程中，重視安全實(shí)踐目標(biāo)，在實(shí)踐活動(dòng)開(kāi)展前，以理論講授、現(xiàn)場(chǎng)示范、案例展示等多種形式，向?qū)W生強(qiáng)調(diào)安全實(shí)踐的理念，明確實(shí)踐環(huán)節(jié)中可能的安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，通過(guò)這一過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)中的工程安全思維。

在考核評(píng)價(jià)方面，可以通過(guò)學(xué)生實(shí)踐任務(wù)準(zhǔn)備、實(shí)施過(guò)程、結(jié)果反饋等環(huán)節(jié)交叉多層次設(shè)置實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)，以綜合考察學(xué)生的實(shí)踐能力。采取多種方式，鼓勵(lì)分組實(shí)踐中各個(gè)學(xué)生參與實(shí)踐的積極性，避免小組實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)生參與程度不均衡的現(xiàn)象。不以單一的實(shí)踐考核結(jié)果為考核標(biāo)準(zhǔn)，力求考核評(píng)價(jià)結(jié)果反映學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中的能力提升水平。

2.2.5思政元素全環(huán)節(jié)貫通

機(jī)器人技術(shù)和激光加工技術(shù)，是反映先進(jìn)制造裝備和制造技術(shù)領(lǐng)域的典型[13-14]，特別是近年來(lái)，我國(guó)高校、企業(yè)在這些領(lǐng)域都取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，非常適合在教學(xué)過(guò)程中貫徹思政元素。在實(shí)踐教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)的指導(dǎo)中，教師可以通過(guò)比較國(guó)內(nèi)外機(jī)器人裝備和激光加工技術(shù)的發(fā)展情況，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到我國(guó)制造業(yè)的快速發(fā)展優(yōu)勢(shì)，激發(fā)學(xué)生的民族自信心和科技報(bào)國(guó)的熱情。在學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)，可引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)積極思考、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、務(wù)實(shí)求真的素養(yǎng)品質(zhì)，與“大國(guó)工匠”精神和案例相結(jié)合，使學(xué)生了解工匠精神對(duì)制造業(yè)人才的重要性，樹(shù)立正確的職業(yè)價(jià)值追求，實(shí)現(xiàn)思政教育要求的落實(shí)。

2.2.6支持學(xué)科競(jìng)賽、產(chǎn)學(xué)研活動(dòng)等

通過(guò)機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)為先導(dǎo)，逐步建立在創(chuàng)新人才培養(yǎng)、學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)和研究性活動(dòng)方面的人才選拔培養(yǎng)機(jī)制。在機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)中激發(fā)學(xué)生對(duì)深入學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力，鼓勵(lì)有能力和高素質(zhì)的學(xué)生參與機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽，同時(shí)引導(dǎo)有深造意愿的學(xué)生參與機(jī)器人技術(shù)和激光加工領(lǐng)域的科研活動(dòng)，為相關(guān)領(lǐng)域提供人才基礎(chǔ)。

3結(jié)語(yǔ)

在工科類高校專業(yè)中，機(jī)器人技術(shù)專業(yè)和課程目前處于快速發(fā)展階段，機(jī)器人教學(xué)與實(shí)踐由于涉及多學(xué)科交叉、教學(xué)目標(biāo)層次多樣等特點(diǎn)、面向?qū)嵺`應(yīng)用特點(diǎn)強(qiáng)、實(shí)踐教學(xué)投資和管理門檻高等特點(diǎn)，在該領(lǐng)域亟待探索出面向制造業(yè)迫切需要的人才培養(yǎng)機(jī)制。本文結(jié)合相關(guān)教學(xué)和科研團(tuán)隊(duì)在機(jī)器人技術(shù)教學(xué)、研究和在先進(jìn)制造領(lǐng)域應(yīng)用的突出特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，嘗試了一種面向先進(jìn)制造領(lǐng)域的機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)方法，力求培養(yǎng)符合新工科人才要求的工程實(shí)踐能力強(qiáng)、多學(xué)科交叉背景豐富、綜合創(chuàng)新能力與工程素養(yǎng)高的新型復(fù)合型人才，滿足先進(jìn)制造領(lǐng)域、機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域?qū)θ瞬泡斔偷钠惹幸蟆?/p>

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