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工业机器人虚拟仿真实训室建设方案

发布时间:2022-08-22

编辑人:灵图互动

阅读量:538

1. 工业机器人实训教学现状

1.1 理论知识偏多,实践应用少

工业机器人是综合多门学科的技术,包含机械设计、电气控制、计算机技术及传感检测技术等多学科领域。目前国内本科院校,特别是研究型高校,开设的工业机器人课程大多以理论教学为主,讲授机器人运动学、动力学、位置和力控制、轨迹规划等理论性强、晦涩难懂的理论知识,学生的学习门槛较高,这种模式不适用于地方应用型本科高校,也无法满足社会对工业机器人应用创新型人才的需求。

1.2 学习方法单一,学习资源少

对于开设相关课程的高校,学生可获取的工业机器人技术方面的学习资源较少,大多还是依靠课程配套的教材及图书馆的相关书籍。图书馆书籍数量有限,且纸质的教材普遍存在知识内容较为陈旧、更新速度慢等问题。

部分学生会通过网上查找一些资料,但是网上的资料质量参差不齐,而且比较零散,没有形成一套完整的学习系统。学生缺少学习机器人技术有效、便捷的途径,这一问题也是制约了学生专业技能的学习及创新能力的培养。

1.3 硬件投入不足,操作时间少

成套的工业机器人设备在市场上的价格不菲,少则几万,多则几十万,综合资金、场地和安全等因素,国内普通本科高校一般只购买数量有限的几套工业机器人用于示范讲解,学生能够实际操作的机会较少。

同时,由于工业机器人课程自身的复杂性,教师在课堂上要花费更多的时间用在理论和操作的讲解上,间接的压缩了学生实操的时间,使得学生难以深入、全面的掌握机器人操作,实训效果不佳。

机器人实训教学现状

2. 虚拟仿真实验教学系统的优点

2.1 工业机器人虚拟仿真实训室兼容多品牌机器人、实用性强

一般大品牌的机器人都有自己配套的仿真软件,但是大多只能支持自家机器人的本体建模及仿真模拟,通用性较差。工业机器人虚拟仿真实训室可以根据学院教学目标及教学内容进行定制,兼容任意品牌的机器人,同时按照真实的实验室条件,搭建好虚拟实验场景,提高学生学习的真实性和代入感。

2.2 工业机器人虚拟仿真实训室可模拟真实操作步骤、安全性高

工业机器人实训系统购买单价昂贵,设备后期维护成本高,数量难以满足实训教学的需要,且操作存在一定的安全风险。通过工业机器人虚拟仿真实训室,学生可以随时随地进行虚拟操作,自由反复练习,直至掌握操作步骤和原理,这样可以大大减少课堂实操时的上手时间,避免因操作不熟练带来的设备损坏问题,降低实训成本。

2.3 工业机器人虚拟仿真实训室易实现个性化教学目标、趣味性好

在自主搭建的工业机器人虚拟仿真实训室里,教师可以上传形式多样的教学资源,设计分层次、多任务的实验教学项目,学生可以自主选择学习内容,满足个性化学习需求。另外,工业机器人虚拟仿真实训室能够充分利用虚拟仿真技术的优势,构建逼真的实验环境、设计随机的实验过程、开发有趣的人机交互,激发学生的学习兴趣,培养学生利用现代信息技术探究新知识的能力和创新能力。

虚拟仿真实验教学系统的优点

3. 工业机器人虚拟仿真实训室建设方案

工业机器人虚拟仿真实训室教学内容设计遵循以学生为主体,以实践性和地方人才需求为基本原则,按照项目制教学法的要求,建设多个实验项目,包括机器人基础原理实验项目、机器人拆装实验项目、机器人手动操纵与坐标系设定实验项目、机器人简单运动轨迹编程项目、机器人绘图和机器人搬运码垛综合项目等。项目设计从机器人的基本原理、结构出发,再到基础操作和编程实验,最后是综合型的设计实验,通过这种分层次,循序渐进的学习模式构建一套完整的工业机器人实训体系。

学生可以根据教师的要求,在工业机器人虚拟仿真实训室上选择相应的项目资源进行学习,在课前熟悉工业机器人基础知识,并完成具体项目的虚拟仿真实验操作,对整个操作流程有所了解。学生在实验过程中遇到的问题可以用“课程交流”栏目与教师进行在线互动,教师给予指导和解答。

工业机器人虚拟仿真实训室建设方案

4. 工业机器人虚拟仿真实训室功能

依托学院现有的教学资源及相关硬件设施,定制工业机器人虚拟仿真实验教学资源,建设的基本要求是可根据客户的实际应用需求,进行灵活的定制及二次开发,同时满足先进性、开放性、稳定性和安全性等要求。

工业机器人虚拟仿真实训室具有完整的在线学习流程和教学管理功能,教师可自主上传、修改、制作和整合系统所有图片、文字、多媒体课件、三维模型等资源,也可在线进行师生互动交流,跟踪学生学习进度,对实验结果进行考核评价。

学生根据实验过程和结果,撰写实验报告,对实验过程中存在的问题进行反思和总结,并提出改进建议。对学有余力和感兴趣的学生,可以在虚拟仿真实验系统上进一步深入的学习,完成更高阶的实验项目。教师完成课程考核评价,并对学生提出的反馈意见和建议,进行实验内容和教学方法调整,优化系统资源,改善教学方法。

工业机器人虚拟仿真实训室功能

5. 工业机器人虚拟仿真实训室建设意义

从教学过程来看,虽然大多数学生之前都从未接触过真实的工业机器人,但是实际操作的时候大多容易上手,操作失误率低。课堂的教学组织紧凑、气氛活跃,学生按要求完成任务的比例高。

从提高学生的创新能力和协作能力来看,开放的虚拟仿真教学资源,随机的实验操作过程,都可以很好的锻炼学生的创新能力,培养学生主动思考和解决问题的能力。在实验教学过程中,引导学生进行分组,分工协作,共同完成一项任务,促进相互之间的交流,培养团队协作能力。


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