工业机器人虚拟仿真教学应用研究

工业机器人虚拟仿真教学应用研究

文/蔡宇翔

摘要：工业机器人虚拟仿真技术是工业机器人中级职业技能的一个重要组成部分，同时又是工业机器人操作学习中的一个得力工具。如何应用好虚拟仿真工具来促进工业机器人教学、职业技能提升是当前高校工业机器人专业教学的一个重要方向。本文主要探讨了如何使用ABB虚拟仿真软件RobotStudio来促进教学和职业技能教育的提升。

关键词：工业机器人；虚拟仿真；RobotStudio；职业技能0 引言

当前我国制造业正处于“智造”转变的关键时期，工业机器人在其中扮演着重要角色。高职院校工业机器人相关专业主要培养从事工业机器人的操作、编程、维修、维护等任务的高端技能型人才。许多院校要求学生毕业时能力达到工业机器人应用编程中级水平，其中编程仿真是中级职业技能的一个重要部分。1 RobotStudio与中级职业技能

国务院发布的《国家职业教育改革实施方案》指出，要积极推动学历证书+若干职业技能等级证书制度。工业机器人编程应用中级职业技能“离线编程与测试”部分要求该技能等级需具备仿真环境搭建、参数配置、编程仿真能力。RobotStudio丰富的操作模块完全满足中级职业技能等级的教学需求。下面针对中级技能等级的需求，探讨如何充分发挥RobotStudio在教学中的应用。

2 RobotStudio在教学中的应用2.1 仿真环境搭建

图1󰀁RobotStudio操作界面

RobotStudio具有十分友好的操作环境界面，如图1所示。其包含了ABB公司所有类型的工业机器人。高职院校在购买相关机器人设备后，完全可以在软件中复现该设备结构和功能。在软件主界面可以实现机器人及其周边设备的轨迹仿真、运动控制等，主要通过以下几个模块来实现：

（1）󰀁视图界面与基本选项卡。该模块是机器人仿真的主要展示界面，在该界面上能够直观看到机器人的具体结构，导入的外部设备，导入用户自己创建的配套结构、机器人的工作范围和运行等，是RobotStudio对外展示的主要窗口。

（2）󰀁建模功能。在该选项内用户可以使用自带的建模功能创建自定义的外围结构设备，也可以通过机械装置、工具、输送带等工具创建不在软件模型库内的设备。但RobotStudio的建模功能并不方便，在使用中通常通过其他CAD软件建模，将外围模型转换成sat、stp等指定格式导入软件中。

（3）󰀁仿真功能。在该选项可以实现机器人末端的碰撞监控、仿真、信号监控等。在该选项内还可以查看机器人TCP的轨迹，直观展现各种指令的运行特点，让学生对指令的运行有更加深刻的印象。

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教育前沿 Cutting Edge Education

由于高校的经费有限，因此不能做到生均一台设备，通过在RobotStudio搭建与真实设备相同的操作环境，能够充分满足学生的操作需求。此外软件还带有录像功能，可以上传机器人程序的运行结果录像至各类教学app中，方便教师在线上批改学生作业，及时了解学生对编程能力的掌握程度，做到“线上+线下”教学的同步进行。2.2 参数配置

由于机器人是适应实际工业生产和工艺流程的设备，RobotStudio软件自带模型库文件通常不能满足实际操作的需求。为了满足用户自定义功能的需求，在软件中，用户末端工具的创建主要有两种方式：

（1）󰀁创建工具。通过“创建工具”方式可以创建的工具端有焊枪、胶枪、激光头、吸盘等，其特点是工具内部是固定的，没有可以移动的活动部件。通过创建该种类型的工具，可以实现码垛、雕刻、激光切割等功能。

（2）󰀁创建机械装置。机械装置是RobotStudio虚拟环境中组成活动部件的主要组成部分，系统自带的机器人模型、输送带、变位机等均属于机械装置类型。对于气动夹爪、焊钳等在工艺运行中内部需要进行活动的工具，可以通过该方式来实现。

除了用户自定义工具，对于机器人工作站附加的其他设备如输送带、快换接头、电机、传感器等，可以通过Smart组件来实现。Smart组件是实现机器人生产线仿真的核心模块之一，该模块可以认为是一个内部封闭、只留外部I/O接口功能模块，在配置好Smart组件内部的各项属性后，机器人就可以像操作I/O一样来实现对外部设备的控制。

熟练运用自定义工具和Smart组件可以在锻炼学生的对软件的掌握能力，同时节约教学资源提高现实设备的利用效率。2.3 编程仿真能力

在真实的机器人设备中，学生学习和操作主要是通过示教器进行。RobotStudio中虚拟示教器的界面与真实示教器一致。通过虚拟示教器学生可以完成基本程序的编写，方便新手对机器人操作的快速掌握且无安全状况的担忧。

在学生学习编程熟练到一定程度后，就会发现受限于示教器的操作局限性，单纯的示教器操作在程序编写与调试时非常地不方便。此时适时

拓展有关RAPID模块的教学。RAPID模块是RobotStudio中的高级编程环境，在该模块中机器人编程有了更高的自由度，相应的调试也更加方便。同时RAPID还自带帮助功能，灵活应用帮助功能可以加深学生对指令的理解，深入学习指令的各部分组成及其作用。2.4 职业技能往高级拓展

完成中级职业技能的学习后，学生可根据自己的需要和能力进一步向高级职业技能学习。高级职业技能对虚拟仿真的开发要求是：能进行系统虚拟仿真的调试、实现二次开发。通过综合学习和使用RobotStudio中Smart组件、ScreenMaker模块、RAPID程序等，可以根据客户的工艺需求在电脑端进行虚拟产线的展示，完成高级职业技能的拓展。

学生在掌握上述功能后，那么对整套机器人的软件编程模块部分就已经完全掌握了，可以进行工业生产的开发实践，为职业生涯做准备。3 结语

综上所述，在工业机器人教学中，虚拟仿真软件占据核心的地位。它既能满足高效对于教学资源不足的需求，又能扩展学生对机器人编程深入学习的需求，提高学生的综合编程操作水平。在教学中，如何充分发挥虚拟仿真软件的作用，构建适合课堂教学的项目显得尤为重（下转116页）󰀁

教学创新 

互动教学模式在小学数学中的应用分析

文/王作平

摘要：伴随着社会经济水平的提升，以及新课程的不断改革，教育部门对人才培养更为重视，要求老师们在教学当中，应当利用互动教学模式实现与学生之间的密切沟通，促进知识交流。数学这门抽象的学科在学习过程中，往往会有大部分小学生难以理解数学知识，但又缺乏与老师们进行交流的勇气和能力。而新课程教学中，往往建立在传统教学的基础上，更要求教师们加强师生交流，因此，本文基于对互动教学模式的认识，主要分析优化小学数学教学的相关策略。

关键词：互动教学模式；小学数学；教学策略

社会文明脚步的飞速进展，给各个行业都带来了很大的影响，在一定程度上，也实现了教育事业的改革创新。互动教学模式的提出更为符合现代社会对人才的多样化需求，也为教育事业引入了新的教学养分。在该种教学模式的应用下，师生距离得以拉近，在与老师们的交流当中，降低了数学难度的同时，学生们也可以实现对知识的有效学习。可见对此展开研究，是当下教师们的一项重要教学任务。1 互动教学模式的基本认识

与传统教学模式之间存在着显著的差异，这种互动式教学，主要是教师与学生们之间对数学知识，可以进行频繁交流和深入分析，继而互相影响，实现教学的一种活跃氛围。在这种互动教学模式应用过程中，老师改善了以往在学习中的主导地位，将教学中心放在了学生们的学习态度和学习进展方面，实现对学生主体地位的尊重。这一过程有助于小学生们自身主观能动性的提升，在学习知识方面的积极性也有所变化。互动教学模式的最大特征，便是其具备的“互动性”，教学引导方与学习方对于所学的知识展开多样化的交流，这些知识便因此得以共享，教学的价值将上升了一个高度。对于该种教学模式的具体应用，能够更好地满足人才培养的要求，在教学中有着巨大的价值。

2 加强互动教学模式在小学数学中的应用策略研究2.1 打造适当学习环境，养成互动学习习惯

学习环境一直以来都在一定程度上影响着学生们的学习状态，学习的注意力，认真程度，以及对知识的理解程度等等，都受到外界环境的约束。作为有一定教学经验的教师，也务必要认识到环境与学习之间的密切关系，应当在自身职业素养的基础上，以温和专业的教学态度，创造和学生们之间的互动机会，并不断鼓励学生们勇敢提出自己不懂的问题。这种互动性的学习环境能够感染和改善小学生对数学知识的学习态度。

比如，在学习《认识人民币》这节课程时，老师可以在课堂上拿出不同的人民币，问学生们，有谁认识这些？它如何使用，某些金额能够买到什么东西等等？回答正确的学生们，老师应当对其进行鼓励和表扬，培养学生对数学课程的学习兴趣与信心。基于对学习环境的有效塑造，小学生们更容易在这种场合下养成互动的习惯，对他们后期在学习方面的兴趣也有所推动，是一种更为理想的教学形式。2.2 制定趣味游戏教学，挖掘学生学习潜力

对于小学生们来讲，课堂上的学习方式，远远大于所学习的内容。不难发现，不少小学生都认为数学比其他学科乏味得多，这种固有的思维模式，在一定程度上限制了学生自身的学习潜力。新课改里对教学也有着趣味性的要求，教师便可根据这一点，结合对学生们学习特征的了解与认

识，可以在课堂上展开一些比较有趣味的游戏教学。为学生制定趣味游戏，一方面吸引学生学习兴趣，一方面可以让数学知识以游戏为载体，轻松有趣地获取相关知识。

例如，人教版小学数学教材里，《混合运算》这节课程内容，老师要以小组的形式展开游戏。通过对小组的合理划分，正确引导小组成员参与其中。各个小组根据老师所给出的一组数字，自行采用混合运算，使这组数字之间通过计算得到最小的结果。小组学生们之间通过合作，提升自身的团结能力，并强化学生们对混合运算的学习记忆，使互动教学的价值得以体现。

2.3 现代化教学方式的应用，塑造高效教学效果

教育的进步要结合社会发展近况，新型教学方式也应当为学生们更好地了解现代社会做好准备。互联网技术在教学当中的应用，可以不限时间地点地给师生创造更多的交流机会，也更为便携地及时帮助学生们解决数学习题方面的问题。那么，教师便可以利用互联网技术来强化师生之间的互动，创建班级的微信群，QQ群，或者是一些学习的网站，让学生们在课余时间或者假期时间，都可以通过这些线上渠道与教师进行交流。如此一来，小学生不仅掌握了数学知识，也拉近了他们与现代社会的距离，实现知识与综合素养提升的双赢效果。

比如，学习《图形的变幻》，老师可以通过微信群了解学生们完成该节课程作业的情况，学生们也能够实现与老师们不限地点地进行沟通的效果，及时提出自己对数学知识的不懂之处，充分地发挥现代化教学形式的作用，满足新课程改革的教学要求。3 结语

总而言之，数学的学习对学生的思维方式有很大的要求，作为老师，应当注重从各个方面去培养学生的思维方式。互动教学模式应用在小学数学课程教学当中，有利于教师们了解学生的学习情况，也为学生们掌握更多知识提供了多样化的机会。教育部门可以针对互动教学模式，建立系统化的教学形式，挖掘该种教学模式的潜在功能，以此展开高效教学。参考文献：

[1] 满海芳.互动教学模式在小学数学教学中的应用策略[J].学周刊,2018(30).

[2] 林廷元.分析互动教学模式在小学数学教学中的应用对策[J].名师在线,2018(34).

[3] 党金平.互动教学模式在小学数学高年级中的应用分析[J].课程教育研究,2019(50).

（作者单位：贵州省册亨县坡妹镇纳力学校）

（上接114页）要。开发难度适中的项目式教学能够有助于学生快速掌握机器人编程技术。从笔者的教学经验来看，建议机器人专业的教育者可以通过模拟实现本校所采购的机器人工作站设备的功能，如实现码垛、仓储等常见的功能来作为教学提升的一个突破口。参考文献：

[1] 郝翠霞,叶晖.工业机器人实训课程的虚拟仿真教学研究[J].实验技术与管理,2018(06).

[2] 王超,邓卫国.基于Robotstudio的“工业机器人仿真技术实训”课程开发与教学设计[J].辽宁省交通高等专科学校学报,2017(05).

[3] 郝翠霞,叶晖.基于Smart组件的工业机器人码垛仿真设计[J].自动化技术与应用,2018(08).

[4] 姚钢.仿真技术在高职工业机器人专业教学中的应用[J].时代农机,2017(09).

（作者单位：台州科技职业学院机电与模具工程学院）

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