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激光切割作业示教编程虚拟仿真实验教学项目


所属专业:工业机器人


       随着工业制造业的高度发展,智能制造已成为未来产业的主流趋势。在这个过程中,工业机器人在生产线上的广泛应用,大大提高了生产效率和准确性。其中,激光切割作为一种高精度、高效率的加工方式,得到了广泛的关注。在这种背景下,工业机器人激光切割钢板编程技术成为了迫切需要掌握的关键技能。

       本课程采用虚拟仿真实验的形式,让学员在安全、无风险的环境中掌握工业机器人激光切割钢板编程技能。通过这个课程,学员可以熟练掌握示教器的使用方法,进而提高熟练度,提升技能。

       本课程旨在帮助学员了解工业机器人激光切割钢板编程的基本原理和操作方法。课程内容将涵盖示教器的使用,激光切割参数设置,切割路径规划等方面。


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实验教学项目负责人情况
姓名 江自昊 性别 出生年月 1984.2
学历 本科生 学位 硕士 专业技术职务 中级工程师
行政职务 骨干教师 专业 人工智能 邮编 241001
地址 中国安徽省芜湖市银湖北路62号

教学研究情况

1、主持的教学研究课题及荣誉:


1)安徽省重点教研项目《基于AR的高职院校【计算机组装维护】理实一体化课程建设的研究与实践(项目编号:2016jyxm1119)》,安徽省教育厅,2016.

2)安徽省教学成果奖《高职院校嵌入式方向高水平应用型技能人才培养模式的实践(项目编号:2018jxcgj126-02)》,安徽省教育厅,2019.

实验教学项目服务团队情况
团队主要成员


团队其他成员

共享应用

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名称

激光切割作业示教编程虚拟仿真实验教学项目

实验目的

本课程旨在帮助学员了解工业机器人激光切割钢板编程的基本原理和操作方法。课程内容将涵盖示教器的使用,激光切割参数设置,切割路径规划等方面。通过本课程的学习,学员将能够:

  • a. 熟练掌握示教器的操作方法,实现高效激光切割编程。
  • b. 了解激光切割工艺参数,提高切割质量和效率。
  • c. 掌握切割路径规划,降低材料浪费,提高生产效益。
  • d. 提高工程实际应用能力,为未来工作和学术研究打下坚实基础。
      本虚拟仿真实验课程将为学员提供一个实用、高效的学习平台,助力学员成为激光切割领域的专业人才。
实验课时

(1)实验所属课程所占课时: 4

(2)该实验项目所占课时: 2

实验原理

通过示教器编程控制机器人手臂进行几何运动,使机器人精确完成编程指定的动作,完成手臂上装载的切割装置对目标的切割。

核心的仿真点在于精确演示程序运行后机械的运动轨迹,演示方式为3D,仿真度与真实场景100%一致。

知识点:

(1)工作站构建

(2)编程生成轨迹

(3)轨迹的优化

(4)后置操作及查看运行效果(3D效果或者数字孪生真机效果)

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实验方案
实验方案设计思路:

1.登录

学生通过网络或者在实验现场通过VR设备访问仿真系统。

2.主界面

引导学生了解课程知识背景、课程目的等。

3.熟悉示教器操作界面

引导学员熟悉示教器的操作界面,了解各个功能模块的作用。通过操作示教器,学习控制工业机器人的基本动作,例如:点动、连续运动、坐标系变换等。

4.激光切割参数设置

讲解激光切割工艺参数的设置方法,包括激光功率、切割速度、焦距等。引导学员根据不同材料和厚度选择合适的参数,以保证切割质量和效率。

5. 编程实操

在虚拟仿真环境中,引导学员通过操作示教器完成激光切割钢板编程任务。学员需根据实际需求设置激光切割参数、规划切割路径,并实现工业机器人的精确控制。

6. 模拟运行与调试

学员完成编程后,进行模拟运行,观察激光切割过程是否符合预期。直至达到满意的切割效果。

7. 考核与反馈

根据考核模式同学的请求提示的次数,评估学生的掌握水平,帮助学员不断提高激光切割编程技能。


教学方法:

一、使用目的

教学方法的设计旨在通过有效、多样的方式激发学员学习兴趣,帮助学员在虚拟仿真实验课程中充分掌握工业机器人激光切割钢板编程的技能。同时,教学方法应促进学员自主学习、团队协作,提高学员的实际操作能力、问题分析与解决能力,为将来的实际工程应用奠定基础。

二、实施过程

  • 1.理论讲解与实践相结合:在教学过程中,将理论知识与实践操作相结合,使学员在掌握基本原理的基础上,能够在虚拟仿真环境中进行实际操作。
  • 2.任务驱动教学法:根据实际工程需求设计具有挑战性的编程任务,激发学员的学习兴趣和主动性,促使学员在解决问题的过程中自主学习和探索。
  • 3.分组合作学习:鼓励学员进行分组合作学习,共同完成编程任务。通过团队协作,学员可以互相学习、交流经验,共同解决问题。
  • 4.示范与指导相结合:教师在课堂上进行操作示范,为学员展示正确的操作方法和技巧。在学员进行实践操作时,教师提供及时的指导和帮助。
  • 5.反馈与评估:针对学员在虚拟仿真实验中的表现,教师进行成果评估,并给予及时的反馈。对学员在编程过程中遇到的问题进行针对性指导。
  • 6.自主学习与拓展:鼓励学员在课程学习之外,利用网络资源、图书等途径进行自主学习和知识拓展。

      三、实施效果

      • 1.学员兴趣提高:通过多样化的教学方法激发学员学习兴趣,提高学员的学习积极性和主动性。
      • 2.技能掌握:学员能够在虚拟仿真环境中熟练掌握工业机器人激光切割钢板编程的技能,包括示教器操作、激光切割参数设置、切割路径规划等。
      • 3.团队协作与沟通能力提升:课中通过分组合作学习,学员可以学会在团队中发挥自己的优势,互相学习、交流经验,提高团队协作能力和沟通技巧。
      • 4.问题分析与解决能力提高:通过案例分析与讨论,学员能够锻炼自己在实际工程中遇到问题的分析和解决能力。
      • 5.自主学习能力加强:鼓励学员进行自主学习与拓展,使学员能够主动寻求知识,提高综合素质和专业能力。

          通过实施多样化的教学方法,可以有效提高学员在工业机器人激光切割钢板编程方面的技能和素质,为学员未来的实际工程应用和职业发展奠定坚实基础。

评价体系:

1.课后练习评分

继续采用学生完成课后练习评分的方式来评价学员掌握的知识和技能。课后练习涵盖课程中涉及的重点知识点和技能,帮助学员巩固所学内容。评分标准应明确、具体,以便于评价学员的实际操作能力和理论知识掌握程度。

2.实操考核评价

在实验课程结束时,组织实操考核,评价学员在真实环境下的操作技能。实操考核开机初始化、包括激光切割编程等方面的评估。根据考核成绩,了解学员在实际操作中的技能水平。

3.团队协作与沟通能力评价

通过课中观察学员在分组合作学习中的表现,评价其团队协作与沟通能力。可考察学员在团队中的积极性、负责态度、协作精神等方面,以了解学员的团队合作素质。

4.案例分析与讨论表现评价

在案例分析与讨论环节,评价学员的问题分析和解决能力。观察学员在讨论中的思考深度、逻辑清晰程度、创新能力等方面,以全面了解学员的综合素质。

5.自主学习与拓展成果

鼓励学员进行自主学习与拓展,可以通过查看学员的学习笔记、报告、作品等方式,了解学员在课程之外所取得的学习成果。

6.学员反馈

收集学员对课程的反馈意见,了解学员在课程学习过程中的感受、需求和建议。这有助于教师及时调整教学方法和策略,以更好地满足学员的需求。

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实验教学项目持续建设与共享服务计划
持续建设与更新:

1. 实验内容持续建设与更新:不断更新和细化机器人激光切割示教编程虚拟仿真实验教学的操作步骤,增加功能设计,满足教师用户和学生用户对于示教器编程操作技能培训的需求。

2. 实验平台持续建设与更新:不断建设和增强数据平台的稳定性和共享性,满足更多更广用户的同时访问需求,并加强网络管理力度,以便更安全地使用该虚拟仿真项目,培训从机器人手臂单一往复运动开始,逐渐向复杂的曲线运动全覆盖。


面向高校的教学推广应用计划:

首先可以针对物联网、人工智能、嵌入式专业学生进行实验课教学,依托我院培训基地,再免费向合作院校及其他校外师生中推广并预约开放。


面向社会的推广和持续服务计划:

高校推广后,通过一段时间的实践教学后,客观评估教学效果,后期将在校际交流中,校外合作企业进行经验和资源共享,从而进行教学成果应用推广。

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