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智能机器人实验室建设研究

发布日期:2022-06-15   来源:变频器世界   作者:段莉   浏览次数:1272
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【摘   要】:摘要:智能机器人是多学科交叉的综合体,在工业机器人专业的教学改革和学生技能培养发挥着重要作用。本文以智能机器人及智能装备

  要:智能机器人是多学科交叉的综合体,在工业机器人专业的教学改革和学生技能培养发挥着重要作用。本文以智能机器人及智能装备产业培养聚集模式,实验室的建设定位和实验体系的建设契机,用以促进科学研究和竞赛发展。

关键词智能机器人实验室建设科学研究

中图分类号:    文献标识码:                        文章编号:

Research on the Construction of Intelligent Robot Laboratory

Duan Li

Chongqing Creation Vocational College, Chongqing District of Yongchuan City Chang Zhou Road West No.28, 402160China

Abstract: Intelligent robot is a multi-disciplinary complex, which plays an important role in the teaching reform of industrial robot specialty and the training of students' skills. In this paper, the cultivation and aggregation mode of intelligent robot and intelligent equipment industry, the establishment of laboratory and the construction of experimental system are used to promote the development of scientific research and competition.

Key words: Intelligent robot; Laboratory construction; Scientific research

 

1  引言

智能机器人是多学科交叉的综合体,是最典型的机电一体化产品[1]。涵盖了机械、电子、控制、传感、计算机等学科的内容。机器人作为一个典型的系统对象,是工程训练、专业建设、教学实验的最佳教学研究平台,是所有创新工程教育改革的载体。智能机器人是前言的学科,容易激发学生的兴趣,学生可以对机器人进行扩展设计和开发,以提高学生的创新能力。所以,机器人学习与实践是开展创新教育的最好选择。建立以机器人为主要平台的创新教学,可以让各个专业的学生在专业课程学习的基础上,将理论知识与实践相结合,发展多元化智能,提高创新和实践能力[2]

 

2  智能机器人实验室构建思路

2.1  机器人及智能装备产业培养聚集模式

依托于重庆科创职业学院的师资力量,于2015年建立高新技术基地并组建智能机器人实训室。该实训室采用“3+3+6模式。即三大平台、三大板块和六个结合。三大平台即协同创新及研发公共服务平台、创新孵化及应用推广服务平台和金融及资本服务平台;三大板块即机器人数控机床智能装备整机及整线板块、机器人数控机床智能装备关键功能部件及关键应用单元板块和数字化生产线、数字化车间、数字化工厂系统集成板块;六个结合:政、产、学、研、资、用六个方面相结合。由政府负责营造产业氛围,搭建产业平台优化政府服务环境,推动市场良性发展;鼓励和支持一批企业尽快实现研发成果转化应用;建立研发、管理、创业人才培养体系和队伍;成立研究所,开展共性核心技术协同创新;引进社会资本进入机器人及其智能装备领域投资合作;结合用户推进运动控制及智能制造技术产品应用,开发市场需求,促进机器人及智能装备产业健康有序快速形成。其结构图如附图所示。

 

附图  机器人及智能装备产业培养聚集模式

2.2  智能机器人实验室建设目标

根据教学实践需要,实验室设备配置包括通用计算机系统、小型足球机器人、轮式智能移动机器人平台、示教型教学工业机器人、各种传感器等。软件系统包括Matlab、机器人编程系统、通用编程语言环境等。实验室即将购进灭火机器人、扫地机器人以及自主设计机器人的各类配件[1]。智能机器人实验室以智能机器人技术为核心,以培养创新型学生为目标,以各种创新实验为载体,为学生提供开放性的实验平台,组织学生开展创新实验。实验室建设核心目标是:

(1)成为智能机器人专业课程教学的重要基地

一方面,学生在学习基本的传感器原理、测试及处理过程的同时,以“体验知识、用知识”的方式创新性地学习专业知识;另一方面,考虑学生学习特点,在传统知识验证、项目学习的基础上,融入动手实践和创新环节。

(2)学生自主创新、自主设计的重要基地

让学生在实验室有效的管理下,能够以项目流程的方式进行智能检测、信息融合、智能信息处理等智能系统相关的项目创新实践。培养学生的团队合作能力、探究能力、创新能力。

(3)成为学科建设、创新性研究人才培养的基地

学科发展直接关系到学生技术学习、理论学习的方向和目标,所以,从学科的角度来考虑实验室建设,进行创新性课题研究,对于学生的专业学习、专业取向都有非常大的作用。

(4)成为学校教学模式改革、创新人才培养的示范基地,促进学校教学模式全面改革

在传统专业课程的基础上融入动手实践与创新环节是每个学校都在尝试的工作,智能机器人创新实验室中的课程教学、项目创新设计、毕业设计、探索性科研项目实施方式、项目内容等方面体现创新特色,注重人才的专业技能、动手能力及创新能力培养,是学校创新人才培养的示范基地,为学校教学创建亮点实验室,有推广作用。

 

3  机器人实验室总体系统实现

实现教学的实践性、开发性和创新性,是建设创新创业实验室的根本目的。机器人竞赛旨在引导和提升大学生自主学习、实践性学习和创新性学习,这也是符合创新创业的实验室的建设目标。机器人技术创新实践基地建设,探索建立一套由课内实验、课程设计和课外创新实践相结合[3],专业课程创新项目、创新课程项目和创新竞赛项目相补充的立体化实践教学体系。根据智能科学与技术的学科特点,智能机器人实验室提供循序渐进的系统课程训练:

3.1  针对低年级学生的系统化基础工程训练

低年级学生对专业知识有一定理解,为激发学生创新动力,建构专业基本知识,学生利用专业课程教学与创新课程平台,进行学科基本能力培养。

(1)专业课程创新项目

培养学生计算思维能力、算法设计及分析能力、程序设计能力,主要课程有《C语言程序设计》、《单片机技术及程序设计》、《计算机接口技术》。

(2)创新课程项目

通过最为典型的示教----再现机器人的教学,培养学生掌握基本程序的编制,掌握最简系统的组装、编程、调试,能够实现基本系统的各种控制,实现机器人画圆弧、五角星等项目控制。另外,学生还能掌握完整智能控制系统的编程与应用方法,为拓展其他应用打下基础。具体项目有:初级实践项目、信息传感类创新项目、综合实践项目、创新项目。

3.2  针对高年级学生的系统化工厂训练

高年级学生对专业知识有较多的理解,激发创新能力,参与科技竞赛,利用自主创新与科技竞赛平台,进行创新能力的培养。

(1)毕业设计项目

对于工业机器人专业的学生来说,机器人竞赛分布在专业实验实践的各个教学环节,可将毕业设计视为机器人竞赛的延续与拓展。在实验室里学生通过机器人竞赛提前对毕业设计内容有所了解和认识,有效地前移毕业设计的工作时间,从而能够在教师指导下延续性地深入完成感兴趣的课题。如传感器相关课题实践、自动控制相关课题实践、路径规划相关控制实践等。这种以赛代练的指导方法以实践验证的改正方法有益于学生的专业技能和创新能力培养。

(2)机器人竞赛项目

机器人竞赛是融合多学科知识的高技术对抗赛,竞赛过程同时具备趣味性和可观赏性。传统的教学模式是以教师为主,学生为辅。而以竞赛促进实验教学的模式更注重学生为主导,极大地增强了学生学习的主动性,也更容易培养学生的创新思维。竞赛采用导师负责制,实验室为指导老师提供适合竞赛训练的科研课题,指导老师帮助学生解决实践过程中遇到的问题,并对学生的工作质量定期检查,使学生的竞赛训练与科研任务结为一体。学生通过实际项目训练,可以熟练地应用到机器人竞赛中,提升竞赛的技术含量。指导教师通过指导竞赛项目,同时促进实验室在机器人应用领域学术水平的提升。

 

4  实验室发展成果

4.1  提高科研水平,促进实验室良性发展

实践证明,科研项目的研究对改善学科软硬件条件有重大作用。[2]为推动实验室建设,促进科研发展,在申报科研课题以优势项目、特色学科为基地,购置大量先进的仪器设备,构建起坚实的实验条件,在完成科研任务的同时,转化为学科教学、科研发展的基础设施,为培养高水平专业人才提供物质支撑。重庆科创职业学院工业机器人专业于2018年成功申报教育部第三批“现代学徒制”试点专业,同时先后申报市级项目5项,校级项目13项,发表包括各级学术论文20余篇,从而极大促进了智能机器人的实验室建设,为实验室的长期发展创造坚实的物质基础和持续的科研动力。

4.2  开展学生科研,培养学生创新创业能力

实验室组织申报大学生创新创业项目。学生通过申报创新创业项目,不仅可以培养学生创新意识,而且资源及其成果可以用于实际教学及科研中,激励相关专业及学科的学生参与自主创新设计。2019-2021年共成功申报校级创新项目5项

4.3  通过学科竞赛,调动学生实践积极性

实验室以培养学生的创新思维为目标,为学生提供了一个开放平台。通过参加竞赛,可以培养学生独立分析问题、解决问题的能力。近年来,学校通过组织学生参与竞赛,先后获得了2017-2021年全国机械行业职业院校技能大赛——“华中数控杯”机器人装调与智能加工单元应用技术大赛一等奖3项,三等奖5项;2018年“一带一路”曁金砖国家技能大赛首届工业机器人装调维修技术大赛二等奖项。

 

5  结语

重庆科创职业学院智能机器人实验室建立以来,已经建立较完善的科研平台和实验实践教学体系,对学科建设和学生创新思维的培养起到了良好的推动作用。

 

参考文献

[1] 王旭仁,刘丽珍,黄向阳.智能机器人实验室建设研究[J].计算机教育.2013,(19):85-87

[2] 庄未,黄用华,李雪梅.机器人研究在机械工程类应用---创新型人才培养中的作用探索][J].教育教学论坛.2014,(9):189-191

[3] 徐晓红,郑志强,卢惠民.构建机器人技术创新实践基地的探索与实践.实验室研究与探索.2015,(3):186-189

[4] 许超,李宾,白永生.基于机器人竞赛的创新创业实验室建设.辽宁大学学报(自然科学版).2017,(3):286-288

[5] 张勇,苏学军.组建人形机器人实验室,构建新型创新实验平台[J].中国现代教育装备.2008,(6):129-130

[6] 于莉.机器人实验室建设的探讨[J].高校实验室工作研究.2010,(3):103-105

[7] 张大伟,邓记才,赵新灿,赵广艳.智能机器人实验室可持续良性发展的探索与实践.教育教学论坛.2015,(09):237-238

[8] 董翠敏,刘永强.以机器人教育为平台培养大学生创新意识和能力.实验室研究与探索.2011,(9):243-244

[9] 姚志凤,薛少平,陈亚娟.机器人创新实验室的多元化模式研究[J].电气电子教学学报.2012,34(5):76-77

[10] 许超,吴新杰.以机器人为工程对象的实验实践教学培养体系[J].实验室科学.2015,18(5):234-236

[11] 姚志凤,薛少平,陈亚娟.机器人创新实验室的多元化模式探究[J].电气电子教学学报,2012,34(5):76-77

[12] 尹立萍.以实践创新能力培养为核心.全面推进实验室开放共享[J].实验科学与技术,2015.13(5):229-231

[13] 方俊,王晓斌,张翔.依托机器人比赛平台指导毕业设计的研究与实践[J].实验技术与管理,2014.31(5):28-31

[14] 闫俊英.以机器人实验为载体的创新人才培养体系的研究.福建电脑.2014(10)75-76

[15] 王海涛、梅雪松、许睦旬.面向产业需求的省级重点实验室建设的实践探索.实验技术与管理.2018.35(07):29-232

 
 
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