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      智能機器人實驗室建設研究

      發布日期:2022-06-15   來源:變頻器世界   作者:段莉   瀏覽次數:2956
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      【摘   要】:摘要:智能機器人是多學科交叉的綜合體,在工業機器人專業的教學改革和學生技能培養發揮著重要作用。本文以智能機器人及智能裝備

        要:智能機器人是多學科交叉的綜合體,在工業機器人專業的教學改革和學生技能培養發揮著重要作用。本文以智能機器人及智能裝備產業培養聚集模式,實驗室的建設定位和實驗體系的建設契機,用以促進科學研究和競賽發展。

      關鍵詞智能機器人;實驗室建設;科學研究

      中圖分類號:    文獻標識碼:                        文章編號:

      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, 402160,China

      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

      智能機器人是多學科交叉的綜合體,是最典型的機電一體化產品[1]。涵蓋了機械、電子、控制、傳感、計算機等學科的內容。機器人作為一個典型的系統對象,是工程訓練、專業建設、教學實驗的最佳教學研究平臺,是所有創新工程教育改革的載體。智能機器人是前言的學科,容易激發學生的興趣,學生可以對機器人進行擴展設計和開發,以提高學生的創新能力。所以,機器人學習與實踐是開展創新教育的最好選擇。建立以機器人為主要平臺的創新教學,可以讓各個專業的學生在專業課程學習的基礎上,將理論知識與實踐相結合,發展多元化智能,提高創新和實踐能力[2]。

       

      2  智能機器人實驗室構建思路

      2.1  機器人及智能裝備產業培養聚集模式

      依托于重慶科創職業學院的師資力量,于2015年建立高新技術基地并組建智能機器人實訓室。該實訓室采用“3+3+6模式。即三大平臺、三大板塊和六個結合。三大平臺即協同創新及研發公共服務平臺、創新孵化及應用推廣服務平臺和金融及資本服務平臺;三大板塊即機器人數控機床智能裝備整機及整線板塊、機器人數控機床智能裝備關鍵功能部件及關鍵應用單元板塊和數字化生產線、數字化車間、數字化工廠系統集成板塊;六個結合:政、產、學、研、資、用六個方面相結合。由政府負責營造產業氛圍,搭建產業平臺優化政府服務環境,推動市場良性發展;鼓勵和支持一批企業盡快實現研發成果轉化應用;建立研發、管理、創業人才培養體系和隊伍;成立研究所,開展共性核心技術協同創新;引進社會資本進入機器人及其智能裝備領域投資合作;結合用戶推進運動控制及智能制造技術產品應用,開發市場需求,促進機器人及智能裝備產業健康有序快速形成。其結構圖如附圖所示。

       

      附圖  機器人及智能裝備產業培養聚集模式

      2.2  智能機器人實驗室建設目標

      根據教學實踐需要,實驗室設備配置包括通用計算機系統、小型足球機器人、輪式智能移動機器人平臺、示教型教學工業機器人、各種傳感器等。軟件系統包括Matlab、機器人編程系統、通用編程語言環境等。實驗室即將購進滅火機器人、掃地機器人以及自主設計機器人的各類配件[1]。智能機器人實驗室以智能機器人技術為核心,以培養創新型學生為目標,以各種創新實驗為載體,為學生提供開放性的實驗平臺,組織學生開展創新實驗。實驗室建設核心目標是:

      (1)成為智能機器人專業課程教學的重要基地

      一方面,學生在學習基本的傳感器原理、測試及處理過程的同時,以“體驗知識、用知識”的方式創新性地學習專業知識;另一方面,考慮學生學習特點,在傳統知識驗證、項目學習的基礎上,融入動手實踐和創新環節。

      (2)學生自主創新、自主設計的重要基地

      讓學生在實驗室有效的管理下,能夠以項目流程的方式進行智能檢測、信息融合、智能信息處理等智能系統相關的項目創新實踐。培養學生的團隊合作能力、探究能力、創新能力。

      (3)成為學科建設、創新性研究人才培養的基地

      學科發展直接關系到學生技術學習、理論學習的方向和目標,所以,從學科的角度來考慮實驗室建設,進行創新性課題研究,對于學生的專業學習、專業取向都有非常大的作用。

      (4)成為學校教學模式改革、創新人才培養的示范基地,促進學校教學模式全面改革

      在傳統專業課程的基礎上融入動手實踐與創新環節是每個學校都在嘗試的工作,智能機器人創新實驗室中的課程教學、項目創新設計、畢業設計、探索性科研項目實施方式、項目內容等方面體現創新特色,注重人才的專業技能、動手能力及創新能力培養,是學校創新人才培養的示范基地,為學校教學創建亮點實驗室,有推廣作用。

       

      3  機器人實驗室總體系統實現

      實現教學的實踐性、開發性和創新性,是建設創新創業實驗室的根本目的。機器人競賽旨在引導和提升大學生自主學習、實踐性學習和創新性學習,這也是符合創新創業的實驗室的建設目標。機器人技術創新實踐基地建設,探索建立一套由課內實驗、課程設計和課外創新實踐相結合[3],專業課程創新項目、創新課程項目和創新競賽項目相補充的立體化實踐教學體系。根據智能科學與技術的學科特點,智能機器人實驗室提供循序漸進的系統課程訓練:

      3.1  針對低年級學生的系統化基礎工程訓練

      低年級學生對專業知識有一定理解,為激發學生創新動力,建構專業基本知識,學生利用專業課程教學與創新課程平臺,進行學科基本能力培養。

      (1)專業課程創新項目

      培養學生計算思維能力、算法設計及分析能力、程序設計能力,主要課程有《C語言程序設計》、《單片機技術及程序設計》、《計算機接口技術》。

      (2)創新課程項目

      通過最為典型的示教----再現機器人的教學,培養學生掌握基本程序的編制,掌握最簡系統的組裝、編程、調試,能夠實現基本系統的各種控制,實現機器人畫圓弧、五角星等項目控制。另外,學生還能掌握完整智能控制系統的編程與應用方法,為拓展其他應用打下基礎。具體項目有:初級實踐項目、信息傳感類創新項目、綜合實踐項目、創新項目。

      3.2  針對高年級學生的系統化工廠訓練

      高年級學生對專業知識有較多的理解,激發創新能力,參與科技競賽,利用自主創新與科技競賽平臺,進行創新能力的培養。

      (1)畢業設計項目

      對于工業機器人專業的學生來說,機器人競賽分布在專業實驗實踐的各個教學環節,可將畢業設計視為機器人競賽的延續與拓展。在實驗室里學生通過機器人競賽提前對畢業設計內容有所了解和認識,有效地前移畢業設計的工作時間,從而能夠在教師指導下延續性地深入完成感興趣的課題。如傳感器相關課題實踐、自動控制相關課題實踐、路徑規劃相關控制實踐等。這種以賽代練的指導方法以實踐驗證的改正方法有益于學生的專業技能和創新能力培養。

      (2)機器人競賽項目

      機器人競賽是融合多學科知識的高技術對抗賽,競賽過程同時具備趣味性和可觀賞性。傳統的教學模式是以教師為主,學生為輔。而以競賽促進實驗教學的模式更注重學生為主導,極大地增強了學生學習的主動性,也更容易培養學生的創新思維。競賽采用導師負責制,實驗室為指導老師提供適合競賽訓練的科研課題,指導老師幫助學生解決實踐過程中遇到的問題,并對學生的工作質量定期檢查,使學生的競賽訓練與科研任務結為一體。學生通過實際項目訓練,可以熟練地應用到機器人競賽中,提升競賽的技術含量。指導教師通過指導競賽項目,同時促進實驗室在機器人應用領域學術水平的提升。

       

      4  實驗室發展成果

      4.1  提高科研水平,促進實驗室良性發展

      實踐證明,科研項目的研究對改善學科軟硬件條件有重大作用。[2]為推動實驗室建設,促進科研發展,在申報科研課題以優勢項目、特色學科為基地,購置大量先進的儀器設備,構建起堅實的實驗條件,在完成科研任務的同時,轉化為學科教學、科研發展的基礎設施,為培養高水平專業人才提供物質支撐。重慶科創職業學院工業機器人專業于2018年成功申報教育部第三批“現代學徒制”試點專業,同時先后申報市級項目5項,校級項目13項,發表包括各級學術論文20余篇,從而極大促進了智能機器人的實驗室建設,為實驗室的長期發展創造堅實的物質基礎和持續的科研動力。

      4.2  開展學生科研,培養學生創新創業能力

      實驗室組織申報大學生創新創業項目。學生通過申報創新創業項目,不僅可以培養學生創新意識,而且資源及其成果可以用于實際教學及科研中,激勵相關專業及學科的學生參與自主創新設計。2019-2021年共成功申報校級創新項目5項。

      4.3  通過學科競賽,調動學生實踐積極性

      實驗室以培養學生的創新思維為目標,為學生提供了一個開放平臺。通過參加競賽,可以培養學生獨立分析問題、解決問題的能力。近年來,學校通過組織學生參與競賽,先后獲得了2017-2021年全國機械行業職業院校技能大賽——“華中數控杯”機器人裝調與智能加工單元應用技術大賽一等獎3項,三等獎5項;2018年“一帶一路”曁金磚國家技能大賽首屆工業機器人裝調維修技術大賽二等獎項。

       

      5  結語

      重慶科創職業學院智能機器人實驗室建立以來,已經建立較完善的科研平臺和實驗實踐教學體系,對學科建設和學生創新思維的培養起到了良好的推動作用。

       

      參考文獻

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