主頁 > 技術(shù)文章 > 職院校機器人競賽為推進機電一體化專業(yè)創(chuàng)新探索 2022-04-11

職院校機器人競賽為推進機電一體化專業(yè)創(chuàng)新探索

摘要：隨著我國素質(zhì)職業(yè)教育的不斷推進,工科職業(yè)院校開始著手培養(yǎng)學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力,傳統(tǒng)教學(xué)模式已經(jīng)不能適應(yīng)目前國內(nèi)工業(yè)發(fā)展對人才的需求,以機器人比賽為載體的實踐教學(xué)應(yīng)運而生，機器人競賽為學(xué)生素質(zhì)教育的提高提供了良好的平臺,通過機器人競賽與機電一體化系統(tǒng)創(chuàng)新平臺建設(shè)項目,通過舉辦參加各種機器人比賽激發(fā)學(xué)習(xí)機電一體化專業(yè)興趣,加深對機電一體化專業(yè)知識的理解, 結(jié)合機電一體化專業(yè)的特色，從政策的支持、教師的努力、提出了以機器人競賽為平臺，探索一條適合機電一體化專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新途徑，經(jīng)實踐取得了良好的效果。
適應(yīng)國家和社會發(fā)展需要，遵循教育規(guī)律和人才成長規(guī)律，創(chuàng)新職業(yè)教育教學(xué)方法，探索多種培養(yǎng)方式，形成各類人才輩出、拔尖創(chuàng)新人才不斷涌現(xiàn)的局面，是未來教學(xué)改革的主要方向。機器人作為典型的機電一體化系統(tǒng)，成為機械電子工程專業(yè)學(xué)生常見的教學(xué)和實驗對象。而機器人競賽具有能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心、營造獨立思考、自由探索、勇于創(chuàng)新的良好環(huán)境及培養(yǎng)學(xué)生的興趣愛好等特點，正越來越多地被廣大高校所重視。本文以機器人競賽為平臺，探索出一條培養(yǎng)機電一體化專業(yè)創(chuàng)新能力的新途徑。
一、機器人競賽介紹：
　　2001年6月21日中國自動化學(xué)會機器人競賽工作委員會成立標(biāo)志著我國機器人競賽事業(yè)進入了一個新的階段。通過機器人比賽和技術(shù)研討，除了增強參賽者的創(chuàng)新能力外，也為推動和促進機器人與自動化技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新，為我國的快速持續(xù)發(fā)展貢獻力量。國內(nèi)的機器人競賽很多，影響力比較大的主要有兩個，一個是以由中國自動化學(xué)會機器人競賽工作委員會、組織的一年一度的“中國機器人大賽”，另一個是由中央電視臺組織的一年一度的“Robocop 機器人大賽”。省級機器人競賽中影響力較大的屬江蘇省教育廳支持、江蘇省自動化學(xué)會組織的江蘇省大學(xué)生機器人大賽，大學(xué)生機器人大賽設(shè)立的比賽項目已達數(shù)十項，包括RoboCup 足球機器人比賽、RoboCup 救援組比賽、RoboCup 家庭組比賽、FIRA足球機器人比賽、空中機器人比賽、水中機器人比賽、舞蹈機器人比賽、雙足競步機器人比賽、機器人游中國比賽、機器人創(chuàng)新設(shè)計等。隨著比賽項目的逐年豐富，越來越多的高校都投入到機器人大賽中來。
二、機電一體化專業(yè)的創(chuàng)新能力培養(yǎng)：
　　機械電子工程專業(yè)俗稱機電一體化，是機械工程與自動化的一種，也是最有前途的一個方向。機械電子工程專業(yè)包括基礎(chǔ)理論知識和機械設(shè)計制造方法、計算機軟硬件應(yīng)用能力，能承擔(dān)各類機電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)的設(shè)計、制造、試驗、開發(fā)工作。這個專業(yè)的特色就是強調(diào)機械動手能力與機電控制能力相結(jié)合，側(cè)重于機電一體化控制和數(shù)控維修。以數(shù)控所需各種能力為主線，突出機電一體化控制的專業(yè)核心地位，培養(yǎng)會設(shè)計、能編程、具有較強的機電設(shè)備操作、調(diào)試、維修、維護等實際操作技能的技術(shù)工程師和職教師資。
　　針對機電一體化專業(yè)的特色不難看出，要想培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力就離不開動手能力的培養(yǎng)和實際操作能力的訓(xùn)練。而機器人競賽作為機電專業(yè)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的平臺是非常合適的，這也正是機器人競賽舉辦的初衷。下面以探討如何以機器人競賽為平臺實現(xiàn)對機電一體化專業(yè)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
　　1.政策的支持：
一直以來，工科學(xué)校和學(xué)院對機器人競賽都非常支持，對舉辦機器人競賽也都大力支持并積極組織參與。機械工程學(xué)院為了支持機器人競賽，設(shè)立了機器人創(chuàng)新活動室，購買了實驗工具以及器材，專為機電一體化專業(yè)的同學(xué)們使用。對能夠獲得獎項的參賽同學(xué)除了頒發(fā)特殊獎學(xué)金外，還獎勵一定的選修學(xué)分，這些都促使很多學(xué)生參與到機器人競賽當(dāng)中。與此同時，機器人創(chuàng)新活動都安排有經(jīng)驗豐富的教師，對于能夠獲獎的給予適當(dāng)獎勵，也激勵著許多老師從事機器人的教學(xué)和競賽工作。工科學(xué)校和學(xué)院對于機器人活動室的同學(xué)在申請創(chuàng)新項目上也有一定的政策傾斜。
2.教師的努力：
　　教師在培養(yǎng)學(xué)生在機電一體化創(chuàng)新能力方面的作用是不可或缺的。沒有教師的努力，學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)就是一句空話。由于大學(xué)生還正處在學(xué)習(xí)階段，知識結(jié)構(gòu)尚不完善，加之學(xué)校一般又都沒有專門針對機器人的系統(tǒng)的訓(xùn)練計劃，大多數(shù)機電一體化專業(yè)學(xué)生對于機器人知識體系的理解比較片面，尤其是低年級同學(xué)，參加機器人競賽的過程很多時候都還是一個摸著石頭過河的過程。這就需要指導(dǎo)教師抽出時間系統(tǒng)培訓(xùn)和引導(dǎo)學(xué)生。告訴學(xué)生應(yīng)該看什么專業(yè)書籍、學(xué)習(xí)什么設(shè)計軟件等等。這對學(xué)生快速建立起對機器人的系統(tǒng)認識、更深入地了解機器人起著非常重要的作用。
　　3.結(jié)合其他教學(xué)環(huán)節(jié)：
現(xiàn)階段，我國還沒有專門設(shè)置機器人的專業(yè)，只有機電一體化專業(yè)與機器人的關(guān)系最接近。但機電一體化專業(yè)關(guān)于機器人方面的課程還是太少。所以工科學(xué)校和學(xué)院有針對性地在專業(yè)課程的教授過程中加入機器人相關(guān)技術(shù)。增加機器人技術(shù)課程，開設(shè)了“機器人技術(shù)基礎(chǔ)”課程，又增加了“機器人控制技術(shù)”、“特種機器人”等選修課程，目的是希望增加學(xué)生對機器人技術(shù)的認識，提高他們學(xué)習(xí)機器人知識的興趣。在其他專業(yè)課中多引入機器人案例。例如在“機電一體化設(shè)計”課程中刪掉了部分數(shù)控機床的內(nèi)容，增加了機器人的教學(xué)案例。在“機械設(shè)計”中增加了關(guān)于機器人方面的結(jié)構(gòu)分析案例。這樣，就可以將機器人的機械、控制、傳感器、電機等部分分別對應(yīng)到相關(guān)課程，學(xué)生對機器人會有一個系統(tǒng)的認識。將競賽機器人引入課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計。針對高年級學(xué)生的“控制技術(shù)課程設(shè)計”、“機電系統(tǒng)課程設(shè)計”和畢業(yè)設(shè)計，將競賽機器人作為課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)分配給學(xué)生，課程設(shè)計做相對成熟的內(nèi)容，而畢業(yè)設(shè)計就可以結(jié)合競賽來實施。通過其他的教學(xué)環(huán)節(jié)來支撐機器人教學(xué)能夠取得較好的效果，學(xué)生也感到學(xué)習(xí)的針對性和趣味性增加了。
　　4.學(xué)生的分工協(xié)作：
　　機器人作為一個復(fù)雜的機電系統(tǒng)，不是一個人所能完成的。所以團隊的合作、個人的不同分工是非常重要的。對于大學(xué)生們來講，知識結(jié)構(gòu)、自學(xué)能力、工程實踐、團隊分工與協(xié)作是相輔相成的，他們需要在競賽過程中不遺余力地完善自己的知識結(jié)構(gòu)，提高和培養(yǎng)自學(xué)能力、工程實踐、團隊分工與協(xié)作能力。機電一體化是以機械學(xué)科為基礎(chǔ)，融合了電子、計算機等學(xué)科的交叉學(xué)科，這就要求機電一體化專業(yè)的學(xué)生所學(xué)的專業(yè)知識較多。在有限的時間里每個專業(yè)課都要學(xué)精那是不可能的，每個同學(xué)只能在一個或兩個領(lǐng)域里有所深入。對于機器人競賽而言，這就要求同學(xué)們有不同的側(cè)重點，比如有些同學(xué)把重點放在機器人機構(gòu)的設(shè)計和制作上，有些同學(xué)就以控制系統(tǒng)電路設(shè)計作為自己的主攻方向，還有編程能力強的同學(xué)主要負責(zé)算法和程序的設(shè)計。這樣每個同學(xué)都會得到深入的鍛煉，再通過同學(xué)們的相互交流、取長補短，同學(xué)們的創(chuàng)新能力就會有質(zhì)的飛躍。
三、實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)：
通過參加機器人競賽提高和鍛煉了學(xué)生理論與實踐相結(jié)合的能力、動手能力和自主創(chuàng)新能力。每年舉行的各種機器人大賽為機電一體化專業(yè)大學(xué)生在基本理論與實踐相結(jié)合、實際動手能力、創(chuàng)新設(shè)計等方面提供了良好的平臺。在當(dāng)前注重學(xué)生綜合能力的形勢下，該平臺的建設(shè)對學(xué)生們參加機器人競賽和機器人、機電一體化系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計、教學(xué)科研以及鍛煉和提高學(xué)生們的創(chuàng)新能力都具有非常重要的意義。通過機器人競賽前的培訓(xùn)和演練以及競賽過程鍛煉和提高參賽隊員機電一體化系統(tǒng)的軟硬件創(chuàng)新設(shè)計能力，從機器人競賽平臺的機械本體結(jié)構(gòu)設(shè)計、傳感檢測技術(shù)與方法、自動控制理論與方法以及計算機編程技術(shù)等多方面都得到了很好的鍛煉。
四、結(jié)束語：
　　新的形勢下，高等院校如何實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展關(guān)鍵在于是否能夠培養(yǎng)出高素質(zhì)的創(chuàng)新人才，而機器人競賽則是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和動手能力的最佳平臺。機器人技術(shù)是一門機電一體化技術(shù)的智能化的高端應(yīng)用技術(shù)，在當(dāng)前勞動力成本不斷上升及用工短缺的形勢下，機器人的大規(guī)模應(yīng)用及推廣是勢在必行，掌握并能運用機器人技術(shù)的技能人才將有廣闊的發(fā)展空間。

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