主頁 > 技術文章 > 職院校機器人競賽為推進機電一體化專業創新探索 2022-04-11

職院校機器人競賽為推進機電一體化專業創新探索

摘要：隨著我國素質職業教育的不斷推進,工科職業院校開始著手培養學生的實踐和創新能力,傳統教學模式已經不能適應目前國內工業發展對人才的需求,以機器人比賽為載體的實踐教學應運而生，機器人競賽為學生素質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創新平臺建設項目,通過舉辦參加各種機器人比賽激發學習機電一體化專業興趣,加深對機電一體化專業知識的理解, 結合機電一體化專業的特色，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學生創新能力培養的新途徑，經實踐取得了良好的效果。
適應國家和社會發展需要，遵循教育規律和人才成長規律，創新職業教育教學方法，探索多種培養方式，形成各類人才輩出、拔尖創新人才不斷涌現的局面，是未來教學改革的主要方向。機器人作為典型的機電一體化系統，成為機械電子工程專業學生常見的教學和實驗對象。而機器人競賽具有能夠激發學生的好奇心、營造獨立思考、自由探索、勇于創新的良好環境及培養學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，探索出一條培養機電一體化專業創新能力的新途徑。
一、機器人競賽介紹：
　　2001年6月21日中國自動化學會機器人競賽工作委員會成立標志著我國機器人競賽事業進入了一個新的階段。通過機器人比賽和技術研討，除了增強參賽者的創新能力外，也為推動和促進機器人與自動化技術的發展與創新，為我國的快速持續發展貢獻力量。國內的機器人競賽很多，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、江蘇省自動化學會組織的江蘇省大學生機器人大賽，大學生機器人大賽設立的比賽項目已達數十項，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、機器人創新設計等。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、機電一體化專業的創新能力培養：
　　機械電子工程專業俗稱機電一體化，是機械工程與自動化的一種，也是最有前途的一個方向。機械電子工程專業包括基礎理論知識和機械設計制造方法、計算機軟硬件應用能力，能承擔各類機電一體化產品和系統的設計、制造、試驗、開發工作。這個專業的特色就是強調機械動手能力與機電控制能力相結合，側重于機電一體化控制和數控維修。以數控所需各種能力為主線，突出機電一體化控制的專業核心地位，培養會設計、能編程、具有較強的機電設備操作、調試、維修、維護等實際操作技能的技術工程師和職教師資。
　　針對機電一體化專業的特色不難看出，要想培養學生的創新能力就離不開動手能力的培養和實際操作能力的訓練。而機器人競賽作為機電專業創新能力培養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對機電一體化專業創新能力的培養。
　　1.政策的支持：
一直以來，工科學校和學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。機械工程學院為了支持機器人競賽，設立了機器人創新活動室，購買了實驗工具以及器材，專為機電一體化專業的同學們使用。對能夠獲得獎項的參賽同學除了頒發特殊獎學金外，還獎勵一定的選修學分，這些都促使很多學生參與到機器人競賽當中。與此同時，機器人創新活動都安排有經驗豐富的教師，對于能夠獲獎的給予適當獎勵，也激勵著許多老師從事機器人的教學和競賽工作。工科學校和學院對于機器人活動室的同學在申請創新項目上也有一定的政策傾斜。
2.教師的努力：
　　教師在培養學生在機電一體化創新能力方面的作用是不可或缺的。沒有教師的努力，學生創新能力的培養就是一句空話。由于大學生還正處在學習階段，知識結構尚不完善，加之學校一般又都沒有專門針對機器人的系統的訓練計劃，大多數機電一體化專業學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，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。這就需要指導教師抽出時間系統培訓和引導學生。告訴學生應該看什么專業書籍、學習什么設計軟件等等。這對學生快速建立起對機器人的系統認識、更深入地了解機器人起著非常重要的作用。
　　3.結合其他教學環節：
現階段，我國還沒有專門設置機器人的專業，只有機電一體化專業與機器人的關系最接近。但機電一體化專業關于機器人方面的課程還是太少。所以工科學校和學院有針對性地在專業課程的教授過程中加入機器人相關技術。增加機器人技術課程，開設了“機器人技術基礎”課程，又增加了“機器人控制技術”、“特種機器人”等選修課程，目的是希望增加學生對機器人技術的認識，提高他們學習機器人知識的興趣。在其他專業課中多引入機器人案例。例如在“機電一體化設計”課程中刪掉了部分數控機床的內容，增加了機器人的教學案例。在“機械設計”中增加了關于機器人方面的結構分析案例。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到相關課程，學生對機器人會有一個系統的認識。將競賽機器人引入課程設計和畢業設計。針對高年級學生的“控制技術課程設計”、“機電系統課程設計”和畢業設計，將競賽機器人作為課程設計和畢業設計的任務分配給學生，課程設計做相對成熟的內容，而畢業設計就可以結合競賽來實施。通過其他的教學環節來支撐機器人教學能夠取得較好的效果，學生也感到學習的針對性和趣味性增加了。
　　4.學生的分工協作：
　　機器人作為一個復雜的機電系統，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。對于大學生們來講，知識結構、自學能力、工程實踐、團隊分工與協作是相輔相成的，他們需要在競賽過程中不遺余力地完善自己的知識結構，提高和培養自學能力、工程實踐、團隊分工與協作能力。機電一體化是以機械學科為基礎，融合了電子、計算機等學科的交叉學科，這就要求機電一體化專業的學生所學的專業知識較多。在有限的時間里每個專業課都要學精那是不可能的，每個同學只能在一個或兩個領域里有所深入。對于機器人競賽而言，這就要求同學們有不同的側重點，比如有些同學把重點放在機器人機構的設計和制作上，有些同學就以控制系統電路設計作為自己的主攻方向，還有編程能力強的同學主要負責算法和程序的設計。這樣每個同學都會得到深入的鍛煉，再通過同學們的相互交流、取長補短，同學們的創新能力就會有質的飛躍。
三、實踐創新能力培養：
通過參加機器人競賽提高和鍛煉了學生理論與實踐相結合的能力、動手能力和自主創新能力。每年舉行的各種機器人大賽為機電一體化專業大學生在基本理論與實踐相結合、實際動手能力、創新設計等方面提供了良好的平臺。在當前注重學生綜合能力的形勢下，該平臺的建設對學生們參加機器人競賽和機器人、機電一體化系統創新設計、教學科研以及鍛煉和提高學生們的創新能力都具有非常重要的意義。通過機器人競賽前的培訓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的軟硬件創新設計能力，從機器人競賽平臺的機械本體結構設計、傳感檢測技術與方法、自動控制理論與方法以及計算機編程技術等多方面都得到了很好的鍛煉。
四、結束語：
　　新的形勢下，高等院校如何實現可持續發展關鍵在于是否能夠培養出高素質的創新人才，而機器人競賽則是培養學生創新精神和動手能力的最佳平臺。機器人技術是一門機電一體化技術的智能化的高端應用技術，在當前勞動力成本不斷上升及用工短缺的形勢下，機器人的大規模應用及推廣是勢在必行，掌握并能運用機器人技術的技能人才將有廣闊的發展空間。

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