慧魚機器人在機電創新實驗教學中的應用研究與實踐

黎澤倫　黃友均

摘 要： 慧魚模型是由德國慧魚公司出品的一種教學創意機器人。本文針對機器人課程的教學與實驗中存在的不足，以慧魚模型為教具，探討了慧魚模型在機器人課程實驗中的應用方案與實踐過程，闡述了進行機器人實驗改革的一些收獲。慧魚模型在機器人實驗教學中的應用，為培養學生創新思維和動手能力提供了一個良好載體，為大學生的創新教育提供了一條新途徑。

關鍵詞： 慧魚模型 機器人 創新實驗 教學改革

近年來，我國高等教育進入快速發展時期。高等教育越來越重視大學生的素質教育，提高大學生的科學素質，培養大學生的創新能力。在傳統教學方法中，我國教育普遍存在重視知識傳授、重視理論教學，輕視能力培養、輕視實踐環節的問題。學生的創新意識和創新潛能無法得到充分培養[1-3]。因此，對機械電子工程專業的實驗教學改革與探索非常必要。為提高學生的創新意識和綜合素質，重慶科技學院機械與動力工程學院引進了德國慧魚模型教學機器人，并建立了創新實驗室。近年來，國內許多高校都配備不同型號的教學機器人，并已投入使用。如哈爾濱工業大學、西安交通大學、北京科技大學等都相繼開發出不同功能、結構形式的教學機器人。除此以外，許多科研單位、企業與高校合作，聯合開發教學機器人[4-6]。

1.研究思路

1.1慧魚機器人介紹

慧魚模型是由德國發明家Arthur Fischer博士在1964年從其專利“六面拼接體”的基礎上發明的教學創意機器人[7-8]，它是一個結構件的家族，是由機械構件、電氣構件、傳感器、氣動構件、電腦控制器及軟件所組成的創新系統。模型設計采用模塊式設計，可無限擴充；可反復拆裝；產品系統化，種類多；可逼真地表現機械構件及科學原理；可編程控制，便于對機電一體化流程產生全面認識。模型以機械傳動為核心，融傳感器技術、計算機技術、自動控制技術、機器人技術于一體的教學及仿真模型。該智能模型能夠展示科學原理和技術過程，緊密聯系研究設計和生產實踐過程，不斷創新，不斷發展，學生可通過自己動手搭建機械、氣動、傳感器部件，熟悉并掌握機器人產品的結構、工作原理，并可在此基礎上利用PLC、計算機接口或單片機接口板進行自動控制，培養學生將所學知識交叉融合、用于解決具體問題的能力，同時培養學生的動手能力和創新能力。該模型也代表了高科技的許多領域，受到國內外各地教育工作者的關注和思考。

1.2實施過程

筆者自2009年開始在重慶科技學院成立創新實驗室后即進入實驗室工作，指導學生的機器人創新實驗。前期指導學生學習慧魚機構的機械原理、組裝簡單的機械結構、拆裝機器人成套模型；中期學習慧魚控制軟件ROBOPro和LLWIN軟件，學習編寫簡單的控制程序，學習調試控制電機與檢測機構；后期指導學生編寫機器人控制程序，實現機器人的控制，已經調試好多套機器人系統。在此基礎上，筆者提出基于慧魚模型的機器人創新實驗教學的應用研究與實踐，其目的是通過開放式實驗教學形式，為學生營造創新環境、提供創新知識、組織創新活動，讓學生創新學習，最終培養出具有創新人格、創新思維，進行創造性活動的人才。筆者的研究符合重慶科技學院應用型本科人才培養的目標。

在研究過程中，首先由教師開發多項創新實驗項目并編寫創新實驗大綱和實驗指導書。然后以學生團隊形式安排實驗，教師講授慧魚的基本操作方法，可以提出幾個方案，如智能運動小車、智能控制系統、工業機械手等。在此基礎上，由學生討論設計方案，如加入各種控制元件，加入語言程序設計。在熟悉器件的基礎上，可以分組針對題目進行原理圖繪制、結構搭建及電氣調試等。學生通過構建這樣的系統，完成機電一體化設計的全過程，這樣的實驗結合機構設計、電路搭建、傳感器安裝、軟件編程等多方面知識，覆蓋機電專業多門課程。

慧魚機器人的使用為學生構建一個以開放式的創新活動為載體的教學實驗平臺，讓學生在主動參與的過程中提高積極性，增強能動性，豐富知識性和趣味性，培養創造性和合作精神。這種教學改革將使現有的較傳統的封閉式教學，轉變為一種開放式的、創新的實驗教學模式。

2.結果與討論

在應用慧魚模型進行機器人實驗教學的過程中，學生將綜合應用機械原理、氣動技術、電子電路、測試及控制和軟件編程等知識，而且慧魚模型的組建沒有特定的標準答案和固定的模式，不受教材的制約，因而學生完全在一個開放性的環境中進行自主式的探索和研究，鼓勵學生積極思考形成自主學習的研究氣氛和學習方法。因此，通過采用慧魚模型對目前機器人技術的實驗教學體系進行改革，是一條探索培養學生創新能力的有效途徑。

慧魚機器人的使用把培養學生的創新設計、創新思維和動手能力擺在重要位置。開放式創新實驗教學可以滿足學校對學生創新能力培養的需求，激發學生的創造力，調動學生學習的主動性，培養學生分析問題和解決問題的工作能力。

參考文獻：

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