地方本科院校機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案初探

唐宏偉 林立 石書琪

摘 要：機(jī)器人是多學(xué)科、交叉學(xué)科的綜合體，根據(jù)國內(nèi)機(jī)器人人才缺口現(xiàn)狀提出了地方本科院校建設(shè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的方案，對建設(shè)目的和管理體制、機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)教師隊伍建設(shè)提供了較為詳細(xì)的思路，對于工科領(lǐng)域的自動化、機(jī)械設(shè)計與制造等相關(guān)專業(yè)的教師和學(xué)生提供了最佳的教學(xué)研究和學(xué)習(xí)平臺，可以讓相關(guān)專業(yè)學(xué)生在專業(yè)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，將理論應(yīng)用于實(shí)踐中，提高學(xué)習(xí)的創(chuàng)新能力和實(shí)踐動手能力，為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供有力支撐。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；自動化；創(chuàng)新能力；應(yīng)用型人才

隨著近二十年科技的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也得到了長足的進(jìn)步，已經(jīng)越來越完善，并在自動化、汽車、電子等工業(yè)領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用，目前正向危險環(huán)境作業(yè)、助老助殘等服務(wù)領(lǐng)域和教育科研院所發(fā)展，并逐漸形成一個新興的陽光產(chǎn)業(yè)。機(jī)器人正逐漸成為一種新型勞動力，我國正在進(jìn)行的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整已經(jīng)有城市提出機(jī)器替代人的口號，制造業(yè)等原來以人為主的勞動密集型生產(chǎn)模式正向以機(jī)器人為主的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變。機(jī)器人用于生產(chǎn)正向高效率和低成本轉(zhuǎn)變，并逐漸被廣大生產(chǎn)企業(yè)接受。

過去我國機(jī)器人主要以科學(xué)研究為主，研究工作的開展也主要集中在國內(nèi)一些知名科研院所，目前嚴(yán)重短缺工業(yè)現(xiàn)場操作機(jī)器人和維護(hù)機(jī)器人的人才，這已經(jīng)成為制約機(jī)器人應(yīng)用和推廣的瓶頸問題之一，培養(yǎng)機(jī)器人方面的人才對地方本科院校是一次機(jī)遇并為轉(zhuǎn)型為應(yīng)用技術(shù)型高校提供有力支撐。建設(shè)一個以應(yīng)用為主科研為輔的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新思維訓(xùn)練、創(chuàng)新技能訓(xùn)練、工程實(shí)踐訓(xùn)練提供理想的平臺，具有重要的意義，如何組建機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室值得深入探討。[1]

一、機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目的和管理體制

邵陽學(xué)院是以理工科為主的地方本科院校，目前已開設(shè)自動化、電氣工程及其自動化、測控技術(shù)與儀器、機(jī)械制造及其自動化、電子信息工程等多個與機(jī)器人技術(shù)相關(guān)的專業(yè)，建設(shè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室能滿足相關(guān)專業(yè)學(xué)生對機(jī)器人學(xué)、智能控制技術(shù)、電機(jī)控制與變頻技術(shù)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、導(dǎo)航技術(shù)、信號分析與處理等軟硬件系統(tǒng)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，進(jìn)一步提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和動手能力。

實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)依托電氣工程系和機(jī)械與能源工程系，實(shí)施校教務(wù)處和電氣工程系的雙重管理，實(shí)行實(shí)驗(yàn)室主任負(fù)責(zé)制。由電氣工程系和機(jī)械與能源工程系負(fù)責(zé)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)工作。

電氣工程系現(xiàn)在電工電子實(shí)驗(yàn)室、電機(jī)與控制實(shí)驗(yàn)室、EDA實(shí)驗(yàn)室、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室、計算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、過程控制實(shí)驗(yàn)室，這些實(shí)驗(yàn)室為相關(guān)專業(yè)學(xué)生對專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課方面的實(shí)踐能力培養(yǎng)提供了良好的實(shí)驗(yàn)條件。

二、機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室教學(xué)模式

為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人教學(xué)和研究以及機(jī)器人用于工業(yè)和服務(wù)業(yè)的應(yīng)用背景，實(shí)驗(yàn)室以工業(yè)和智能移動機(jī)器人為載體，主要研究機(jī)器人運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)、機(jī)器人結(jié)構(gòu)、機(jī)器視覺、機(jī)器人伺服控制、運(yùn)動規(guī)劃等問題及相關(guān)應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)室是工程訓(xùn)練、科學(xué)研究的平臺，可以進(jìn)行有關(guān)機(jī)器人的科研及工程訓(xùn)練。

機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室建設(shè)首先開展ubuntu（ROS）和Android系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與研究，重點(diǎn)掌握DSP和FPGA芯片及其應(yīng)用，機(jī)器人的開發(fā)流程和控制理論也是機(jī)器人技術(shù)的基本功；其次研究現(xiàn)有各種機(jī)器人的安裝方法、信號采集過程、編程和控制方法以及通訊模式等，掌握機(jī)器人設(shè)計的整體思路，學(xué)會對機(jī)器人的操作；最后通過對已有機(jī)器人進(jìn)行改造和挖掘，利用機(jī)器人開發(fā)系統(tǒng)和仿真軟件學(xué)習(xí)二次編程設(shè)計實(shí)現(xiàn)設(shè)計所需要的功能。教師在實(shí)驗(yàn)室積極指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計簡易機(jī)器人的方案、并考慮機(jī)器人在工程設(shè)計與安裝上的工藝問題、選擇合適的控制方法、實(shí)現(xiàn)編程和運(yùn)行調(diào)試，掌握一些簡易機(jī)器人的制作和控制，使老師和學(xué)生全面進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的研究、開發(fā)、制造及應(yīng)用。

同時也可以作為教師的科研平臺，利用機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的資源可以開展相關(guān)的科學(xué)研究工作，主要研究內(nèi)容包括：實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的二次開發(fā)，研究機(jī)器人的運(yùn)動控制，目前移動機(jī)器人視覺導(dǎo)航、避障，路徑規(guī)劃和機(jī)器人多關(guān)節(jié)控制等是研究的重點(diǎn)領(lǐng)域，基于視覺的機(jī)器人控制：包括物體識別、抓取、搬運(yùn)、碼垛等操作是智能工廠里機(jī)器人作為工作需要掌握的基本技術(shù)。教師積極投入到科研中去，同時以教師科研水平的提高帶動學(xué)生實(shí)踐能力的提高。[1]

機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室也是學(xué)生課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計等實(shí)踐教學(xué)的自主創(chuàng)新平臺，學(xué)生在掌握機(jī)器人相關(guān)知識后，可以在機(jī)器人平臺上開展畢業(yè)設(shè)計，提高學(xué)生的實(shí)踐動手能力，機(jī)器人創(chuàng)新人才已經(jīng)受到用人單位越來越多的重視。

三、實(shí)驗(yàn)教師隊伍建設(shè)

以提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量為主要目的，通過教學(xué)與科研相結(jié)合，建設(shè)一支業(yè)務(wù)水平過硬，素質(zhì)高的教學(xué)科研型教師梯隊。從電氣工程系和機(jī)械與能源工程系選拔相關(guān)專業(yè)的優(yōu)秀教師組成實(shí)驗(yàn)室人員，通過“派出學(xué)習(xí)、請進(jìn)指導(dǎo)”的方式有計劃有目的培養(yǎng)出高水平、高學(xué)歷的骨干實(shí)驗(yàn)教師隊伍；建立健全實(shí)驗(yàn)室人才管理、選拔和培養(yǎng)體制，師資隊伍建設(shè)做到規(guī)范化、系統(tǒng)化；明確實(shí)驗(yàn)教師的崗位職責(zé)，培養(yǎng)雙師型教師隊伍。邀請國內(nèi)外有關(guān)專家及廠商技術(shù)人員開辦短期培訓(xùn)班，提高實(shí)驗(yàn)教師的實(shí)驗(yàn)技能。[2]

國家提出讓一部分本科院校轉(zhuǎn)型為應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)，這是對地方本科院發(fā)展的一次機(jī)遇，機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)將積極為學(xué)校轉(zhuǎn)型提供有力的支持，地方本科院校建設(shè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室將瞄準(zhǔn)工業(yè)4.0的發(fā)展機(jī)遇，著眼于未來對機(jī)器人實(shí)踐人才的需求，為學(xué)校在教學(xué)水平與師資能力的提高邁出堅實(shí)的步伐，大幅度提升學(xué)校的核心競爭力，對學(xué)校的教學(xué)科研人才建設(shè)、學(xué)生的就業(yè)以及學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐動手能力的培養(yǎng)都具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李國棟，吳春富，謝煌生，等.應(yīng)用型本科院校機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案研究[J].龍巖學(xué)院學(xué)報，2015，32（2）：115-118.

[2]陳永軍，王忠昌，毛玉蓉，等.電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心機(jī)器人創(chuàng)新基地的建設(shè)[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2008，（12）：70-72.

（作者單位：邵陽學(xué)院電氣工程系）