電子信息工程專業綜合實驗教學研究

胡湘娟+余建坤+江世明

摘要：分析創新教育改革中實踐教學的重要作用，根據電子信息工程專業的專業綜合實驗實踐教學探索， 探究機械設計在專業綜合實驗中的作用，研究如何提高學生的機械設計能力，以提高實踐教學質量，培養出具有系統性工程實踐能力和創新能力的合格人才。

關鍵詞：專業綜合實驗；機械設計；機器人

在創新教育的改革中，強調實踐教學環節不應只是依附于理論教學的，不僅僅是課堂教學的延伸和補充。而應該建構實踐教學新模式，將實踐教學作為培養學生創新意識、動手能力和綜合素質的一個基本途徑。通過實踐教學環節要求學生掌握基本的設計方法和操作技能，增強感性認識，貫徹系統性工程實踐能力。專業綜合實驗是為電子信息工程專業開設獨立實驗課，

1 專業綜合實驗

專業綜合實驗是電子信息工程專業集中實踐教學環節，目的是使學生能綜合運用所學相關課程的基礎理論和基本知識，完成電子功能模塊電路或電子系統設計、仿真和電路測試，為以后畢業設計和工作奠定堅實的技術基礎。要求學生完成相關電子功能模塊系統的電路設計、仿真到硬件實現和指標測試，寫出詳細的工程實踐報告。近年來，專業綜合實驗內容是使用“探索者”機器人實驗系統提供的零件和模塊，進行運行方案、機械結構和控制電路的設計并編寫控制程序，拼接完成機器人的組裝，運行測試，實現機器人的既定功能。

2 機械設計在專業綜合實驗中的作用

國內外很多高校都已開展了機器人的教學工作[1][2]。并且國際上對機器人的概念已經逐漸趨近一致，即機器人是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。

無論是哪種情況，機器人的運動都離不開身體的配合，其中包括機械本體系統和運動動力控制系統兩大部分[3]。機械本體是機器人存在的基本和功能實現的前提，是將各種機械零件有機地組合起來，使得機械結構既巧妙又有效率。機器人的動力來源一般是電動機，通過一套機械傳動裝置，按照機器人內的程序控制，將動力傳到機器人的執行機構，機器人的執行機構就開始運動了。機器人如果想要動起來，機械本體和運動動力系統這兩大部分缺一不可。

一個完整的機器人設計應該是機械、電子、軟件和外觀等有機組合在一起的結果。必須根據功能先用機械零件搭建出各式各樣的機械結構，再選擇適當的電子器件，結合編寫程序，最后加以外觀美工修飾。

設計機器人之前先要思考以下問題：要做什么樣的機器人，需完成什么功能，要有什么動作，在什么環境下運作，是否要人機交互等。只有把這些問題弄明白了，確實明確了設計任務，才能動手進行機械設計。進行機械設計不是單純的將零件搭建成機械結構那么簡單，而是需要根據機器人的運行方式、運動原理和運行環境，擬定運動方案，確定結構組成。機械設計的任務就是根據機構運動方案將機械零件拼裝完成機械裝置。

3 如何提高學生的機械設計能力

3.1 了解機構運動方式

自然界中物體位置發生變化的運動，叫做機械運動。平動、轉動和振動，是機械運動的三種基本形式。任何一種功能機器人都需要完成一種或同時參與幾種形式的運動，因此學生需要根據機器人的運動特點確定運動方式，選擇適當零件拼裝成機械裝置。

3.2 學習機械裝置運動原理

不同的機械裝置的運動原理不一樣，要求學生根據不同的機械裝置的原理，選擇零件組成實現。比如曲柄搖桿裝置是由一個曲柄一個搖桿組成，可將連續的旋轉運動轉化為擺動運動。常見的雷達天線俯仰搜索結構就是這樣的曲柄搖桿裝置。選擇電機和連桿型零件就可實現曲柄搖桿裝置。

3.3 學看機構簡圖

結構簡圖表示機械運動配合情況和機構組成情況，代表機械運動系統的方案。結構簡圖是把實際機構加以科學的抽象，從原理方面表達機構的組成和運動性質，以便進行機構的設計和拼裝。學生要會看機構簡圖，從簡圖上確定構件的種類數目、構件的相互位置以及所表達的機構運動性質，選擇機械零件，完成拼裝。

3.4 動手拼裝機械裝置

學生通過學習認識組裝機器人所需的各種機械零件圖形、特點及用途，了解其參數；掌握機械裝置運動原理、主要用途、組裝方法；掌握典型機械裝置拼裝所用零件及工具。進而利用利用“探索者”機器人實驗系統提供的零件進行機械裝置的拼裝，從簡單到復雜，從單一到組合，訓練機械裝置的拼裝能力。再提高到通過組合不同的典型裝置可完成不同的機器人功能需要，提升能力到設計機械裝置。

4 結論

專業綜合實驗是為電子信息工程專業開設的獨立實驗課，目的是使學生能綜合運用所學相關課程的基礎理論和基本知識，使用“探索者”機器人實驗系統設計并拼接完成機器人的組裝，運行測試，實現機器人的既定功能。因此進行教學實踐時，要探究機械設計在專業綜合實驗中的作用，從了解機構運動方式、學習機械裝置運動原理、學看機構簡圖、動手拼裝機械裝置等幾個方面，研究如何提高學生的機械設計能力，以提高實踐教學質量，培養出具有系統性工程實踐能力和創新能力的合格人才。

參考文獻：

[1]王劍，馬宏緒，黃茜薇，劉建平.關于本科教育機器人教學的思考[J]. 電氣電子教學學報，2011.2：19-21.

[2]張奔.以實踐為導向的機器人教學改革探索[J].中國教育技術裝備，2017.6：91-92.

[3]張毅，汪幫富，王思明.機器人創新工程實踐教學改革與探究[J].教育教學論壇，2016.51：133-134.

基金項目：湖南省教育科學“十二五”規劃2013年度課題（XJK013CGD022）。