移動(dòng)機(jī)器人賽項(xiàng)引入教學(xué)的實(shí)踐

劉永明

摘? 要：移動(dòng)機(jī)器人作為一款集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多功能與一體的綜合系統(tǒng)，在多個(gè)行業(yè)得到應(yīng)用;機(jī)器人本身涉及到傳感器技術(shù)、信息處理、電子工程、計(jì)算機(jī)工程、自動(dòng)化控制工程以及人工智能等多學(xué)科，與職業(yè)院校機(jī)電類專業(yè)關(guān)聯(lián)密切，將移動(dòng)機(jī)器人賽項(xiàng)全方位引入教學(xué)實(shí)踐，是引賽入教的一次有益實(shí)踐，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量提高，促進(jìn)學(xué)員綜合素養(yǎng)提高。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)機(jī)器人;自動(dòng)化控制;賽教融合;教學(xué)實(shí)踐

“移動(dòng)機(jī)器人”是一種通過程序控制，能自主完成某類任務(wù)的機(jī)器系統(tǒng)，機(jī)器人本身是集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多功能與一體的綜合系統(tǒng)。他集中了傳感器技術(shù)、信息處理、電子工程、計(jì)算機(jī)工程、自動(dòng)化控制工程以及人工智能等多學(xué)科的研究成果，代表機(jī)電一體化的最高成就，是目前科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。

世界技能大賽移動(dòng)機(jī)器人項(xiàng)目是對(duì)學(xué)員從原型機(jī)制造，編程和控制邏輯，無(wú)線通信，定位和繪圖，集成傳感器和目標(biāo)物體處理等幾大方面進(jìn)行綜合考核。這要求學(xué)員具備全面的能力，包括設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、裝配、組建、編程、管理和保養(yǎng)機(jī)器人內(nèi)部的機(jī)械、電路、控制等系統(tǒng)，而且要掌握安裝、操作并檢測(cè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)。

賽項(xiàng)實(shí)施要求選手使用所提供的機(jī)器人完成規(guī)定比賽任務(wù)。主要包括為機(jī)器人編程，在不同競(jìng)賽場(chǎng)地開展不同序列的任務(wù)。除編程外，參賽小組還需要測(cè)試、調(diào)整傳感器的值和參數(shù)，組裝和連接外圍設(shè)備和/或工具，并作出最后的試運(yùn)行。以第四十五屆世賽賽題為例，賽項(xiàng)考核內(nèi)容為：在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，以現(xiàn)場(chǎng)操作的方式，根據(jù)賽場(chǎng)提供的有關(guān)資料和賽項(xiàng)任務(wù)書，完成基本賽項(xiàng)任務(wù)及綜合賽項(xiàng)任務(wù)：

（一）基本賽項(xiàng)任務(wù)：

1、按照裝配工藝要求進(jìn)行移動(dòng)機(jī)器人裝配。

2、按照調(diào)試項(xiàng)目表，進(jìn)行移動(dòng)機(jī)器人編程與調(diào)試，并演示相應(yīng)調(diào)試項(xiàng)目。

3、完成移動(dòng)機(jī)器人場(chǎng)地任務(wù)，演示機(jī)器人的運(yùn)行性能。

（二）綜合賽項(xiàng)任務(wù)：

1、機(jī)器人自動(dòng)從起始位置出發(fā)，移動(dòng)到達(dá)散落的臺(tái)球處，將臺(tái)球抓取后移動(dòng)走廊入口處。

2、機(jī)器人通過遙控或自動(dòng)穿越走廊，在不碰到走廊墻壁的前提下，沿著走廊墻壁行走，從入口走到出口。

3、機(jī)器人自動(dòng)移動(dòng)到臺(tái)球?qū)?yīng)的放置處，將臺(tái)球準(zhǔn)確放入放置處，之后移動(dòng)至走廊出口處。

4、機(jī)器人通過遙控或自動(dòng)穿越走廊，在不碰到走廊墻壁的前提下，沿著走廊墻壁行走，從出口走到入口。

5、機(jī)器人自動(dòng)去抓取下一個(gè)臺(tái)球，直到所有放置處都放置了指定的臺(tái)球?yàn)橹埂?/p>

進(jìn)一步分析賽事工作任務(wù)需要的專業(yè)知識(shí)、技能、工作能力，制訂該職業(yè)或相關(guān)職業(yè)群職業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)和職業(yè)能力結(jié)構(gòu)，并對(duì)其具體涵蓋的工作任務(wù)和職業(yè)能力等層面做更深的分析，可得到典型工作任務(wù)對(duì)應(yīng)的基本知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)：

1、基本知識(shí)

本項(xiàng)目選手應(yīng)掌握的基本知識(shí)：機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)和裝配;電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)和裝配;電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和裝配;傳感器選型和裝配;計(jì)算機(jī)編程;成本效率設(shè)計(jì)、性價(jià)比核算、以及進(jìn)行質(zhì)量控制。

2、基本技能

需要前期與客戶溝通能力，以了解詳細(xì)的需求與規(guī)范;需要工作組織以及自我管理能力;需要溝通和人際交往等相關(guān)的協(xié)作能力;需要提供方案和解決方案的能力;需要解決技術(shù)挑戰(zhàn)的創(chuàng)新和創(chuàng)造能力;需要根據(jù)客戶需求設(shè)計(jì)移動(dòng)機(jī)器人的能力;需要根據(jù)設(shè)計(jì)制造移動(dòng)機(jī)器人的能力;需要編程能力;需要設(shè)計(jì)、裝配和維護(hù)機(jī)械及電氣裝置的能力

3、基本素質(zhì)

具有良好的思想品德、法制觀念和職業(yè)道德;具有愛崗敬業(yè)、忠于職守、勤奮刻苦、踏實(shí)肯干、謙虛好學(xué)的品質(zhì);具有較強(qiáng)的溝通能力，在工作中具有合作能力、交流能力和組織協(xié)調(diào)能力;具有團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，公正坦誠(chéng)，能夠進(jìn)行批評(píng)與自我批評(píng);工作認(rèn)真、細(xì)致、積極、主動(dòng)，具有吃苦耐勞的精神;具有健康的體魄、健全的人格、抗挫抗壓的心理素質(zhì)和良好的行為習(xí)慣。

對(duì)標(biāo)典型工作任務(wù)，結(jié)合教學(xué)實(shí)際，可分解素養(yǎng)培養(yǎng)，和知識(shí)、技能點(diǎn)為以下具體內(nèi)容：

（一）職業(yè)素養(yǎng)

1、敬業(yè)愛崗，忠于職守，嚴(yán)于律已，刻苦鉆研;

2、勤于學(xué)習(xí)，善于思考，勇于探索，敏于創(chuàng)新;

3、認(rèn)真負(fù)責(zé)，吃苦耐勞，團(tuán)結(jié)協(xié)作，精益求精;

4、遵守操作規(guī)程，安全、文明生產(chǎn);

5、著裝規(guī)范整潔，愛護(hù)設(shè)備，保持工作環(huán)境清潔有序。

（二）相關(guān)知識(shí)與技能

1、機(jī)電技術(shù)應(yīng)用

2、機(jī)電設(shè)備安裝與維修

3、鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)等典型機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)

4、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理與應(yīng)用

5、MCU自動(dòng)控制技術(shù)

6、運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)及精確定位控制技術(shù)

7、機(jī)器人控制技術(shù)

（三）相關(guān)職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

嵌入相關(guān)職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)要求。

1、維修電工國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（職業(yè)編碼?6-07-06-05）

2、工具鉗工國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（職業(yè)編碼?6-05-02-02）

3、裝配鉗工國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（職業(yè)編碼?6-05-02-01）

4、機(jī)械設(shè)備安裝工國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（職業(yè)編碼?6-23-10-01）

5、可編程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)師國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（職業(yè)編碼?X2-02-13-10）

移動(dòng)機(jī)器人是一類可應(yīng)用于教育領(lǐng)域的機(jī)器人，它具備以下特點(diǎn)：首先是教學(xué)適用性，符合教學(xué)使用的相關(guān)需求;其次是具有良好的性價(jià)比;再次就是它的開放性和可擴(kuò)展性，可以根據(jù)需要方便地增、減功能模塊，進(jìn)行自主創(chuàng)新;此外，它還有友好的人機(jī)交互界面。作為創(chuàng)新教學(xué)平臺(tái)，能夠滿足機(jī)電一體化、智能系統(tǒng)與工程、計(jì)算機(jī)與自動(dòng)化工程等專業(yè)的相關(guān)專業(yè)課程教學(xué)與實(shí)踐的需要，包括課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等創(chuàng)新實(shí)踐;作為創(chuàng)新研究平臺(tái)，能夠滿足相關(guān)專業(yè)不同層次教學(xué)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、智能伺服、實(shí)時(shí)視覺導(dǎo)航、自組織與自學(xué)習(xí)、多智能體協(xié)調(diào)和對(duì)抗以及無(wú)線通訊等方向的教學(xué)和研究需要。

當(dāng)下，移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展可謂是日新月異，隨著性能的不斷完善，移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用范圍大為擴(kuò)展，不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，而且在城市安全、國(guó)防和空間探測(cè)領(lǐng)域等有害及危險(xiǎn)場(chǎng)合得到很好地應(yīng)用。我國(guó)的移動(dòng)機(jī)器人事業(yè)雖然起步晚，但如今也有了一定的發(fā)展。許多學(xué)生對(duì)移動(dòng)機(jī)器人都有很高的熱情，通過一定途徑能有機(jī)會(huì)設(shè)計(jì)并制作移動(dòng)機(jī)器人，并且相當(dāng)一部分人都有一定的技術(shù)基礎(chǔ)，而移動(dòng)機(jī)器人大賽正是給他們提供了一個(gè)平臺(tái)，來(lái)提高同學(xué)們?cè)陔娮有畔ⅰC(jī)電一體化等方面的相關(guān)知識(shí)，增強(qiáng)同學(xué)們的動(dòng)手能力，讓大家在實(shí)際的設(shè)計(jì)和制作中體驗(yàn)實(shí)際動(dòng)手操作的重要性，并以此激發(fā)同學(xué)們的創(chuàng)新精神，鞏固并進(jìn)一步加深同學(xué)們對(duì)理論知識(shí)的理解。

參考文獻(xiàn)

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