技工院校服務機器人應用與維護專業建設研究

元軍偉 元志利

江蘇省交通技師學院 江蘇鎮江 212028

一、服務機器人行業發展與人才需求

服務機器人市場需求潛力巨大，隨著人口老齡化趨勢加快，以及醫療、教育需求的持續旺盛，我國服務機器人存在巨大市場潛力和發展空間。2019年我國服務機器人市場規模達到22億美元，同比增長約33.1%，高于全球服務機器人市場增速。其中，我國家用服務機器人、醫療服務機器人和公共服務機器人市場規模分別為10.5億美元、6.2億美元和5.3億美元。隨著停車機器人、超市機器人等新興應用場景機器人的快速發展，機器人人才供不應求，據2017年政府發布的《制造業人才發展規劃指南》顯示，2025年我國人才缺口將擴大到450萬。而人才缺口的產生，并不是因為我國沒有充足數量的機器人專業人才，而是人才都集中到了理論研發領域，但我國企業更需要的是機器人應用型人才和服務型人才。

二、服務機器人產業體系與專業建設目標

表1 服務機器人產業體系

為適應經濟社會發展、科技進步和產業結構調整要求，體現技工院校辦學方向和技能人才培養特點，2020年4月，人力資源和社會保障部公布《全國技工院校專業目錄(2018年修訂)》，2020年度增補專業包括服務機器人應用與維護，專業代碼為0219，屬電工電子大類(02)。2021年4月，人力資源和社會保障部會同相關部門向社會發布服務機器人應用技術員這一新職業信息，對這一新職業進行了定義并指定了主要工作任務。

建立“服務機器人應用與維護”專業方向，將時下關注度極高的人工智能技術與機器人技術相結合的服務機器人專業引入人才培養，打造與市場對接的領先特色專業方向，通過服務機器人應用與維護專業建設，培養出更多機器人應用型人才和服務型人才，提升學校的招生吸引力，提升畢業學生的就業競爭力。

三、服務機器人應用與維護專業人才培養方案(以高級工為例)

(一)服務機器人應用與維護專業職業面向

表2

(二)服務機器人應用與維護專業培養目標

本專業培養的高素質復合型人才應該適應國際科技前沿和國家戰略發展需求，符合社會和行業發展需要，掌握人工智能與服務機器人科技的基礎理論和專業知識，具有從事人工智能和服務機器人領域的工作專業技術，具有創新精神和實踐能力以及較強國際溝通能力。

本專業畢業生能夠勝任人工智能與服務機器人相關領域工程設計、技術開發、系統運行與維護和工程應用等方面的工作；能夠勝任企業或事業單位各類管理工作；通過更高層次的人才培養，能夠勝任高校、科研院所科學研究工作。

(三)服務機器人應用與維護專業就業領域、崗位及從事的工作

服務機器人應用與維護專業面向的主要就業領域：服務機器人制造商；服務機器人系統集成商；服務機器人終端用戶企業；物流、家政、酒店、銀行、餐廳等應用服務機器人服務行業。

服務機器人應用與維護專業面向的主要就業崗位：服務機器人設計、研發、生產、測試、銷售、部署、維護等環節對應崗位；電子設備制造業、嵌入式及電子信息企業設計、研發、檢測、調試、運行管理工作崗位(群)。

服務機器人應用與維護專業就業崗位從事的主要工作：服務機器人的設計、研發、編程、調試、維護、運行和管理等方面的工作；服務機器人系統集成應用的設計、開發、調試、運行維護、管理等工作；服務機器人及系統的售前、銷售以及生產管理等工作；銀行、酒店、家政、餐飲、商店等行業的服務機器人部署、運營、維護、管理等工作。

(四)服務機器人應用與維護專業課程體系

表3 服務機器人應用與維護專業課程體系(高級工)

四、服務機器人應用與維護專業實訓室建設方案

(一)總體建設方案

表4 服務機器人應用與維護專業實訓室總體建設方案

(二)基礎電工電子實訓室概況

基礎電工電子實訓室，涵蓋通用電子實驗教學虛擬儀器平臺、電路原理課程實驗套件、模擬電子技術課程實驗套件和數字電子技術課程實驗套件四種類型教學載體，并配備工作臺、電腦和常用電工基本訓練技能設備，萬能接線板等，可完成電工基本技能實訓。

主要實訓項目：電路基礎知識、直流電路、磁場與電磁感應、正弦交流電路、半導體器件、放大與振蕩電路、直流穩壓電源、數字電路、電子產品的工作環境和可靠性要求，電子產品的防護，電子產品元器件的布局與裝配，印制電路板的設計、制作與檢測，電子產品整機的裝配與調試，電子產品的質量管理與檢驗。

實訓課程：“電工電子技術基礎”“模擬電子技術”“數字電路與邏輯設計”“簡單電子線路裝調”。

(三)服務機器人感知實訓室概述

服務機器人感知實訓室，涵蓋基于STM32平臺綜合實驗箱、傳感器教學實驗平臺教學載體，并配備工作臺、電腦和配套常用工具設備等，可完成服務機器人感知技能實訓。

主要實訓項目：C語言概述、單片機基礎、基本數據類型與簡單程序設計、STM32的I/O應用、串口通信技術、中斷系統、定時器與計數器、單片機接口技術、傳感技術及傳感器基礎、距離與位姿傳感器、溫度與濕度傳感器、磁場與光電傳感器、數字傳感器、傳感器與檢測系統。

實訓課程：“傳感器技術與應用”“單片機技術與應用”。

(四)服務機器人運動控制實訓室概述

服務機器人運動控制實訓室，涵蓋基于STM32平臺綜合實驗箱、運動控制教學實驗平臺、服務機器人底盤教學實訓平臺教學載體，并配備工作臺、電腦和配套常用工具設備等，可完成服務機器人運動控制實訓。

主要實訓項目：機器人控制基礎、機器人傳感器；兩輪差速、三輪歐米輪、四輪麥克納姆輪、四輪歐米輪的機器人移動機構拆裝、控制及應用、機器人導航工作空間的創建及配置、同步定位與地圖構建、地圖構建算法的應用、機器人路徑規劃功能包安裝、機器人自適應定位、機器人導航算法的配置及應用。

實訓課程：“單片機技術與應用”“運動控制技術”“服務機器人移動機構裝調”。

(五)服務機器人機器視覺實訓室概述

服務機器人機器視覺實訓室，涵蓋深度攝像頭套件教學載體，并配備工作臺、電腦和配套常用工具設備等，可完成服務機器人機器視覺實訓。

主要實訓項目：計算機視覺基礎、使用OpenCV處理圖像、使用OpenCV處理視頻、圖像顏色檢測、人體特征檢測識別、物體的檢測識別、基于深度學習的物體識別、QR碼和AR碼。

實訓課程：“服務機器人系統操作”“機器人視覺應用技術”。

(六)服務機器人智能語音實訓室概述

服務機器人智能語音實訓室，涵蓋智能語音交互套件教學載體，并配備工作臺和配套常用工具設備等，可完成服務機器人智能語音實訓。

主要實訓項目：音頻技術及音頻設備、語音喚醒功能的實現、語音識別功能的實現、語音分析功能的實現、語義理解功能的實現、語音合成功能的實現、智能語音交互技術綜合應用。

實訓課程：“服務機器人系統操作”“智能語音交互技術”。

(七)服務機器人綜合技術實訓室概述

服務機器人核心技術實訓室配備計算機、Castle-X服務機器人通用教學實訓平臺、Castle-X智能服務機器人實訓場地、桌面型人工智能服務機器人學習平臺、智能迎賓機器人、服務機器人人工智能應用平臺，滿足專業課程教學實訓需求。此外，學生還能在實驗室內進行人工智能及服務機器人相關的創新實驗開發、課程設計、畢業設計等創新項目開發，全面提升我校機器人專業的實驗條件。

主要實訓項目：服務機器人多點巡邏、語音導航、QR碼和AR碼信息的獲取、骨骼跟隨應用的實現、物體識別與人臉識別、機械臂控制及物品抓取、語音控制機械臂抓取物體、智能物流的應用、服務機器人的軟硬件組成、機械硬件部件的裝調、感知系統的裝調、電氣的裝調；服務機器人控制與維護；服務機器人的故障檢測與排除。

實訓課程：“服務機器人裝調技術”“服務機器人操作系統基礎”“智能語音交互技術基礎”“服務機器人移動機構控制基礎”“服務機器人導航技術”“服務機器人裝調與維護技能綜合實訓”。

(八)“服務機器人+X情景”實訓室概述

通過建設“服務機器人+X情景”的實訓內容，以當地服務機器人應用行業使用設備為標準，以行業專家專業性建設方案為指導思路，構建屬于自身學院特色的“服務機器人應用與維護”專業，打造國內領先甚至首個“服務機器人+X情景”方向的實訓基地。可以是服務機器人無人餐廳場景、服務機器人智慧家庭場景、服務機器人醫療健康場景、服務機器人物流配送場景、服務機器人智能零售場景、服務機器人工業巡檢機器人等。