基于Bluetooth技術(shù)的控制系統(tǒng)在工程訓(xùn)練中的應(yīng)用與思考

摘要：機(jī)械類學(xué)生在工程訓(xùn)練期間，通過參加“金工杯”機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計與制作比賽，在所創(chuàng)作的作品中，使用基于Bluetooth技術(shù)的控制系統(tǒng)，體會機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)作過程，初步建立工程意識。工程素養(yǎng)得到培養(yǎng)，對機(jī)械作品創(chuàng)新設(shè)計的熱情得到激發(fā)。

關(guān)鍵詞：Bluetooth技術(shù)；控制系統(tǒng)；工程訓(xùn)練

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.04.005

Abstract： During the period of engineering training， mechanical students join the “Jing Gong Cup” game of mechanical innovation design and manufacture， and they create a few works where a control system based on Bluetooth technology is used. Mechanical students realize the creation process of mechatronics products， namely preliminary establish the engineering consciousness， and their engineering quality is trained. It stimulates their enthusiasm of the innovative design of mechanical works， and their interest to professional courses in the late study stage of university gets trained. It also gives us a certain inspiration in engineering training teaching reform， and it strengthens the teachers and students to do scientific research mission.

Keywords： mechanical students； engineering training； Bluetooth technology； control system； engineering consciousness

0引言

工科專業(yè)學(xué)生所學(xué)課程中，基礎(chǔ)工程訓(xùn)練課程是一門形式特殊且非常重要的實(shí)踐教育課，通過該工程訓(xùn)練實(shí)踐課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能初步建立一定的工程意識[1]。根據(jù)所學(xué)專業(yè)的不同，將學(xué)生劃分為三大類：機(jī)械類、近機(jī)械類、非機(jī)械類等，對于不同專業(yè)類別的學(xué)生，基礎(chǔ)工程訓(xùn)練實(shí)踐課程內(nèi)容設(shè)置及對學(xué)生的基本要求也有所不同。

針對機(jī)械類學(xué)生，我校開設(shè)的基礎(chǔ)工程訓(xùn)練課程內(nèi)容主要包括：金工實(shí)習(xí)、電工實(shí)習(xí)及“金工杯”機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計與制作比賽等三部分。2001年，我校創(chuàng)立“金工杯”機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計與制作比賽，整個比賽貫穿于學(xué)生工程訓(xùn)練實(shí)習(xí)期間，參加工程訓(xùn)練的學(xué)生都需要參加該比賽，這是我校工程訓(xùn)練課程中的一大特色。

比賽設(shè)置兩個主題，分別為“機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計組”和“規(guī)定主題組”，其中在“規(guī)定主題組”中每個班級需要制作三輛能實(shí)現(xiàn)規(guī)定動作的遙控機(jī)器人。機(jī)械類學(xué)生在工程訓(xùn)練實(shí)習(xí)期間需要完成該類作品的總體機(jī)械結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、工藝設(shè)計、關(guān)鍵部件的加工裝配、控制程序設(shè)計及整車的調(diào)試等相關(guān)工作。近三年，機(jī)器人的控制平臺均采用基于Bluetooth技術(shù)的移動機(jī)器人控制平臺，通過Bluetooth技術(shù)進(jìn)行交互式通訊，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人完成規(guī)定的動作[2]，其控制平臺搭建如圖1所示。

1采用基于Bluetooth技術(shù)控制系統(tǒng)的意義

1.1符合機(jī)電一體化產(chǎn)品智能化的發(fā)展方向

控制系統(tǒng)采用基于Bluetooth技術(shù)的移動機(jī)器人控制平臺，能夠靈活實(shí)現(xiàn)控制機(jī)器人前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向、機(jī)械臂升降、機(jī)械手抓取等。學(xué)生根據(jù)自己的需求分析，在上位機(jī)上編制有效的程序。采用該控制系統(tǒng)，提升了檔次，符合機(jī)電一體化產(chǎn)品智能化的發(fā)展方向[3]。

1.2符合機(jī)電一體化產(chǎn)品綠色化的發(fā)展方向

基于Bluetooth技術(shù)的移動機(jī)器人控制平臺、8口繼電器模塊、舵機(jī)等部件，能夠拆卸并循環(huán)利用，且不污染環(huán)境，體現(xiàn)了機(jī)電一體化產(chǎn)品綠色化的發(fā)展方向[4]。

1.3激發(fā)學(xué)生對機(jī)械作品創(chuàng)新設(shè)計的熱情

基于舵機(jī)的轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，通過使用舵機(jī)部件，促使關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的機(jī)械創(chuàng)新，從而使機(jī)器人小車的機(jī)械結(jié)構(gòu)更具多樣化、靈活性，舵機(jī)的內(nèi)部核心是一個伺服電機(jī)，與普通直流減速電機(jī)相比，經(jīng)控制單元對舵機(jī)進(jìn)行控制，可以靈活、精確地實(shí)現(xiàn)某一機(jī)械裝置完成對某一動作的執(zhí)行。

以“規(guī)定主題組”中的作品“摘星車”為例，見圖2，基于舵機(jī)的轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)主要有運(yùn)動轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和機(jī)械手臂的伸縮抓取機(jī)構(gòu)，舵機(jī)作為這兩個機(jī)構(gòu)的核心部件，對于運(yùn)動轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，能夠靈活實(shí)現(xiàn)小車沿著某一方向轉(zhuǎn)動一定角度進(jìn)行前進(jìn)或后退，相比以往的運(yùn)動轉(zhuǎn)向方式更靈活。采用舵機(jī)部件，學(xué)生設(shè)計的“摘星車”機(jī)械手伸縮抓取機(jī)構(gòu)輕巧靈活，摘星效率高且穩(wěn)定。

1.4激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

學(xué)生設(shè)計的輪式機(jī)器人是一個典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，需要完成輪式機(jī)器人的總體機(jī)械結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、工藝設(shè)計、關(guān)鍵部件的加工裝配、控制程序設(shè)計及整車的調(diào)試等相關(guān)工作，需要克服學(xué)習(xí)困難并查閱大量資料?；贐luetooth技術(shù)的移動機(jī)器人控制平臺在工程訓(xùn)練中的使用，要求學(xué)生根據(jù)自己的需求分析，在上位機(jī)上編制相應(yīng)的程序，查閱資料，溝通遇到的問題并予以解決，最終編制出滿足需求分析的功能性程序。

通過整個工程訓(xùn)練實(shí)踐過程，有些同學(xué)可能對機(jī)械方向更感興趣，有些同學(xué)對控制方向更感興趣，學(xué)生的潛力通過這樣的方式得到了一定的挖掘，同時也激發(fā)學(xué)生對專業(yè)課學(xué)習(xí)的興趣。

2相關(guān)措施

（1）在機(jī)械類學(xué)生工程訓(xùn)練中，所使用的基于Bluetooth技術(shù)的移動機(jī)器人控制平臺，出現(xiàn)一些硬件損壞無法正常使用的現(xiàn)象，多數(shù)原因是少數(shù)學(xué)生沒有嚴(yán)格按照規(guī)范操作使用控制平臺造成的。

針對這種情況，在以后的比賽規(guī)則中規(guī)定：調(diào)試期間若出現(xiàn)人為原因損壞控制平臺，根據(jù)加權(quán)評定比賽成績規(guī)則，應(yīng)從總成績中扣除相應(yīng)分?jǐn)?shù)。目的是使學(xué)生建立工程意識中的設(shè)備安全意識、成本意識、項(xiàng)目管理意識等。

（2）加強(qiáng)對學(xué)生工程訓(xùn)練期間作品制作進(jìn)度的管理，留出足夠調(diào)試時間。八周時間內(nèi)，既要完成常規(guī)的金工及電工實(shí)習(xí)，又要完成作品的創(chuàng)作，需要合理分配制作時間，使學(xué)生建立工程意識中的項(xiàng)目管理意識、時間管理意識等。

（3）進(jìn)一步設(shè)置高智能化機(jī)器人比賽項(xiàng)目，深度挖掘?qū)W生們的潛力，促使機(jī)器人“智”能升級。智能化水平的提升伴隨著機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計，與機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計是相輔相成的。

機(jī)械類學(xué)生參加工程訓(xùn)練實(shí)訓(xùn)課即“金工杯”機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計與制作比賽時，通過增加智能化機(jī)器人項(xiàng)目，結(jié)合國內(nèi)機(jī)器人比賽項(xiàng)目內(nèi)容，如“中南地區(qū)港澳特區(qū)”機(jī)器人比賽要求，單獨(dú)布置相應(yīng)的比賽場地，學(xué)生可以根據(jù)興趣進(jìn)行選擇，通過不斷的學(xué)習(xí)，循序漸進(jìn)，勢必促使機(jī)器人的“智”能升級，既挖掘了學(xué)生的興趣與潛力，也是對科研工作的經(jīng)驗(yàn)積累。

3結(jié)論

機(jī)械類學(xué)生在工程訓(xùn)練期間所創(chuàng)作的作品中，通過采用基于Bluetooth技術(shù)的控制系統(tǒng)，激發(fā)了學(xué)生對機(jī)械作品創(chuàng)新設(shè)計的熱情和對專業(yè)課學(xué)習(xí)的興趣，同時在實(shí)施工程訓(xùn)練教學(xué)改革中也給我們帶來了一定的啟發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

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