探索者實驗室建設(shè)及機器人開發(fā)理念

林彤+金濯+任玲

【中圖分類號】G71 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）37-0003-01

機器人技術(shù)作為融合了機械工程，機械自動化，單片機，計算機技術(shù)等學(xué)科的綜合性的典型載體，被廣泛作為我國各類高校實踐性教學(xué)和研究的選題之一，并有大量有規(guī)模有組織的機器人賽事支撐著這項技術(shù)的宣傳和發(fā)展。作為一所應(yīng)用型的高職院校，江蘇農(nóng)牧科技學(xué)院開設(shè)了“機器人創(chuàng)新技術(shù)”這門課程，以提高學(xué)生對工程類各課程的綜合理解和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐的能力。

一、機器人課程實驗特點

機器人教育大多側(cè)重于課堂上的講授，理論的了解和公式的推導(dǎo)，實踐動手，實驗設(shè)計論證等方面欠缺。書本理論知識相對完善，但是創(chuàng)新能力和實踐能力未得到鍛煉，綜合設(shè)計分析問題和解決問題的能力相對薄弱。缺少設(shè)計性和綜合性實驗的機器人課程難以讓學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)，思考和創(chuàng)新的能力得到培養(yǎng)和提高。因此機器人實驗教學(xué)的設(shè)置和探索，建立探索者實驗室硬件平臺對于機器人實驗教學(xué)的改革十分有必要。

二、探索者平臺簡介

探索者平臺是由機器時代推出的專業(yè)型機器人設(shè)備原型設(shè)計工具，包含了機構(gòu)件，舵機，傳感器以及控制模塊?？捎糜趧?chuàng)新教學(xué)、工程認(rèn)知、工程實訓(xùn)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、工程類競賽、新產(chǎn)品原理驗證等。學(xué)生在創(chuàng)新實踐，工程實訓(xùn)，課程設(shè)計等實踐中能夠更好的理解消化和掌握機械設(shè)計及制造，機械裝備等基礎(chǔ)課程中的知識，通過實踐和自主設(shè)計的方式，能更好的提高實踐創(chuàng)新的能力。傳感器，主控板等控制單元能夠讓學(xué)生在實現(xiàn)機構(gòu)運動的設(shè)計過程中，更全面的了解單片機PLC，計算機語言編程等學(xué)科的知識。

三、“探索者”實驗室建設(shè)

機器人創(chuàng)新設(shè)計實驗室配備十套至十五套探索者平臺套件。授課學(xué)生分組進行兩個階段的學(xué)習(xí)，第一階段完成探索者平臺基礎(chǔ)性的系統(tǒng)學(xué)習(xí)和模仿實驗?！肮ぷ鬟^程導(dǎo)向”教學(xué)模式按照完整的工作過程構(gòu)建學(xué)習(xí)任務(wù)，設(shè)計學(xué)習(xí)情境并組織實施，做到“教、學(xué)、做”三統(tǒng)。

1.第一階段基礎(chǔ)學(xué)習(xí)演練的流程

第一步，熟悉探索者平臺的基礎(chǔ)部件，零件的認(rèn)知及固定鉸接，電機的種類及安裝。

第二步，通過認(rèn)知和分析各種類型的機構(gòu)，并能進行機構(gòu)運動簡圖的測繪。其中包括四個實驗：

（1）典型機械裝置設(shè)計實驗；

（2）簡易輪型機構(gòu)設(shè)計實驗；

（3）簡易足型機構(gòu)設(shè)計實驗；

（4）簡易關(guān)節(jié)模塊設(shè)計實驗。

第三步，電池、主板、電機、傳感器的選擇，調(diào)試及應(yīng)用。其中包括傳感器，主控板的編程和實際運動中的參數(shù)調(diào)節(jié)。

完成后提供設(shè)計方法理論，實際問題檢測學(xué)習(xí)結(jié)果，例如：

根據(jù)圖1場景中的障礙物（柵格地毯，樓梯，管道，獨木橋）設(shè)計出一個能夠自主通過該場地的機器人。

完成該階段學(xué)習(xí)后，設(shè)計相應(yīng)機構(gòu)，運用合適的傳感器，完成穿越障礙物的功能性機器人，掌握基于探索者平臺機器人的設(shè)計，可進行下面的步驟。

2.使用“探索者”進行開發(fā)設(shè)計的流程

第一步，按照構(gòu)思的機構(gòu)、電路思路，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢杂嬎愫头治龅臋C構(gòu)簡圖和控制流程圖。

第二步，將簡圖轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢则炞C的“探索者”分塊樣機，進行驗證調(diào)試。設(shè)計分塊樣機的能力通過教材中“模塊化”的概念對學(xué)生進行訓(xùn)練。

第三步，對加了電池、主板、電機、傳感器、結(jié)構(gòu)件等的整機的結(jié)構(gòu)、重心布局，電子部件布局，自動化功能，代碼等進行調(diào)整和測試，完成一個完整的示意樣機。

第四步，可以用標(biāo)準(zhǔn)五金零件、電子部件或自加工零件，對“探索者”的示意性零件進行實用化的工程替代，考慮工藝、材料、精度、外觀等問題，變成一個實用級別的工程樣機。

四、“探索者”工程開發(fā)教學(xué)意義

學(xué)生可以了解到機器人工程的整體概念，并接受工具使用、機構(gòu)簡圖繪制、模塊化設(shè)計、國標(biāo)緊固件組裝、傳感器使用、通信模塊使用、單片機與圖形化、C語言編程控制等訓(xùn)練。綜合設(shè)計能力、空間想象力也能得到拓展?！疤剿髡摺弊寵C器人設(shè)計和機械原理、控制原理等教學(xué)產(chǎn)生了聯(lián)系，學(xué)生完成小尺寸機器人的設(shè)計，后可放大、工程化、變成實用的機器人，讓學(xué)生更容易與社會接軌。

文獻參考：

[1]張建偉.現(xiàn)代智能機器人前景及技術(shù)[J].先進技術(shù)研究通報，2009，3.

[2]楊天博.論我國高校實踐教學(xué)存在的問題及改革對策[J].文化教育，2010，4.