電子信息工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

胡湘娟+余建坤+江世明

摘要：分析創(chuàng)新教育改革中實(shí)踐教學(xué)的重要作用，根據(jù)電子信息工程專業(yè)的專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)探索， 探究機(jī)械設(shè)計(jì)在專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)中的作用，研究如何提高學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)能力，以提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出具有系統(tǒng)性工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的合格人才。

關(guān)鍵詞：專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)；機(jī)械設(shè)計(jì)；機(jī)器人

在創(chuàng)新教育的改革中，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不應(yīng)只是依附于理論教學(xué)的，不僅僅是課堂教學(xué)的延伸和補(bǔ)充。而應(yīng)該建構(gòu)實(shí)踐教學(xué)新模式，將實(shí)踐教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、動(dòng)手能力和綜合素質(zhì)的一個(gè)基本途徑。通過(guò)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)要求學(xué)生掌握基本的設(shè)計(jì)方法和操作技能，增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，貫徹系統(tǒng)性工程實(shí)踐能力。專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)是為電子信息工程專業(yè)開設(shè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課，

1 專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)

專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)是電子信息工程專業(yè)集中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，目的是使學(xué)生能綜合運(yùn)用所學(xué)相關(guān)課程的基礎(chǔ)理論和基本知識(shí)，完成電子功能模塊電路或電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真和電路測(cè)試，為以后畢業(yè)設(shè)計(jì)和工作奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。要求學(xué)生完成相關(guān)電子功能模塊系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)、仿真到硬件實(shí)現(xiàn)和指標(biāo)測(cè)試，寫出詳細(xì)的工程實(shí)踐報(bào)告。近年來(lái)，專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是使用“探索者”機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供的零件和模塊，進(jìn)行運(yùn)行方案、機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制電路的設(shè)計(jì)并編寫控制程序，拼接完成機(jī)器人的組裝，運(yùn)行測(cè)試，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的既定功能。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)在專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)中的作用

國(guó)內(nèi)外很多高校都已開展了機(jī)器人的教學(xué)工作[1][2]。并且國(guó)際上對(duì)機(jī)器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致，即機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。

無(wú)論是哪種情況，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)都離不開身體的配合，其中包括機(jī)械本體系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)動(dòng)力控制系統(tǒng)兩大部分[3]。機(jī)械本體是機(jī)器人存在的基本和功能實(shí)現(xiàn)的前提，是將各種機(jī)械零件有機(jī)地組合起來(lái)，使得機(jī)械結(jié)構(gòu)既巧妙又有效率。機(jī)器人的動(dòng)力來(lái)源一般是電動(dòng)機(jī)，通過(guò)一套機(jī)械傳動(dòng)裝置，按照機(jī)器人內(nèi)的程序控制，將動(dòng)力傳到機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)就開始運(yùn)動(dòng)了。機(jī)器人如果想要?jiǎng)悠饋?lái)，機(jī)械本體和運(yùn)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)這兩大部分缺一不可。

一個(gè)完整的機(jī)器人設(shè)計(jì)應(yīng)該是機(jī)械、電子、軟件和外觀等有機(jī)組合在一起的結(jié)果。必須根據(jù)功能先用機(jī)械零件搭建出各式各樣的機(jī)械結(jié)構(gòu)，再選擇適當(dāng)?shù)碾娮悠骷?，結(jié)合編寫程序，最后加以外觀美工修飾。

設(shè)計(jì)機(jī)器人之前先要思考以下問(wèn)題：要做什么樣的機(jī)器人，需完成什么功能，要有什么動(dòng)作，在什么環(huán)境下運(yùn)作，是否要人機(jī)交互等。只有把這些問(wèn)題弄明白了，確實(shí)明確了設(shè)計(jì)任務(wù)，才能動(dòng)手進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)。進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)不是單純的將零件搭建成機(jī)械結(jié)構(gòu)那么簡(jiǎn)單，而是需要根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)行方式、運(yùn)動(dòng)原理和運(yùn)行環(huán)境，擬定運(yùn)動(dòng)方案，確定結(jié)構(gòu)組成。機(jī)械設(shè)計(jì)的任務(wù)就是根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案將機(jī)械零件拼裝完成機(jī)械裝置。

3 如何提高學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)能力

3.1 了解機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方式

自然界中物體位置發(fā)生變化的運(yùn)動(dòng)，叫做機(jī)械運(yùn)動(dòng)。平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)，是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的三種基本形式。任何一種功能機(jī)器人都需要完成一種或同時(shí)參與幾種形式的運(yùn)動(dòng)，因此學(xué)生需要根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)確定運(yùn)動(dòng)方式，選擇適當(dāng)零件拼裝成機(jī)械裝置。

3.2 學(xué)習(xí)機(jī)械裝置運(yùn)動(dòng)原理

不同的機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)原理不一樣，要求學(xué)生根據(jù)不同的機(jī)械裝置的原理，選擇零件組成實(shí)現(xiàn)。比如曲柄搖桿裝置是由一個(gè)曲柄一個(gè)搖桿組成，可將連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。常見的雷達(dá)天線俯仰搜索結(jié)構(gòu)就是這樣的曲柄搖桿裝置。選擇電機(jī)和連桿型零件就可實(shí)現(xiàn)曲柄搖桿裝置。

3.3 學(xué)看機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖表示機(jī)械運(yùn)動(dòng)配合情況和機(jī)構(gòu)組成情況，代表機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的方案。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖是把實(shí)際機(jī)構(gòu)加以科學(xué)的抽象，從原理方面表達(dá)機(jī)構(gòu)的組成和運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，以便進(jìn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和拼裝。學(xué)生要會(huì)看機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，從簡(jiǎn)圖上確定構(gòu)件的種類數(shù)目、構(gòu)件的相互位置以及所表達(dá)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，選擇機(jī)械零件，完成拼裝。

3.4 動(dòng)手拼裝機(jī)械裝置

學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)組裝機(jī)器人所需的各種機(jī)械零件圖形、特點(diǎn)及用途，了解其參數(shù)；掌握機(jī)械裝置運(yùn)動(dòng)原理、主要用途、組裝方法；掌握典型機(jī)械裝置拼裝所用零件及工具。進(jìn)而利用利用“探索者”機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供的零件進(jìn)行機(jī)械裝置的拼裝，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從單一到組合，訓(xùn)練機(jī)械裝置的拼裝能力。再提高到通過(guò)組合不同的典型裝置可完成不同的機(jī)器人功能需要，提升能力到設(shè)計(jì)機(jī)械裝置。

4 結(jié)論

專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)是為電子信息工程專業(yè)開設(shè)的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課，目的是使學(xué)生能綜合運(yùn)用所學(xué)相關(guān)課程的基礎(chǔ)理論和基本知識(shí)，使用“探索者”機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)并拼接完成機(jī)器人的組裝，運(yùn)行測(cè)試，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的既定功能。因此進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐時(shí)，要探究機(jī)械設(shè)計(jì)在專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)中的作用，從了解機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方式、學(xué)習(xí)機(jī)械裝置運(yùn)動(dòng)原理、學(xué)看機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖、動(dòng)手拼裝機(jī)械裝置等幾個(gè)方面，研究如何提高學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)能力，以提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出具有系統(tǒng)性工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的合格人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]王劍，馬宏緒，黃茜薇，劉建平.關(guān)于本科教育機(jī)器人教學(xué)的思考[J]. 電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2011.2：19-21.

[2]張奔.以實(shí)踐為導(dǎo)向的機(jī)器人教學(xué)改革探索[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2017.6：91-92.

[3]張毅，汪幫富，王思明.機(jī)器人創(chuàng)新工程實(shí)踐教學(xué)改革與探究[J].教育教學(xué)論壇，2016.51：133-134.

基金項(xiàng)目：湖南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2013年度課題（XJK013CGD022）。