機(jī)器人教育在應(yīng)用型本科院校的實踐與探究

谷明信

摘要：機(jī)器人教育對機(jī)器人工程人才的培養(yǎng)、機(jī)器人及智能裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。本文在分析我校開展機(jī)器人教育背景的基礎(chǔ)上，討論了應(yīng)用型本科院校與傳統(tǒng)重點本科院校、高職院校對機(jī)器人工程人才培養(yǎng)的區(qū)別。簡述了我校在機(jī)器人理論教學(xué)、實踐教學(xué)、實訓(xùn)平臺建設(shè)、機(jī)器人學(xué)科競賽等方面的情況，最后提出了機(jī)器人方向機(jī)器人教學(xué)的改進(jìn)意見。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人教育；機(jī)器人教學(xué)；應(yīng)用型本科院校；機(jī)器人競賽

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）31-0121-02

一、引言

隨著我國勞動力成本快速上漲，人口紅利逐漸消失，生產(chǎn)方式向柔性、智能、精細(xì)轉(zhuǎn)變，構(gòu)建以智能制造為根本特征的新型制造體系迫在眉睫。機(jī)器人作為先進(jìn)制造業(yè)的關(guān)鍵支撐裝備，在改善人類生活方式中起著重要作用。無論是在制造環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人，還是在非制造環(huán)境下的服務(wù)機(jī)器人，其研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用是衡量一個國家科技創(chuàng)新、高端制造發(fā)展水平的重要標(biāo)志。大力發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，對于推動我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級，加快制造強(qiáng)國建設(shè)，改善人民生活水平具有重要意義。

2010年以來，中國機(jī)器人市場以年均36%的速度增長。2013年中國成為全球第一大工業(yè)機(jī)器人市場。然而，我國機(jī)器人市場多為國外品牌占領(lǐng)，整體機(jī)器人產(chǎn)業(yè)科研水平滯后，缺乏關(guān)鍵零部件，國產(chǎn)品牌機(jī)器人在機(jī)械加工和裝配等方面精度不夠，機(jī)器人工程人才缺少，這些都嚴(yán)重制約著機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國家和地方層面也出臺大量政策或規(guī)劃促進(jìn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的健康有序發(fā)展。機(jī)器人及智能裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開機(jī)器人工程人才的培養(yǎng)，高校是人才培養(yǎng)的重要基地。應(yīng)用型本科院校本著融入地方經(jīng)濟(jì)、服務(wù)地方產(chǎn)業(yè)的原則，開展機(jī)器人教育為機(jī)器人產(chǎn)業(yè)提供人才。

在國外，機(jī)器人教育從基礎(chǔ)教育階段就已經(jīng)開始普及，機(jī)器人教育從幼兒園的啟蒙階段一直延續(xù)到高等教育階段。在國內(nèi)，東北大學(xué)趙姝穎提出以DIY理念推動教育機(jī)器人的研發(fā)和應(yīng)用，將機(jī)器人教育內(nèi)容化整為零，充分發(fā)揮機(jī)器人教育的后發(fā)優(yōu)勢。佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院提出校企合作、項目引領(lǐng)、課崗融通的人才培養(yǎng)模式，依托佛山市機(jī)器人及智能裝備產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，從事工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)及應(yīng)用，培養(yǎng)從事工業(yè)機(jī)器人安裝、編程、調(diào)試、運行維護(hù)、銷售等工作的復(fù)合型高端技能人才。機(jī)器人教育是最近幾年新興的教育領(lǐng)域，國內(nèi)各高校爭相開展機(jī)器人教育。

重慶文理學(xué)院作為應(yīng)用型本科院校，面向重慶市汽車摩托車及裝備制造等支柱產(chǎn)業(yè)和機(jī)器人、數(shù)控車床等高端智能裝備戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，立足永川區(qū)機(jī)器人及智能裝備產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)基地，開展機(jī)器人教育進(jìn)行機(jī)器人工程人才的培養(yǎng)具有重要意義。

二、應(yīng)用型本科院校機(jī)器人工程人才培養(yǎng)區(qū)別

應(yīng)用型本科院校對機(jī)器人工程人才的培養(yǎng)既有別于高職高專院校培養(yǎng)的技能型人才，又要區(qū)別于傳統(tǒng)研究型本科院校培養(yǎng)的學(xué)術(shù)型人才（見表1）。目前高職高專的機(jī)器人人才培養(yǎng)，主要是從事工業(yè)機(jī)器人及配套設(shè)備的基本應(yīng)用、安裝調(diào)試、運行維護(hù)、售前售后的技術(shù)服務(wù)。如重慶電子工程職業(yè)學(xué)院、無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院等。研究型本科院校，如東南大學(xué)2016年設(shè)立了全國首個機(jī)器人工程本科專業(yè)，培養(yǎng)懂設(shè)計和研發(fā)的系統(tǒng)工程師。多數(shù)重點大學(xué)機(jī)器人人才培養(yǎng)是在研究生階段作為一個研究方向。如哈爾濱工業(yè)大學(xué)依托機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室開展碩士、博士研究生的培養(yǎng)。應(yīng)用型本科院校應(yīng)根據(jù)地方產(chǎn)業(yè)需求，培養(yǎng)分層遞進(jìn)式機(jī)器人集成應(yīng)用工程師。

三、機(jī)器人教育的具體實踐

機(jī)器人教育以機(jī)器人為教學(xué)研究平臺，從課堂教學(xué)、實驗實訓(xùn)教學(xué)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、學(xué)科競賽、第二課堂、校企合作等方面進(jìn)行“分層遞進(jìn)”模式機(jī)器人工程人才培養(yǎng)。

1.機(jī)器人理論教學(xué)。我校在機(jī)械工程專業(yè)中設(shè)置了工業(yè)機(jī)器人方向，為本科生開設(shè)了《機(jī)器人導(dǎo)論》、《機(jī)器人使用與維護(hù)實訓(xùn)》、《機(jī)器人控制技術(shù)實訓(xùn)》、《機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計與制作》課程等?！稒C(jī)器人導(dǎo)論》主要學(xué)習(xí)機(jī)器人基本概念、性質(zhì)、組成、應(yīng)用，機(jī)器人運動學(xué)、運動正反解、空間坐標(biāo)變換、機(jī)器人動力學(xué)、機(jī)器人控制、機(jī)器人傳感檢測技術(shù)等，使學(xué)生對機(jī)器人控制及運動形式有個初步了解。《機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計與制作》主要依托模塊化機(jī)器人平臺開展各種不同構(gòu)型的機(jī)器人設(shè)計，使學(xué)生綜合運用各種工程和技能來實現(xiàn)一個機(jī)器人項目，從而得到工程應(yīng)用和創(chuàng)新創(chuàng)意訓(xùn)練。

2.機(jī)器人實踐教學(xué)。機(jī)器人實踐教學(xué)依托機(jī)器人實驗實訓(xùn)平臺，需要機(jī)械結(jié)構(gòu)建模設(shè)計、軌跡規(guī)劃、伺服驅(qū)動與控制、傳感器與檢測等多學(xué)科融合。機(jī)器人實踐教學(xué)過程中建立從簡單到復(fù)雜，從低級到高級，從單一基本技能到綜合技能再到創(chuàng)新設(shè)計技能，能力進(jìn)階的系列化實驗實訓(xùn)項目化教學(xué)體系。逐步建立機(jī)器人實踐教學(xué)數(shù)據(jù)庫，使學(xué)生在學(xué)校受到機(jī)器人工程師完整的訓(xùn)練，形成可以推廣的教學(xué)成果與經(jīng)驗。

3.機(jī)器人課外教學(xué)。機(jī)器人教學(xué)的第二課堂包括機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計與制作-暑假優(yōu)秀工程師、機(jī)器人相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計、機(jī)器人學(xué)科競賽、學(xué)生科研、學(xué)生社團(tuán)等。暑假優(yōu)秀工程師是利用假期兩周的時間，組織學(xué)生以項目制工程應(yīng)用為目標(biāo)的實訓(xùn)。自2013年重慶文理學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院成立以來，積極組織學(xué)生參加各類機(jī)器人大賽，包括重慶市移動機(jī)器人大賽、中國機(jī)器人大賽暨Robocup公開賽、尚和杯中國機(jī)器人大賽、挑戰(zhàn)杯等。獲得國家級獎項8次，省部級獎項20余次。

4.機(jī)器人實驗實訓(xùn)平臺建設(shè)。為提高學(xué)生在機(jī)器人工程應(yīng)用能力，必須讓學(xué)生走出課堂走進(jìn)實驗實訓(xùn)室，因此需要構(gòu)建機(jī)器人實驗實訓(xùn)平臺-工業(yè)機(jī)器人實訓(xùn)平臺和智能教育機(jī)器人實訓(xùn)平臺。目前已建有模塊化機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計實訓(xùn)室、工業(yè)機(jī)器人及智能視覺實訓(xùn)室、OTC焊接機(jī)器人實訓(xùn)室、機(jī)器人設(shè)計與仿真實驗室、工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成實訓(xùn)室、機(jī)電液傳動控制實驗室、PLC原理及應(yīng)用實驗室、工業(yè)自動控制實驗室、3D打印設(shè)計實訓(xùn)室等，為機(jī)器人工程人才培養(yǎng)提供堅實基礎(chǔ)。

四、機(jī)器人教育思考及建議

1.雖然已開展機(jī)器人工程人才的教學(xué)，但機(jī)器人課程體系并不完善，尚未形成學(xué)科專業(yè)。機(jī)器人實驗實訓(xùn)平臺應(yīng)與機(jī)器人課程配套，完善機(jī)器人實驗課程的內(nèi)容。機(jī)器人配套教育資源要逐漸自主化、系統(tǒng)化，建立機(jī)器人理論教學(xué)、實驗教學(xué)數(shù)據(jù)庫。

2.需進(jìn)一步整合學(xué)校資源，加大師資投入。使更多的教師、學(xué)生從事機(jī)器人科學(xué)研究、學(xué)科競賽，進(jìn)一步與機(jī)器人制造商、機(jī)器人系統(tǒng)集成商、機(jī)器人應(yīng)用企業(yè)合作辦學(xué)，開展項目研究。

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