以機(jī)器人為載體的機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)構(gòu)建與實(shí)踐

丁長(zhǎng)濤 呂原君

[摘 要]以機(jī)器人為載體，從系統(tǒng)的角度構(gòu)建了“六位一體、雙向融合、三維遞進(jìn)”的機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)，以期解決高職機(jī)電資源融合較弱、學(xué)生綜合創(chuàng)新能力不強(qiáng)等問(wèn)題。通過(guò)有效整合軟件與硬件、機(jī)械類與電子類課程實(shí)訓(xùn)、競(jìng)賽與能力、運(yùn)行機(jī)制與人文活動(dòng)、師資隊(duì)伍與教學(xué)方式、創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)等六方面內(nèi)容，對(duì)學(xué)校和工作崗位的機(jī)電綜合知識(shí)進(jìn)行了雙向融合，利用機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)完成了理實(shí)一體化知識(shí)的學(xué)習(xí)、應(yīng)用和創(chuàng)新?；谠撈脚_(tái)取得了一系列創(chuàng)新性成果，實(shí)踐表明以機(jī)器人為載體構(gòu)建機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)，能夠顯著提高學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力，是一種有效融合機(jī)電資源的重要方式。

[關(guān)鍵詞]機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái);機(jī)器人;六位一體;雙向融合;三維遞進(jìn)

[中圖分類號(hào)]G642.0

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1005-4634（2019）03-0112-04

0 引言

機(jī)器人是一個(gè)集機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、電子信息技術(shù)、控制理論與工程、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)、信息融合技術(shù)、交互設(shè)計(jì)等諸多學(xué)科為一體的綜合學(xué)科。《中國(guó)制造2025》中提出到2025年基本實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、智能化，重點(diǎn)發(fā)展機(jī)器人等領(lǐng)域。工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委、財(cái)政部等三部委聯(lián)合出臺(tái)的《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》，引導(dǎo)我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)快速、健康、可持續(xù)發(fā)展[1，2]。各省市也出臺(tái)了一系列政策促進(jìn)地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展，比如，2017年浙江省發(fā)布了《浙江省“機(jī)器人+”行動(dòng)計(jì)劃》，提出到2020年機(jī)器人在浙江省經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域應(yīng)用中需取得重大進(jìn)展[3];《中國(guó)制造2025浙江行動(dòng)綱要》中指出重點(diǎn)發(fā)展機(jī)器人等十一類產(chǎn)業(yè)[4]。

通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在國(guó)家、地方發(fā)展的大背景下，目前國(guó)內(nèi)大部分機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)主要存在以下問(wèn)題[5-9]：（1）平臺(tái)缺少與國(guó)家地方發(fā)展的緊密聯(lián)系。大部分機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)，僅考慮了對(duì)之前課程所涉及的知識(shí)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，并沒(méi)有充分考慮國(guó)家宏觀政策及發(fā)展需求，對(duì)工作崗位和學(xué)?，F(xiàn)有條件的融合并不充分，大部分平臺(tái)缺乏與學(xué)生就業(yè)、創(chuàng)業(yè)的無(wú)縫接軌，出現(xiàn)了與國(guó)家地方發(fā)展相脫節(jié)的現(xiàn)象。（2）平臺(tái)智能化、現(xiàn)代化程度并不高?，F(xiàn)有的大部分機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)往往體積較大、質(zhì)量較重且價(jià)格較為昂貴，設(shè)備較為傳統(tǒng)，缺乏包括機(jī)器視覺(jué)在內(nèi)的智能化知識(shí)，很難實(shí)時(shí)對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行智能化處理。（3）平臺(tái)所涉及的硬件、軟件較為單一。目前一些機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)所涉及的機(jī)械類和電子類課程數(shù)量偏少，各課程之間的聯(lián)系并不緊密，且存在各自為政的情況，因此很難對(duì)學(xué)生之前所學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合訓(xùn)練。（4）平臺(tái)較難深入開(kāi)展創(chuàng)新性工作。利用現(xiàn)有大部分機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)，較難形成創(chuàng)新型師資隊(duì)伍，不利于創(chuàng)新性工作的開(kāi)展，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)存在一些難度。此外，現(xiàn)有大部分機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)并沒(méi)有緊密聯(lián)系國(guó)家、省、市相關(guān)競(jìng)賽，由于缺少競(jìng)賽，創(chuàng)新能力很難得到長(zhǎng)期有效提高，平臺(tái)的運(yùn)行容易出現(xiàn)“走下坡路”的情況。

1 機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)的主要內(nèi)容

1.1 “六位一體”的機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)

圖1所示為“六位一體”的機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)，“六位”分別指“硬件+軟件”“機(jī)械類相關(guān)課程實(shí)訓(xùn)+電子類相關(guān)課程實(shí)訓(xùn)”“競(jìng)賽+能力”“運(yùn)行機(jī)制+人文活動(dòng)”“師資隊(duì)伍+教學(xué)方式”和“創(chuàng)新+創(chuàng)業(yè)”等六方面的內(nèi)容;“一體”指以機(jī)器人為載體構(gòu)建機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)。

具體地講，（1）機(jī)器人硬件主要包括單片機(jī)、傳感器、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)、電路板、傳統(tǒng)加工制造設(shè)備、先進(jìn)加工制造設(shè)備等硬件;機(jī)器人軟件主要包括編程軟件、視覺(jué)軟件、電路板設(shè)計(jì)軟件、機(jī)械設(shè)計(jì)軟件等。通過(guò)設(shè)置不同的項(xiàng)目，綜合運(yùn)用上述硬件和軟件，完成機(jī)器人的設(shè)計(jì)、加工、裝配、調(diào)試、維護(hù)與保養(yǎng)等內(nèi)容。（2）基于機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)，完成機(jī)械類和電子類相關(guān)課程中知識(shí)點(diǎn)的實(shí)訓(xùn)，主要包括以下課程：《電機(jī)與拖動(dòng)》《機(jī)械設(shè)計(jì)》《傳感器與檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用》和《單片機(jī)技術(shù)與應(yīng)用》等。（3）基于機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)，學(xué)生將參加國(guó)家、省、校等各級(jí)各類機(jī)器人競(jìng)賽，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力、專業(yè)知識(shí)運(yùn)用能力、解決問(wèn)題能力以及團(tuán)隊(duì)合作能力等。（4）構(gòu)建并實(shí)施機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)的運(yùn)行機(jī)制，主要包括過(guò)程控制閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制、激勵(lì)機(jī)制、質(zhì)量評(píng)估機(jī)制、合作競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制、保障機(jī)制等內(nèi)容，通過(guò)上述運(yùn)行機(jī)制保障該平臺(tái)的正常運(yùn)行。此外，基于該平臺(tái)舉辦一系列的人文活動(dòng)，如茶話會(huì)、戶外活動(dòng)、游戲娛樂(lè)等，以增進(jìn)師生友誼，營(yíng)造和諧團(tuán)結(jié)的氛圍。（5）基于機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)完成創(chuàng)新型師資隊(duì)伍的組建，該隊(duì)伍包括專家教授、高級(jí)工程師、高級(jí)實(shí)驗(yàn)室、高級(jí)技師以及富有活力的講師與助教等。該平臺(tái)將采取靈活多樣的教學(xué)方式開(kāi)展教學(xué)，比如老師教學(xué)生、老生教新生、小組討論、師生互學(xué)、混合教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)方式等，從而便于不同問(wèn)題的解決。（6）基于該機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)開(kāi)展諸多創(chuàng)新活動(dòng)，比如機(jī)械類創(chuàng)新、電子類創(chuàng)新以及綜合類創(chuàng)新等。基于該平臺(tái)將開(kāi)展機(jī)械類、電子類、綜合類的創(chuàng)業(yè)活動(dòng)，以便學(xué)生實(shí)現(xiàn)管理者、企業(yè)家的愿望。

1.2 “雙向融合”的機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)

如圖2所示，學(xué)校和工作崗位中的專業(yè)知識(shí)通過(guò)機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)進(jìn)行雙向融合，一方面基于以機(jī)器人為載體的機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)，對(duì)之前所學(xué)課程的重要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)習(xí)、鞏固、訓(xùn)練和創(chuàng)新，從而使得學(xué)生更容易勝任畢業(yè)后的工作崗位;另一方面對(duì)已畢業(yè)學(xué)生的工作崗位進(jìn)行分析，對(duì)機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化，進(jìn)而調(diào)整課程實(shí)訓(xùn)的相關(guān)內(nèi)容。通過(guò)機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)對(duì)學(xué)校和工作崗位不斷雙向融合，實(shí)現(xiàn)三者穩(wěn)定、協(xié)調(diào)、有序的發(fā)展。

1.3 “三維遞進(jìn)”的機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)

“三維遞進(jìn)”的機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)指以機(jī)器人為載體，從理實(shí)一體化知識(shí)學(xué)習(xí)，到理實(shí)一體化知識(shí)應(yīng)用，直至理實(shí)一體化知識(shí)創(chuàng)新。如圖3所示，第一層為學(xué)習(xí)層，主要學(xué)習(xí)理實(shí)一體化知識(shí);第二層為應(yīng)用層，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)理實(shí)一體化知識(shí)的應(yīng)用;第三層為創(chuàng)新層，在第一層和第二層的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)理實(shí)一體化知識(shí)的創(chuàng)新。通過(guò)上述“三維遞進(jìn)”的機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)不斷提高學(xué)生機(jī)電綜合創(chuàng)新能力。

以機(jī)器人為載體的機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)的構(gòu)建流程如圖4所示，具體來(lái)說(shuō)包括以下幾個(gè)步驟：（1）通過(guò)查閱資料、走訪企業(yè)以及到一些兄弟院校學(xué)習(xí)取經(jīng)，收集整理調(diào)研資料;（2）基于上述調(diào)研資料，分析機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)目前現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，確定以機(jī)器人為載體的機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)的主要內(nèi)容;（3）宏觀上制定并優(yōu)化機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)的構(gòu)建方案與運(yùn)行機(jī)制;（4）分步建設(shè)“六位一體、雙向融合、三維遞進(jìn)”的機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái);（5）機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)的試運(yùn)行，采用“三維遞進(jìn)”的方式鍛煉學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力;（6）分析機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)的運(yùn)行效果，判斷機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)是否符合要求;（7）若不符合要求，需要對(duì)平臺(tái)及時(shí)調(diào)整與優(yōu)化;若符合要求，機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)正式投入運(yùn)行，但仍需定期對(duì)該平臺(tái)檢查、調(diào)整與完善，以適應(yīng)國(guó)家社會(huì)日益發(fā)展的需要。

圖5所示為機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)的實(shí)施主體，本平臺(tái)主要采用教師指導(dǎo)、學(xué)生維護(hù)、企業(yè)參與的方式實(shí)現(xiàn)其運(yùn)行與發(fā)展。具體地說(shuō)，教師結(jié)合學(xué)校和企業(yè)崗位，完成機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)的架構(gòu)與指導(dǎo);學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，搭建機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)，并維護(hù)、保養(yǎng)機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)的正常運(yùn)轉(zhuǎn);企業(yè)結(jié)合人才需求情況以及所需要的專業(yè)知識(shí)，參與到該平臺(tái)的建設(shè)中。教師、學(xué)生、企業(yè)協(xié)同工作，共同推動(dòng)機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)的發(fā)展。

3 機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)的成效

1） 如圖6所示，搭建了以機(jī)器人為載體的機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)，該平臺(tái)較為智能，比如該平臺(tái)的大部分機(jī)器人具有視覺(jué)識(shí)別、路線自動(dòng)規(guī)劃、越障等功能。編制并優(yōu)化了機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)的相關(guān)規(guī)章制度，從而保障了機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)的正常運(yùn)行。

2） 基于機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)，舉辦了校級(jí)技能文化節(jié)中的多個(gè)項(xiàng)目，如智能機(jī)器人競(jìng)賽等。在機(jī)器人領(lǐng)域獲得了許多成績(jī)，如在中國(guó)智能機(jī)器人大賽中獲獎(jiǎng)34項(xiàng)，其中，一等獎(jiǎng)22項(xiàng)、二等獎(jiǎng)8項(xiàng)。

3） 通過(guò)機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)綜合鍛煉團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新能力，已取得諸多創(chuàng)新性成果，如已申請(qǐng)學(xué)生國(guó)家發(fā)明專利2項(xiàng)等。

4） 機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)有效鍛煉了學(xué)生的能力，學(xué)生就業(yè)質(zhì)量得到了大幅度提高。近幾年來(lái)，一批學(xué)生被知名企業(yè)錄取，比如上海鐵路局、杭州地鐵、紹興軌道交通、海亮集團(tuán)等，許多學(xué)生在企業(yè)中發(fā)揮了技術(shù)骨干作用。此外通過(guò)機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)的鍛煉，有些學(xué)生創(chuàng)辦了與機(jī)器人相關(guān)的企業(yè)。

5） 基于機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)對(duì)專業(yè)課程知識(shí)進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生更容易掌握專業(yè)知識(shí)點(diǎn)，比如《電機(jī)與拖動(dòng)》講述機(jī)器人電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力，《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》講述機(jī)器人的各種傳感器及其功能實(shí)現(xiàn)，《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講述機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì)等，通過(guò)機(jī)器人實(shí)物進(jìn)行教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生興趣，取得了良好的教學(xué)效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以機(jī)器人為載體，采用教師指導(dǎo)、學(xué)生維護(hù)、企業(yè)參與的方式，構(gòu)建了“六位一體、雙向融合、三維遞進(jìn)”的機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)，取得了一系列創(chuàng)新性成果。實(shí)踐表明以機(jī)器人為載體構(gòu)建機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)，能夠有效融合高職機(jī)電資源，提高學(xué)生綜合創(chuàng)新能力，培養(yǎng)國(guó)家社會(huì)所需的優(yōu)秀機(jī)電類人才。本平臺(tái)為本校其他專業(yè)開(kāi)展綜合實(shí)訓(xùn)起到了示范推廣作用，為兄弟院校構(gòu)建機(jī)電綜合創(chuàng)新平臺(tái)提供了重要參考。

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