移動機器人賽項引入教學(xué)的實踐

劉永明

摘? 要：移動機器人作為一款集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多功能與一體的綜合系統(tǒng)，在多個行業(yè)得到應(yīng)用;機器人本身涉及到傳感器技術(shù)、信息處理、電子工程、計算機工程、自動化控制工程以及人工智能等多學(xué)科，與職業(yè)院校機電類專業(yè)關(guān)聯(lián)密切，將移動機器人賽項全方位引入教學(xué)實踐，是引賽入教的一次有益實踐，促進教學(xué)質(zhì)量提高，促進學(xué)員綜合素養(yǎng)提高。

關(guān)鍵詞：移動機器人;自動化控制;賽教融合;教學(xué)實踐

“移動機器人”是一種通過程序控制，能自主完成某類任務(wù)的機器系統(tǒng)，機器人本身是集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多功能與一體的綜合系統(tǒng)。他集中了傳感器技術(shù)、信息處理、電子工程、計算機工程、自動化控制工程以及人工智能等多學(xué)科的研究成果，代表機電一體化的最高成就，是目前科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。

世界技能大賽移動機器人項目是對學(xué)員從原型機制造，編程和控制邏輯，無線通信，定位和繪圖，集成傳感器和目標物體處理等幾大方面進行綜合考核。這要求學(xué)員具備全面的能力，包括設(shè)計、生產(chǎn)、裝配、組建、編程、管理和保養(yǎng)機器人內(nèi)部的機械、電路、控制等系統(tǒng)，而且要掌握安裝、操作并檢測機器人的控制系統(tǒng)。

賽項實施要求選手使用所提供的機器人完成規(guī)定比賽任務(wù)。主要包括為機器人編程，在不同競賽場地開展不同序列的任務(wù)。除編程外，參賽小組還需要測試、調(diào)整傳感器的值和參數(shù)，組裝和連接外圍設(shè)備和/或工具，并作出最后的試運行。以第四十五屆世賽賽題為例，賽項考核內(nèi)容為：在規(guī)定時間內(nèi)，以現(xiàn)場操作的方式，根據(jù)賽場提供的有關(guān)資料和賽項任務(wù)書，完成基本賽項任務(wù)及綜合賽項任務(wù)：

（一）基本賽項任務(wù)：

1、按照裝配工藝要求進行移動機器人裝配。

2、按照調(diào)試項目表，進行移動機器人編程與調(diào)試，并演示相應(yīng)調(diào)試項目。

3、完成移動機器人場地任務(wù)，演示機器人的運行性能。

（二）綜合賽項任務(wù)：

1、機器人自動從起始位置出發(fā)，移動到達散落的臺球處，將臺球抓取后移動走廊入口處。

2、機器人通過遙控或自動穿越走廊，在不碰到走廊墻壁的前提下，沿著走廊墻壁行走，從入口走到出口。

3、機器人自動移動到臺球?qū)?yīng)的放置處，將臺球準確放入放置處，之后移動至走廊出口處。

4、機器人通過遙控或自動穿越走廊，在不碰到走廊墻壁的前提下，沿著走廊墻壁行走，從出口走到入口。

5、機器人自動去抓取下一個臺球，直到所有放置處都放置了指定的臺球為止。

進一步分析賽事工作任務(wù)需要的專業(yè)知識、技能、工作能力，制訂該職業(yè)或相關(guān)職業(yè)群職業(yè)知識結(jié)構(gòu)和職業(yè)能力結(jié)構(gòu)，并對其具體涵蓋的工作任務(wù)和職業(yè)能力等層面做更深的分析，可得到典型工作任務(wù)對應(yīng)的基本知識點和技能點：

1、基本知識

本項目選手應(yīng)掌握的基本知識：機械系統(tǒng)設(shè)計和裝配;電氣系統(tǒng)設(shè)計和裝配;電子系統(tǒng)設(shè)計和裝配;傳感器選型和裝配;計算機編程;成本效率設(shè)計、性價比核算、以及進行質(zhì)量控制。

2、基本技能

需要前期與客戶溝通能力，以了解詳細的需求與規(guī)范;需要工作組織以及自我管理能力;需要溝通和人際交往等相關(guān)的協(xié)作能力;需要提供方案和解決方案的能力;需要解決技術(shù)挑戰(zhàn)的創(chuàng)新和創(chuàng)造能力;需要根據(jù)客戶需求設(shè)計移動機器人的能力;需要根據(jù)設(shè)計制造移動機器人的能力;需要編程能力;需要設(shè)計、裝配和維護機械及電氣裝置的能力

3、基本素質(zhì)

具有良好的思想品德、法制觀念和職業(yè)道德;具有愛崗敬業(yè)、忠于職守、勤奮刻苦、踏實肯干、謙虛好學(xué)的品質(zhì);具有較強的溝通能力，在工作中具有合作能力、交流能力和組織協(xié)調(diào)能力;具有團隊協(xié)作精神，公正坦誠，能夠進行批評與自我批評;工作認真、細致、積極、主動，具有吃苦耐勞的精神;具有健康的體魄、健全的人格、抗挫抗壓的心理素質(zhì)和良好的行為習慣。

對標典型工作任務(wù)，結(jié)合教學(xué)實際，可分解素養(yǎng)培養(yǎng)，和知識、技能點為以下具體內(nèi)容：

（一）職業(yè)素養(yǎng)

1、敬業(yè)愛崗，忠于職守，嚴于律已，刻苦鉆研;

2、勤于學(xué)習，善于思考，勇于探索，敏于創(chuàng)新;

3、認真負責，吃苦耐勞，團結(jié)協(xié)作，精益求精;

4、遵守操作規(guī)程，安全、文明生產(chǎn);

5、著裝規(guī)范整潔，愛護設(shè)備，保持工作環(huán)境清潔有序。

（二）相關(guān)知識與技能

1、機電技術(shù)應(yīng)用

2、機電設(shè)備安裝與維修

3、鏈傳動、帶傳動、齒輪傳動等典型機械傳動技術(shù)

4、步進驅(qū)動系統(tǒng)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)原理與應(yīng)用

5、MCU自動控制技術(shù)

6、運動控制技術(shù)及精確定位控制技術(shù)

7、機器人控制技術(shù)

（三）相關(guān)職業(yè)標準

嵌入相關(guān)職業(yè)資格標準要求。

1、維修電工國家職業(yè)標準（職業(yè)編碼?6-07-06-05）

2、工具鉗工國家職業(yè)標準（職業(yè)編碼?6-05-02-02）

3、裝配鉗工國家職業(yè)標準（職業(yè)編碼?6-05-02-01）

4、機械設(shè)備安裝工國家職業(yè)標準（職業(yè)編碼?6-23-10-01）

5、可編程控制系統(tǒng)設(shè)計師國家職業(yè)標準（職業(yè)編碼?X2-02-13-10）

移動機器人是一類可應(yīng)用于教育領(lǐng)域的機器人，它具備以下特點：首先是教學(xué)適用性，符合教學(xué)使用的相關(guān)需求;其次是具有良好的性價比;再次就是它的開放性和可擴展性，可以根據(jù)需要方便地增、減功能模塊，進行自主創(chuàng)新;此外，它還有友好的人機交互界面。作為創(chuàng)新教學(xué)平臺，能夠滿足機電一體化、智能系統(tǒng)與工程、計算機與自動化工程等專業(yè)的相關(guān)專業(yè)課程教學(xué)與實踐的需要，包括課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計等創(chuàng)新實踐;作為創(chuàng)新研究平臺，能夠滿足相關(guān)專業(yè)不同層次教學(xué)進行運動機構(gòu)、智能伺服、實時視覺導(dǎo)航、自組織與自學(xué)習、多智能體協(xié)調(diào)和對抗以及無線通訊等方向的教學(xué)和研究需要。

當下，移動機器人的發(fā)展可謂是日新月異，隨著性能的不斷完善，移動機器人的應(yīng)用范圍大為擴展，不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，而且在城市安全、國防和空間探測領(lǐng)域等有害及危險場合得到很好地應(yīng)用。我國的移動機器人事業(yè)雖然起步晚，但如今也有了一定的發(fā)展。許多學(xué)生對移動機器人都有很高的熱情，通過一定途徑能有機會設(shè)計并制作移動機器人，并且相當一部分人都有一定的技術(shù)基礎(chǔ)，而移動機器人大賽正是給他們提供了一個平臺，來提高同學(xué)們在電子信息、機電一體化等方面的相關(guān)知識，增強同學(xué)們的動手能力，讓大家在實際的設(shè)計和制作中體驗實際動手操作的重要性，并以此激發(fā)同學(xué)們的創(chuàng)新精神，鞏固并進一步加深同學(xué)們對理論知識的理解。

參考文獻

[1]? 龍威林. 教學(xué)型智能移動機器人控制系統(tǒng)設(shè)計研究[D].天津大學(xué)，2014.

[2]? 陳震宇，錢樺.移動教學(xué)機器人設(shè)計[J].機械工程與自動化，2014（02）：164-166.