基于虛擬仿真技術(shù)的機(jī)器人課程教學(xué)研究

陶茂平 侯筱賢

（郴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南 郴州 423000）

引言

機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器設(shè)備，讓一些危險(xiǎn)性較大的工作得以進(jìn)行和開展，這種技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在了重工業(yè)和軍事消防等領(lǐng)域，這種設(shè)備和技術(shù)可以有效的提高工作效率和社會(huì)發(fā)展水平。由于我國(guó)機(jī)器人專業(yè)開設(shè)較晚，因此在設(shè)置課程體系的過(guò)程中可能會(huì)缺乏一定的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)前我國(guó)機(jī)器人專業(yè)的學(xué)生雖然學(xué)習(xí)了專業(yè)知識(shí)，但是實(shí)踐機(jī)會(huì)較少，相關(guān)高校要對(duì)機(jī)器人課程做好優(yōu)化。

1 機(jī)器人課程教學(xué)現(xiàn)狀

在各個(gè)高校，機(jī)器人課程是一門新生的專業(yè)，很多院校在設(shè)置機(jī)器人專業(yè)課程的過(guò)程中缺乏一定的經(jīng)驗(yàn)，而且課程結(jié)構(gòu)安排不夠合理，很難高效的完成機(jī)器人課程教學(xué)，更無(wú)法將虛擬仿真技術(shù)很好的融合進(jìn)去。整體來(lái)說(shuō)，機(jī)器人課程對(duì)于理論和實(shí)際的要求是十分嚴(yán)格的，他要求學(xué)生不僅要掌握許多的機(jī)器人基礎(chǔ)理論，還要擁有一定的實(shí)際操作能力，但是我國(guó)當(dāng)前各個(gè)高校很難將二者結(jié)合起來(lái)，由于沒(méi)有過(guò)多的實(shí)踐平臺(tái)，很多高校的機(jī)器人專業(yè)教學(xué)只停留在了基礎(chǔ)知識(shí)傳授方面，并沒(méi)有引導(dǎo)學(xué)生去進(jìn)行實(shí)踐操作。而且機(jī)器人專業(yè)對(duì)于學(xué)生的要求比較高，如果學(xué)生想要準(zhǔn)確的理解和把握機(jī)器人專業(yè)知識(shí)，就需要擁有一定的力學(xué)，機(jī)械原理，電子電工，自動(dòng)化控制等理論基礎(chǔ)。除此之外，學(xué)生還要用有一定的高數(shù)基礎(chǔ)，否則將無(wú)法準(zhǔn)確的推理出來(lái)相關(guān)數(shù)據(jù)。由于機(jī)器人專業(yè)對(duì)于數(shù)學(xué)理論知識(shí)要求較為嚴(yán)格，在實(shí)際操作中需要很多繁雜的數(shù)學(xué)公式，再加上一系列理論化過(guò)強(qiáng)的原理，導(dǎo)致機(jī)器人專業(yè)知識(shí)教學(xué)過(guò)于枯燥，學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)器人專業(yè)知識(shí)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的厭煩心理，而且一些院校中的機(jī)器人專業(yè)并沒(méi)有引進(jìn)如MATLAB的高新軟件，因此在實(shí)踐的過(guò)程中需要學(xué)生進(jìn)行大量的計(jì)算，這就使得學(xué)生的厭煩情緒高漲，不能展現(xiàn)出來(lái)良好的課堂效果。

2 基于虛擬仿真技術(shù)的機(jī)器人課程教學(xué)研究

2.1 構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

為了解決機(jī)器人專業(yè)設(shè)備成本過(guò)高的問(wèn)題，部分高?？梢酝ㄟ^(guò)構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來(lái)幫助學(xué)生提高實(shí)踐能力。這種虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與現(xiàn)實(shí)中的實(shí)驗(yàn)操作平臺(tái)有著同樣的效果，但是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相對(duì)來(lái)說(shuō)成本較低，容易為各大高校所接受。這些虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)大多數(shù)是以三維建模軟件為基礎(chǔ)，在虛擬空間中將機(jī)器人的各個(gè)部件進(jìn)行繪制和裝配，以此來(lái)達(dá)到還原實(shí)際的效果。在裝配完成后，學(xué)生可以利用相關(guān)軟件來(lái)讓這些虛擬機(jī)器人設(shè)備進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和工作，進(jìn)而觀察機(jī)器人各個(gè)機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)情況。如果學(xué)生對(duì)于一些運(yùn)動(dòng)方式不理解或者無(wú)法深入了解運(yùn)動(dòng)情況，那么學(xué)生可以操作虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來(lái)將各個(gè)部件拆分開來(lái)，觀察各個(gè)部件的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況以及各個(gè)坐標(biāo)系隨杠桿運(yùn)動(dòng)的情況，幫助學(xué)生深入理解機(jī)器人專業(yè)中的運(yùn)動(dòng)原理。而后教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用相關(guān)函數(shù)推理軟件來(lái)將相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)，再利用3D模型技術(shù)將機(jī)器人的機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)方式展現(xiàn)出來(lái)，達(dá)到運(yùn)動(dòng)仿真的效果。

2.2 合理利用虛擬仿真技術(shù)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

機(jī)器人專業(yè)知識(shí)相對(duì)來(lái)說(shuō)較為枯燥，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的厭煩心理，為了幫助學(xué)生更好的學(xué)習(xí)機(jī)器人專業(yè)知識(shí)，提高自身的學(xué)習(xí)興趣，機(jī)器人專業(yè)教師可以利用虛擬仿真技術(shù)來(lái)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將虛擬仿真技術(shù)帶到課堂上。教師在在講解一些機(jī)械臂或者其他機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)原理時(shí)，教師就可以利用一些基礎(chǔ)的三維建模軟件來(lái)將這些部件的運(yùn)動(dòng)方式以動(dòng)畫或者其他形式展現(xiàn)出來(lái)，讓學(xué)生可以更加深入的了解相關(guān)機(jī)械臂或者其他部件的運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)原理。相比于枯燥的知識(shí)講授來(lái)說(shuō)，這種可視化的教學(xué)方法可以讓學(xué)生提高自身的學(xué)習(xí)積極性，幫助學(xué)生培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)教師在教學(xué)的過(guò)程中還需要為學(xué)生講授這些軟件的具體操作方法以及如何構(gòu)建虛擬仿真平臺(tái)等，讓學(xué)生充分的掌握虛擬操作方法，幫助學(xué)生可以更好的完成實(shí)驗(yàn)操作。另外教師還可以為學(xué)生提供多種解決問(wèn)題的方法，在課堂上為學(xué)生設(shè)置一定的問(wèn)題，而后讓學(xué)生在課下使用正確的方法來(lái)進(jìn)行解答，加深學(xué)生的知識(shí)印象，鍛煉學(xué)生解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，教師也可以找尋一些與機(jī)器人相關(guān)的趣味性事例，以這些事例為指引來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓機(jī)器人課程學(xué)習(xí)更加具有趣味性。

2.3 引導(dǎo)教師創(chuàng)新教學(xué)方法，豐富教學(xué)技能

在教學(xué)的過(guò)程中，教師的教是影響學(xué)生學(xué)習(xí)的重要因素之一，因此高校在進(jìn)行課程教學(xué)改革的過(guò)程中要認(rèn)識(shí)到教師教學(xué)效率的重要性。為了更好的提高機(jī)器人課堂教學(xué)效率，高校可以組織機(jī)器人專業(yè)教師去學(xué)習(xí)在虛擬仿真技術(shù)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的技巧，讓教師豐富自身的教學(xué)技能，同時(shí)高校方面也要引導(dǎo)機(jī)器人專業(yè)的教師創(chuàng)新自身的教學(xué)理念，改變以往枯燥的教學(xué)模式，將虛擬仿真技術(shù)引入到課堂中來(lái)，幫助教師提高自身的教學(xué)魅力，引導(dǎo)學(xué)生激發(fā)自身的學(xué)習(xí)興趣。

3 結(jié)束語(yǔ)

總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)當(dāng)前各個(gè)高校的機(jī)器人專業(yè)存在著一定的問(wèn)題，為了更好的培養(yǎng)學(xué)生，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展，各高校和專業(yè)教師需要有效的將虛擬仿真技術(shù)利用起來(lái)，將其帶入到課堂上，利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，為學(xué)生的未來(lái)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。