智能機(jī)器人背景下的“液壓與氣壓傳動(dòng)”教學(xué)模式改革

高春艷，呂曉玲，劉 璇

（河北工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，天津 300401）

引言

智能機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展使得“液壓與氣壓傳動(dòng)”教學(xué)成為當(dāng)前科技領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)。智能機(jī)器人技術(shù)在制造業(yè)、服務(wù)業(yè)、醫(yī)療領(lǐng)域以及探索極端環(huán)境等方面都展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，引領(lǐng)著現(xiàn)代工業(yè)和社會(huì)的變革。在這一背景下，液壓與氣壓傳動(dòng)作為重要的能量傳遞方式，在機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展中扮演著關(guān)鍵性的支撐角色。液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)具有高功率密度、精密控制和可靠性高等優(yōu)勢(shì)，使得其在機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制、執(zhí)行器設(shè)計(jì)和動(dòng)力傳輸?shù)确矫娴玫綇V泛應(yīng)用。因此，將智能機(jī)器人技術(shù)與“液壓與氣壓傳動(dòng)”教學(xué)有機(jī)結(jié)合，成為培養(yǎng)高素質(zhì)工程技術(shù)人才的重要途徑。

本文旨在深入探討智能機(jī)器人背景下的“液壓與氣壓傳動(dòng)”教學(xué)模式改革，以尋求提高學(xué)生在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的理論和實(shí)踐能力的有效途徑。隨著智能機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的“液壓與氣壓傳動(dòng)”教學(xué)模式已經(jīng)不能完全滿足新的需求和挑戰(zhàn)。因此，本文將重點(diǎn)討論如何將“液壓與氣壓傳動(dòng)”教學(xué)與智能機(jī)器人技術(shù)融合，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和工程意識(shí)。通過優(yōu)化課程設(shè)置、增加實(shí)踐環(huán)節(jié)以及探索創(chuàng)新教學(xué)方法，本文的目標(biāo)是通過科學(xué)的教學(xué)模式改革，有效提升學(xué)生對(duì)液壓與氣壓傳動(dòng)的理論理解和實(shí)際操作能力，從而為學(xué)生在智能機(jī)器人領(lǐng)域的職業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

本文的研究將深入探討智能機(jī)器人背景下的“液壓與氣壓傳動(dòng)”教學(xué)模式改革，探索新型教學(xué)方法和策略，使教學(xué)更加貼近實(shí)際需求和工程應(yīng)用。通過本文的研究成果，將有益于智能機(jī)器人技術(shù)與液壓與氣壓傳動(dòng)的深度融合，為培養(yǎng)更多高素質(zhì)的機(jī)器人技術(shù)人才做出貢獻(xiàn)。本文的研究成果對(duì)智能機(jī)器人背景下“液壓與氣壓傳動(dòng)”教學(xué)的創(chuàng)新和教學(xué)方法的改進(jìn)具有重要借鑒意義，為未來智能機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，并為相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究和實(shí)踐應(yīng)用提供有價(jià)值的參考依據(jù)。

一、機(jī)器人技術(shù)與“液壓與氣壓傳動(dòng)”課程的知識(shí)協(xié)同及融合

液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)作為一種高效、靈活的能量傳遞方式，在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用［1-2］。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)通過液體介質(zhì)的壓力傳遞能量，使機(jī)器人獲得平穩(wěn)的動(dòng)作和較大的輸出力，常用于重型機(jī)器人和工業(yè)自動(dòng)化裝置中。氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)則通過氣體介質(zhì)的壓縮傳遞能量，具有快速響應(yīng)和較低的成本特點(diǎn)，適用于輕型機(jī)器人和柔性操作裝置。這兩種傳動(dòng)方式的應(yīng)用使得機(jī)器人在不同工作場(chǎng)景中都能發(fā)揮出優(yōu)異的性能?！耙簤号c氣壓傳動(dòng)”課程與智能機(jī)器人技術(shù)的層次關(guān)系如圖1所示。

圖1 液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)和智能機(jī)器人技術(shù)的關(guān)系

隨著智能機(jī)器人技術(shù)的不斷進(jìn)步，液壓與氣壓傳動(dòng)在機(jī)器人中的應(yīng)用越發(fā)智能化和高效。智能控制技術(shù)在液壓傳動(dòng)中的應(yīng)用，如采用先進(jìn)的電液伺服控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的高精度運(yùn)動(dòng)控制，提高機(jī)器人的定位精度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。在氣壓傳動(dòng)中，智能控制技術(shù)的應(yīng)用使得機(jī)器人可以根據(jù)不同任務(wù)實(shí)時(shí)調(diào)整氣壓系統(tǒng)的壓力和流量，實(shí)現(xiàn)更加靈活和智能化的動(dòng)作控制。

盡管液壓與氣壓傳動(dòng)在機(jī)器人技術(shù)中具有廣泛的應(yīng)用前景，但在教學(xué)中的融合也面臨一些挑戰(zhàn)和問題。首先，液壓與氣壓傳動(dòng)的知識(shí)和智能機(jī)器人技術(shù)的知識(shí)在學(xué)科層面上存在一定的差異，如何將它們有機(jī)結(jié)合，形成協(xié)同學(xué)習(xí)的教學(xué)模式仍需深入探索。其次，液壓與氣壓傳動(dòng)涉及流體力學(xué)和控制理論等復(fù)雜的學(xué)科知識(shí)，對(duì)學(xué)生的理論基礎(chǔ)要求較高，因此在融合教學(xué)中如何確保學(xué)生全面掌握相關(guān)知識(shí)也是一個(gè)亟待解決的問題。此外，液壓與氣壓傳動(dòng)在實(shí)踐應(yīng)用中的安全性和可靠性需要在教學(xué)中得到充分重視。機(jī)器人技術(shù)和液壓與氣壓傳動(dòng)的知識(shí)協(xié)同及融合是智能機(jī)器人教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，它為培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和解決復(fù)雜工程問題提供了新的思路［3］。在智能機(jī)器人背景下，“液壓與氣壓傳動(dòng)”教學(xué)模式改革具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過探索新型的教學(xué)方法，例如項(xiàng)目制教學(xué)和團(tuán)隊(duì)合作，可以使學(xué)生在實(shí)際項(xiàng)目任務(wù)中感受液壓與氣壓傳動(dòng)在智能機(jī)器人中的應(yīng)用，培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和創(chuàng)新能力。同時(shí)，引入先進(jìn)技術(shù)輔助教學(xué)和虛擬仿真平臺(tái)，能夠提供更多實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，讓學(xué)生在實(shí)踐中不斷嘗試和調(diào)整，提高液壓與氣壓傳動(dòng)的實(shí)驗(yàn)操作技能。

在“液壓與氣壓傳動(dòng)”課程中，將實(shí)際案例與理論教學(xué)相結(jié)合，可以使學(xué)生更好地理解和應(yīng)用相關(guān)知識(shí)。此外，開設(shè)智能機(jī)器人技術(shù)專業(yè)課程，讓學(xué)生了解智能機(jī)器人技術(shù)的最新發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)的理解和運(yùn)用有更深入的認(rèn)識(shí)。

智能機(jī)器人技術(shù)和液壓與氣壓傳動(dòng)之間的知識(shí)協(xié)同及融合是促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，采用創(chuàng)新教學(xué)方法，結(jié)合實(shí)際案例和先進(jìn)技術(shù)輔助教學(xué)，可以提高學(xué)生對(duì)液壓與氣壓傳動(dòng)的理論理解和實(shí)踐操作能力，為學(xué)生未來在智能機(jī)器人領(lǐng)域的職業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，有助于推動(dòng)智能機(jī)器人技術(shù)和液壓與氣壓傳動(dòng)的深度融合，培養(yǎng)更多高素質(zhì)的機(jī)器人技術(shù)人才，為未來智能機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

二、探索創(chuàng)新教學(xué)模式

在智能機(jī)器人背景下的“液壓與氣壓傳動(dòng)”教學(xué)中，創(chuàng)新教學(xué)方法的探索對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果至關(guān)重要。本節(jié)將從以下兩個(gè)方面展開論述。

（一）利用先進(jìn)技術(shù)輔助教學(xué)

充分利用先進(jìn)技術(shù)輔助教學(xué)是提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果的有效途徑［4-6］。在智能機(jī)器人背景下，“液壓與氣壓傳動(dòng)”教學(xué)融合了虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和計(jì)算機(jī)仿真軟件等先進(jìn)技術(shù)，為學(xué)生提供了更加豐富多樣的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。孟昭亮等［7］提出一種基于LabVIEW的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)教學(xué)仿真平臺(tái)，通過引入虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和計(jì)算機(jī)仿真軟件，學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行“液壓與氣壓傳動(dòng)”實(shí)驗(yàn)和控制操作。此類虛擬仿真平臺(tái)的應(yīng)用具有多方面的優(yōu)勢(shì)，首先，仿真平臺(tái)降低了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的成本，使學(xué)校能夠更輕松地提供足夠的實(shí)驗(yàn)設(shè)備供學(xué)生使用。其次，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有較高的靈活性，學(xué)生可以隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不受時(shí)間和空間的限制。此外，虛擬仿真還能為學(xué)生提供更多的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行多次嘗試和調(diào)整，從而提高其實(shí)驗(yàn)操作技能。通過虛擬仿真和先進(jìn)技術(shù)輔助教學(xué)，能夠幫助學(xué)生更好地理解和掌握液壓與氣壓傳動(dòng)的原理及應(yīng)用。

（二）引入項(xiàng)目制教學(xué)和團(tuán)隊(duì)合作

項(xiàng)目制教學(xué)和團(tuán)隊(duì)合作是智能機(jī)器人背景下“液壓與氣壓傳動(dòng)”教學(xué)中的另一重要教學(xué)方法［8］。通過引入實(shí)際項(xiàng)目任務(wù)，學(xué)生可以在團(tuán)隊(duì)合作中擔(dān)任不同角色，共同解決機(jī)器人技術(shù)中的復(fù)雜問題。這種教學(xué)方法有助于將學(xué)生從傳統(tǒng)的被動(dòng)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)者和實(shí)踐者，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和動(dòng)力。在團(tuán)隊(duì)合作中，學(xué)生還能夠培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和溝通能力，這些都是未來從事機(jī)器人工程的重要素養(yǎng)。

通過項(xiàng)目制教學(xué)和團(tuán)隊(duì)合作，學(xué)生可以參與到真實(shí)世界的機(jī)器人項(xiàng)目中，提高解決問題的能力，并通過實(shí)際操作鞏固理論知識(shí)。智能機(jī)器人背景下的“液壓與氣壓傳動(dòng)”創(chuàng)新教學(xué)模式如圖2所示，這樣的教學(xué)模式能夠更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和問題解決能力，為他們未來在液壓與氣壓傳動(dòng)應(yīng)用的智能機(jī)器人領(lǐng)域的職業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。通過對(duì)智能機(jī)器人背景下“液壓與氣壓傳動(dòng)”教學(xué)模式改革的深入探討，我們可以不斷完善教學(xué)方法和教學(xué)策略，使教學(xué)更加貼近實(shí)際需求和工程應(yīng)用，為相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究和實(shí)踐應(yīng)用提供參考依據(jù)。智能機(jī)器人背景下的“液壓與氣壓傳動(dòng)”創(chuàng)新教學(xué)模式可以在圖2中呈現(xiàn)。

圖2 “液壓與氣壓傳動(dòng)”創(chuàng)新教學(xué)模式

通過上述兩方面來創(chuàng)新教學(xué)方法，可在教學(xué)與實(shí)踐中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和問題解決能力，為培養(yǎng)適應(yīng)科技需求與產(chǎn)業(yè)變革的機(jī)器人工程人才奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。通過不斷探索創(chuàng)新教學(xué)方法，將智能機(jī)器人技術(shù)與“液壓與氣壓傳動(dòng)”教學(xué)有機(jī)結(jié)合，有望培養(yǎng)更多優(yōu)秀的機(jī)器人工程師，推動(dòng)智能機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

三、結(jié)論與展望

在智能機(jī)器人技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，對(duì)“液壓與氣壓傳動(dòng)”教學(xué)進(jìn)行模式改革具有重要的意義和積極的成果。通過將智能機(jī)器人技術(shù)與“液壓與氣壓傳動(dòng)”課程相結(jié)合，可以使學(xué)生深入了解液壓與氣壓傳動(dòng)在機(jī)器人技術(shù)中的重要應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生在這一領(lǐng)域的綜合技能。改革后的教學(xué)模式充分利用先進(jìn)技術(shù)輔助教學(xué)、引入項(xiàng)目制教學(xué)和團(tuán)隊(duì)合作，以及利用虛擬仿真和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，拓展了學(xué)生的實(shí)踐能力和解決問題的能力。這些成果為培養(yǎng)適應(yīng)科技需求與產(chǎn)業(yè)變革的工程技術(shù)人才奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

然而，在智能機(jī)器人背景下的“液壓與氣壓傳動(dòng)”教學(xué)模式改革過程中，仍然存在一些不足之處，具體體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：（1）雖然引入了先進(jìn)技術(shù)輔助教學(xué)和虛擬仿真平臺(tái)，但是教學(xué)資源和設(shè)備的建設(shè)仍然需要進(jìn)一步完善，以確保學(xué)生能夠獲得更豐富和全面的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。（2）項(xiàng)目制教學(xué)和團(tuán)隊(duì)合作需要更多的教師和學(xué)生支持，教師需要不斷提升項(xiàng)目管理和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，學(xué)生也需要更多的時(shí)間和精力投入項(xiàng)目中，以取得更好的學(xué)習(xí)效果。因此，改進(jìn)方向包括進(jìn)一步完善教學(xué)資源和設(shè)備，加強(qiáng)教師和學(xué)生的培訓(xùn)及指導(dǎo)，提高項(xiàng)目制教學(xué)和團(tuán)隊(duì)合作的質(zhì)量及效果。

展望未來，智能機(jī)器人背景下的“液壓與氣壓傳動(dòng)”教學(xué)模式將不斷完善和發(fā)展。隨著科技的進(jìn)步和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的積累，教學(xué)模式將更加多樣化和個(gè)性化，更加注重學(xué)生的主體地位和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。未來還可以進(jìn)一步拓展液壓與氣壓傳動(dòng)與其他前沿技術(shù)的結(jié)合，如人工智能、自動(dòng)控制等，以推動(dòng)“液壓與氣壓傳動(dòng)”教學(xué)與智能機(jī)器人技術(shù)的融合及創(chuàng)新。通過持續(xù)改進(jìn)和創(chuàng)新，智能機(jī)器人背景下的“液壓與氣壓傳動(dòng)”教學(xué)模式將為培養(yǎng)更多適應(yīng)未來科技發(fā)展和產(chǎn)業(yè)需求的機(jī)器人工程人才貢獻(xiàn)力量。