機器人實(shí)驗教學(xué)論文
1改革措施與實(shí)踐結果
1．1實(shí)驗平臺的建設
為了強化學(xué)生在機器人方面的實(shí)踐環(huán)節，首先需要構建機器人實(shí)驗平臺。讓學(xué)生在課堂教學(xué)中了解機器人的基本組成、工作原理等，而學(xué)生的綜合分析能力和解決問(wèn)題的能力只能通過(guò)實(shí)踐才能得到鍛煉及提升。學(xué)生通過(guò)課堂教學(xué)了解機器人的基本組成、工作原理等，通過(guò)實(shí)踐鍛煉提高綜合分析能力和解決問(wèn)題的能力。依托西安交通大學(xué)機械基礎實(shí)驗教學(xué)中心的資源，將現有的實(shí)驗教學(xué)機器人資源進(jìn)行整合，構建機器人實(shí)驗教學(xué)平臺，包括:開(kāi)放源代碼的固高等國產(chǎn)機器人;具有示教手持盒的日本生產(chǎn)的商業(yè)機器人MOTOMAN－SK16、川崎ＲS10N等工業(yè)機器人;進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)、能夠組合使用的博時(shí)機器人。在機器人實(shí)驗教學(xué)中，為學(xué)生的實(shí)踐環(huán)節提供了足夠的教學(xué)資源。
1．2改革實(shí)驗教學(xué)體系，豐富實(shí)驗層次
目前的實(shí)驗教學(xué)體系多數為實(shí)驗教師針對某一點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗教學(xué)。但是機器人本身具有實(shí)踐性強、學(xué)科融合范圍廣的特點(diǎn)，機器人實(shí)驗已經(jīng)不能僅僅依靠單獨的一個(gè)實(shí)驗進(jìn)行支撐，需要與機械結構、軌跡規劃、系統控制、傳感器等技術(shù)進(jìn)行融合。目前開(kāi)展的機器人實(shí)驗往往著(zhù)重于某一方面，不同的教師由于個(gè)人研究方向不同，或者專(zhuān)業(yè)限制，往往開(kāi)展實(shí)驗項目側重自己的方向。但在本科教學(xué)中，還需要注重學(xué)生知識面的擴展，學(xué)生應全面地了解各個(gè)方面，開(kāi)拓學(xué)生的眼界，因此機器人實(shí)驗應增加“廣度”。系統級的機器人實(shí)驗是一種全新的實(shí)驗形式，它將機械結構分析、建模、傳感器技術(shù)、機械控制等多學(xué)科融合。在實(shí)驗項目實(shí)施中，學(xué)生以團隊形式進(jìn)行實(shí)驗，分工明確，為學(xué)生應用多種學(xué)科知識提供了平臺，培養了學(xué)生創(chuàng )新和團隊協(xié)作能力。在結構部分，小型的博時(shí)串聯(lián)機器人拆裝與建模分析、慧魚(yú)模型搭建機器人;在機器人結構實(shí)驗方面，以六自由度模塊化可拆裝串聯(lián)機器人為平臺，學(xué)生可自由搭建2～6自由度五種組合方式機器人系統。該機器人各關(guān)節內部結構多樣化，采用了同步齒形帶傳動(dòng)、諧波減速傳動(dòng)、行星減速傳動(dòng)、錐齒輪傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)等多種傳動(dòng)方式。每一模塊均為透明封裝，可直觀(guān)看到內部傳動(dòng)結構及運動(dòng)形式，并可將其拆裝至螺釘級。通過(guò)機器人本體裝拆實(shí)驗可以提高學(xué)生對機構中各種傳動(dòng)原理的直觀(guān)認識，鍛煉學(xué)生的裝配能力，并以此了解零件加工工藝與特點(diǎn)，增強學(xué)生對機構運動(dòng)形式實(shí)踐的動(dòng)手操作能力�；埕~(yú)模型是一套由機械構件、傳感器、控制部件組成的機電產(chǎn)品。在控制部分，現有的實(shí)驗儀器分為商業(yè)機器人及科教公司研發(fā)機器人。商業(yè)機器人技術(shù)成熟，使用可靠，但控制源代碼不開(kāi)放;科教公司研發(fā)機器人源代碼開(kāi)放，但設備使用可靠性較差，因此實(shí)驗內容需要對兩種實(shí)驗設備進(jìn)行調整，克服兩類(lèi)實(shí)驗設備各自的缺點(diǎn)，讓兩者互補，形成對學(xué)生的全面培養。學(xué)生在對已有的機械工業(yè)中常見(jiàn)機器人使用后，工業(yè)中的手持器可供學(xué)生直接操作，將教學(xué)理論與工業(yè)實(shí)踐并重，學(xué)生可以直接通過(guò)控制使用了解機器人的基本軌跡規劃等，將注意力集中到機器人實(shí)驗的主要問(wèn)題中�？平坦狙邪l(fā)的機器人源代碼開(kāi)放，學(xué)生在學(xué)有余力的情況下，能夠進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，將機器人控制技術(shù)與傳感器技術(shù)等相結合，提高學(xué)生興趣，培養學(xué)生的創(chuàng )新能力。
1．3教學(xué)方法的改革，提高學(xué)生興趣
機器人廣泛應用在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，實(shí)驗教學(xué)與其中機械部件包括連桿、齒輪、馬達、渦輪等，一般工程機械制造所需要的零部件在模型中都能找到，模型中的零件可以在短時(shí)間內插裝和拆卸，為學(xué)生想象力插上了翅膀，在對實(shí)際機器人拆裝后，組建屬于自己的機器人，提高學(xué)生興趣，增強學(xué)生對于傳動(dòng)知識的理解。工程應用是互相聯(lián)系，密不可分的。以實(shí)驗室中固高柔性制造系統為例，機器人在中間起到了倉儲、上下料作用，完全實(shí)現了自動(dòng)化控制，因此在機器人實(shí)驗的開(kāi)發(fā)中應聯(lián)系工程背景，提高學(xué)生興趣。實(shí)驗體系包括常見(jiàn)的機器人運動(dòng)學(xué)實(shí)驗、動(dòng)力學(xué)分析實(shí)驗、軌跡規劃實(shí)驗，并且需要讓學(xué)生明白機器各個(gè)部分的組成，因此在實(shí)驗授課時(shí)，控制類(lèi)教師與機械設計類(lèi)教師應聯(lián)合開(kāi)發(fā)機器人實(shí)驗，使學(xué)生將課程中學(xué)習的知識運用到實(shí)驗中，加強理論與實(shí)踐的結合。在學(xué)生使用中，學(xué)生可以先從柔性制造系統進(jìn)行認知機器人廣泛應用在各大工業(yè)領(lǐng)域，然后進(jìn)行機器人的拆裝，了解機器人的各個(gè)組成部分，隨后進(jìn)行自己控制機器人的運動(dòng)軌跡，對運動(dòng)軌跡進(jìn)行規劃。在學(xué)生全面了解機器人知識后，在綜合實(shí)驗中，學(xué)生可以選擇偏結構方面的實(shí)驗，如用慧魚(yú)模型搭建機器人;也可選擇偏控制方面實(shí)驗，如機器人的視覺(jué)系統的開(kāi)發(fā);也可將二者結合，設計出新的機器人結構、系統等。這是一個(gè)從認知到實(shí)踐的過(guò)程，符合人的一般認知規律。機器人學(xué)科具有更新快的特點(diǎn)，作為教師在教學(xué)時(shí)不僅需要給學(xué)生技術(shù)指導，更應該著(zhù)重培養學(xué)生對機器人技術(shù)發(fā)展趨勢的了解，培養學(xué)生的創(chuàng )新意識，讓學(xué)生盡可能參與實(shí)驗的各個(gè)環(huán)節，增加學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性，包括實(shí)驗問(wèn)題的提出、實(shí)驗機器人的確定、實(shí)驗程序(路線(xiàn))的設計以及分析總結等。只有在實(shí)驗過(guò)程中，學(xué)生團隊精神、創(chuàng )新能力、動(dòng)手能力等素質(zhì)才能得到培養。
1．4考評方法的改革，突出培養學(xué)生能力
目前對學(xué)生的考核較為單一，僅是考核學(xué)生最終的實(shí)驗結果，不僅不能督促學(xué)生對實(shí)驗結果等進(jìn)行合理分析，而且對于學(xué)生在實(shí)驗中的操作也忽略了，這對于機器人實(shí)驗考評而言是不合理的，機器人實(shí)驗作為一門(mén)實(shí)踐性很強的課程，沒(méi)有一個(gè)唯一確定的答案。機器人結構分析實(shí)驗可以培養學(xué)生空間想象的能力，關(guān)注細節的能力，機器人軌跡規劃則涉及到數學(xué)在實(shí)際生活中應用的能力，而軟件編程涉及規劃能力。它反映了學(xué)生的空間想象和規劃能力，對新事物的敏感度、以及完成任務(wù)的執行力。因此改革學(xué)生的實(shí)驗考評體系非常必要。合理的考評方式不僅能使學(xué)生掌握機器人的相關(guān)知識，而且能對學(xué)生在后期機器人研究中起到一個(gè)引導作用。目前機器人實(shí)驗教學(xué)的成績(jì)評定中遇到的突出問(wèn)題，即做為項目存在的機器人實(shí)驗在學(xué)生評價(jià)體系中不應該規定學(xué)生的研究范圍，而應該對學(xué)生綜合能力進(jìn)行考察，這就需要一個(gè)多元化和標準化的考核方式。在機器人實(shí)驗中，學(xué)生以小組為單位，互相配合實(shí)驗，在考核過(guò)程中，學(xué)生在實(shí)驗中的過(guò)程考評應該占到非常重要的地位。為了避免教師的主觀(guān)影響，學(xué)生應該進(jìn)行互評，將學(xué)生互相之間的評價(jià)納入考核方法。
2結語(yǔ)
經(jīng)過(guò)機器人實(shí)驗教學(xué)改革，學(xué)生普遍反應良好，增加了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。機器人實(shí)驗教學(xué)改革是一個(gè)需要長(cháng)期積累、不斷深化的過(guò)程，需要在不斷探索中提高總體教學(xué)質(zhì)量，在實(shí)際教學(xué)中需要重視實(shí)踐性環(huán)節，注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習主動(dòng)性，培養學(xué)生的研究開(kāi)發(fā)興趣和科學(xué)創(chuàng )新精神，激勵創(chuàng )新思維，培養學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng )新設計能力。
【機器人實(shí)驗教學(xué)論文】相關(guān)文章：
現代光學(xué)實(shí)驗教學(xué)模式分析論文02-13
金融數學(xué)實(shí)驗教學(xué)中的應用論文02-13
實(shí)驗教學(xué)網(wǎng)絡(luò )安全論文02-27
大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)改革論文11-22
《數據采集與處理》仿真實(shí)驗教學(xué)論文03-02
自動(dòng)控制理論實(shí)驗教學(xué)研究的論文04-02
- 相關(guān)推薦