主页 > 技术文章 > 职院校机器人竞赛为推进机电一体化专业创新探索 2022-04-11

职院校机器人竞赛为推进机电一体化专业创新探索

摘要：随着我国素质职业教育的不断推进,工科职业院校开始着手培养学生的实践和创新能力,传统教学模式已经不能适应目前国内工业发展对人才的需求,以机器人比赛为载体的实践教学应运而生，机器人竞赛为学生素质教育的提高提供了良好的平台,通过机器人竞赛与机电一体化系统创新平台建设项目,通过举办参加各种机器人比赛激发学习机电一体化专业兴趣,加深对机电一体化专业知识的理解, 结合机电一体化专业的特色，从政策的支持、教师的努力、提出了以机器人竞赛为平台，探索一条适合机电一体化专业学生创新能力培养的新途径，经实践取得了良好的效果。
适应国家和社会发展需要，遵循教育规律和人才成长规律，创新职业教育教学方法，探索多种培养方式，形成各类人才辈出、拔尖创新人才不断涌现的局面，是未来教学改革的主要方向。机器人作为典型的机电一体化系统，成为机械电子工程专业学生常见的教学和实验对象。而机器人竞赛具有能够激发学生的好奇心、营造独立思考、自由探索、勇于创新的良好环境及培养学生的兴趣爱好等特点，正越来越多地被广大高校所重视。本文以机器人竞赛为平台，探索出一条培养机电一体化专业创新能力的新途径。
一、机器人竞赛介绍：
　　2001年6月21日中国自动化学会机器人竞赛工作委员会成立标志着我国机器人竞赛事业进入了一个新的阶段。通过机器人比赛和技术研讨，除了增强参赛者的创新能力外，也为推动和促进机器人与自动化技术的发展与创新，为我国的快速持续发展贡献力量。国内的机器人竞赛很多，影响力比较大的主要有两个，一个是以由中国自动化学会机器人竞赛工作委员会、组织的一年一度的“中国机器人大赛”，另一个是由中央电视台组织的一年一度的“Robocop 机器人大赛”。省级机器人竞赛中影响力较大的属江苏省教育厅支持、江苏省自动化学会组织的江苏省大学生机器人大赛，大学生机器人大赛设立的比赛项目已达数十项，包括RoboCup 足球机器人比赛、RoboCup 救援组比赛、RoboCup 家庭组比赛、FIRA足球机器人比赛、空中机器人比赛、水中机器人比赛、舞蹈机器人比赛、双足竞步机器人比赛、机器人游中国比赛、机器人创新设计等。随着比赛项目的逐年丰富，越来越多的高校都投入到机器人大赛中来。
二、机电一体化专业的创新能力培养：
　　机械电子工程专业俗称机电一体化，是机械工程与自动化的一种，也是最有前途的一个方向。机械电子工程专业包括基础理论知识和机械设计制造方法、计算机软硬件应用能力，能承担各类机电一体化产品和系统的设计、制造、试验、开发工作。这个专业的特色就是强调机械动手能力与机电控制能力相结合，侧重于机电一体化控制和数控维修。以数控所需各种能力为主线，突出机电一体化控制的专业核心地位，培养会设计、能编程、具有较强的机电设备操作、调试、维修、维护等实际操作技能的技术工程师和职教师资。
　　针对机电一体化专业的特色不难看出，要想培养学生的创新能力就离不开动手能力的培养和实际操作能力的训练。而机器人竞赛作为机电专业创新能力培养的平台是非常合适的，这也正是机器人竞赛举办的初衷。下面以探讨如何以机器人竞赛为平台实现对机电一体化专业创新能力的培养。
　　1.政策的支持：
一直以来，工科学校和学院对机器人竞赛都非常支持，对举办机器人竞赛也都大力支持并积极组织参与。机械工程学院为了支持机器人竞赛，设立了机器人创新活动室，购买了实验工具以及器材，专为机电一体化专业的同学们使用。对能够获得奖项的参赛同学除了颁发特殊奖学金外，还奖励一定的选修学分，这些都促使很多学生参与到机器人竞赛当中。与此同时，机器人创新活动都安排有经验丰富的教师，对于能够获奖的给予适当奖励，也激励着许多老师从事机器人的教学和竞赛工作。工科学校和学院对于机器人活动室的同学在申请创新项目上也有一定的政策倾斜。
2.教师的努力：
　　教师在培养学生在机电一体化创新能力方面的作用是不可或缺的。没有教师的努力，学生创新能力的培养就是一句空话。由于大学生还正处在学习阶段，知识结构尚不完善，加之学校一般又都没有专门针对机器人的系统的训练计划，大多数机电一体化专业学生对于机器人知识体系的理解比较片面，尤其是低年级同学，参加机器人竞赛的过程很多时候都还是一个摸着石头过河的过程。这就需要指导教师抽出时间系统培训和引导学生。告诉学生应该看什么专业书籍、学习什么设计软件等等。这对学生快速建立起对机器人的系统认识、更深入地了解机器人起着非常重要的作用。
　　3.结合其他教学环节：
现阶段，我国还没有专门设置机器人的专业，只有机电一体化专业与机器人的关系最接近。但机电一体化专业关于机器人方面的课程还是太少。所以工科学校和学院有针对性地在专业课程的教授过程中加入机器人相关技术。增加机器人技术课程，开设了“机器人技术基础”课程，又增加了“机器人控制技术”、“特种机器人”等选修课程，目的是希望增加学生对机器人技术的认识，提高他们学习机器人知识的兴趣。在其他专业课中多引入机器人案例。例如在“机电一体化设计”课程中删掉了部分数控机床的内容，增加了机器人的教学案例。在“机械设计”中增加了关于机器人方面的结构分析案例。这样，就可以将机器人的机械、控制、传感器、电机等部分分别对应到相关课程，学生对机器人会有一个系统的认识。将竞赛机器人引入课程设计和毕业设计。针对高年级学生的“控制技术课程设计”、“机电系统课程设计”和毕业设计，将竞赛机器人作为课程设计和毕业设计的任务分配给学生，课程设计做相对成熟的内容，而毕业设计就可以结合竞赛来实施。通过其他的教学环节来支撑机器人教学能够取得较好的效果，学生也感到学习的针对性和趣味性增加了。
　　4.学生的分工协作：
　　机器人作为一个复杂的机电系统，不是一个人所能完成的。所以团队的合作、个人的不同分工是非常重要的。对于大学生们来讲，知识结构、自学能力、工程实践、团队分工与协作是相辅相成的，他们需要在竞赛过程中不遗余力地完善自己的知识结构，提高和培养自学能力、工程实践、团队分工与协作能力。机电一体化是以机械学科为基础，融合了电子、计算机等学科的交叉学科，这就要求机电一体化专业的学生所学的专业知识较多。在有限的时间里每个专业课都要学精那是不可能的，每个同学只能在一个或两个领域里有所深入。对于机器人竞赛而言，这就要求同学们有不同的侧重点，比如有些同学把重点放在机器人机构的设计和制作上，有些同学就以控制系统电路设计作为自己的主攻方向，还有编程能力强的同学主要负责算法和程序的设计。这样每个同学都会得到深入的锻炼，再通过同学们的相互交流、取长补短，同学们的创新能力就会有质的飞跃。
三、实践创新能力培养：
通过参加机器人竞赛提高和锻炼了学生理论与实践相结合的能力、动手能力和自主创新能力。每年举行的各种机器人大赛为机电一体化专业大学生在基本理论与实践相结合、实际动手能力、创新设计等方面提供了良好的平台。在当前注重学生综合能力的形势下，该平台的建设对学生们参加机器人竞赛和机器人、机电一体化系统创新设计、教学科研以及锻炼和提高学生们的创新能力都具有非常重要的意义。通过机器人竞赛前的培训和演练以及竞赛过程锻炼和提高参赛队员机电一体化系统的软硬件创新设计能力，从机器人竞赛平台的机械本体结构设计、传感检测技术与方法、自动控制理论与方法以及计算机编程技术等多方面都得到了很好的锻炼。
四、结束语：
　　新的形势下，高等院校如何实现可持续发展关键在于是否能够培养出高素质的创新人才，而机器人竞赛则是培养学生创新精神和动手能力的最佳平台。机器人技术是一门机电一体化技术的智能化的高端应用技术，在当前劳动力成本不断上升及用工短缺的形势下，机器人的大规模应用及推广是势在必行，掌握并能运用机器人技术的技能人才将有广阔的发展空间。

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