浅谈高校机器人创新实践环境的建设与应用|科沃斯扫地机器人哪款好

　　 [摘要] 基于机器人的大学生科技创新活动的开展有利于培养学生的工程实践能力、创新能力、自学能力和协作能力。本文从机器人创新训练基地的建设、竞赛活动的组织开展以及机器人在高校实践教学中的应用等方面进行探讨。
　　[关键词] 机器人 创新活动 实践教学
　　
　　机器人综合应用了多门学科的最新成就,是机电一体化的典型产品,机器人竞赛活动和训练涉及人工智能、数字图像处理技术、通讯技术、传感器应用、机械传动和自动控制等多个领域。近年来,各级各类机器人大赛在全国各个地区广泛开展,该活动的开展,有力地推动了大学生实践创新能力的提高,促进了大学实践教学的改革,同时也为广大学生提供了学习和创新的舞台,使得一批高素质的学生脱颖而出。笔者作为盐城工学院机器人参赛队的指导老师,带领学生参加了两届“广茂达杯”全国智能机器人大赛,分别取得了Robocup中型组足球比赛大学组冠军和季军;参加了两届江苏省大学生机器人大赛,在机器人灭火、Robocup中型组足球、机器人游江苏项目上取得了一等奖、二等奖的比赛成绩。本文从机器人创新训练基地的建设、竞赛活动的组织开展以及机器人在高校实践教学中的应用等方面进行探讨。
　　一、机器人创新训练基地的建设
　　1.机器人创新训练基地建设的必要性
　　机器人创新训练基地作为工科院校的创新实践教学平台,可以直接为电子、电气、自动化、计算机、机械类等专业的学生提供服务,其应用除了组队参加机器人竞赛外,还可以为大学生毕业设计、学生科技活动、大学生创新项目研究等提供必要的条件,机器人以其技术先进性、综合性、可开发性、趣味性成为综合的实践创新训练平台,基于机器人的大学生科技活动的开展有利于培养学生的工程实践能力、创新能力、自学能力、协作能力。
　　2.机器人的选择
　　在机器人的选型上,我们考虑了几个因素:一是机器人的资源开放性,作为教学型机器人,其硬件资源要具有开放性,在机器人本体的电路主板上能够进行硬件扩充,为此,要求机器人提供一定数量的可扩充接口,实现以机器人本体为基础的硬件功能扩展,特别是便于外接各种传感器;机械方面要便于改造和扩充,实现机器人不同的作用需求。二是机器人的软件开发平台,应该能够用高级语言(如C或者C++)进行机器人的软件编程。能力风暴智能机器人提供的图形化交互式C语言(简称VJC)软件开发系统,不仅可以用直观流程图编程,也可以使用交互式C语言(简称JC语言,具有C语言的基本语法结构)编写机器人程序,从而为机器人的编程提供了方便。三是兼顾机器人比赛的需要,对于机器人比赛项目,不仅要求机器人能够完成特定的任务,还要求运行速度快,稳定性好。对机器人CPU的运行速度和数据处理能力也提出了较高的要求。实践证明,早期的采用以68HC11单片机为核心的机器人在运行比较复杂的程序时(例如PID算法)速度较慢。对于Robocup中型组足球比赛用的机器人,全向轮结构的机器人以其运动控制灵活和反应快捷逐步取代过去的双轮结构。
　　二、机器人竞赛和创新活动的开展
　　机器人竞赛是一项很好的科技创新活动,机器人的趣味性易于激发学生学习和研究的兴趣,同时将竞争引入训练过程,使学生变被动学习为主动学习和研究的过程。以竞赛项目为训练课题,将不同专业和不同年级的学生组成一个竞赛小组,同学们在研究竞赛规则、制定策略方案、设计调试程序的过程中集思广益、取长补短、团结协作,这种在探索中学习的过程对于培养学生的实践创新能力是其他教学环节无法实现的。通过几次组队参加机器人大赛,我们不断总结经验,做了如下一些尝试:
　　1.报名与组队
　　我校机器人大赛的报名与组织工作由教务处统一领导,由工程训练中心具体承办。为了做好机器人竞赛的报名与组织工作,我们在学生中成立了大学生机器人兴趣小组,兴趣小组由相关专业的学生会干部负责,志愿报名,机器人兴趣小组在教师的组织下利用课余时间开展机器人创新活动(包括机器人开发环境的学习与实践、机器人运动控制的研究、机器人通信的实现、各种传感器的功能及其应用实验等等)。目前参加机器人兴趣小组的学生数已经有近30名同学,他们分别来自不同的专业和不同的年级。在组成参赛队时,以不同专业不同年级的学生结合,大四的学生作为每个参赛队骨干,以老带新,形成梯队。同时根据比赛项目选择不同专业的学生参加,例如,机器人灭火比赛项目和机器人游江苏比赛项目,以电气、电子、自动化专业的学生为主,计算机和机械专业学生配合,对于中型组足球比赛项目,因为涉及计算机通信技术、图像处理技术、MFC编程技术等,则以计算机专业学生为主。机器人兴趣小组的成立和平时的实践活动,为学校参加机器人大赛组队提供了保证,同时,在学校领导和主管部门给予大力支持下,我们尽量多组参赛队,安排机器人兴趣小组的同学参与机器人比赛,从而也吸引更多的同学参与机器人兴趣小组。
　　2.集中训练
　　机器人竞赛训练的过程实际上是综合了机械、电气、信息、控制、计算机等多学科的知识的一项综合性实践训练环节,在训练过程中,教师制定粗线条的训练计划和进度,以学生自主训练为主,教师进行适当的辅导和基础知识的培训。我们认为,竞赛成绩固然重要,但是赛前的训练才是培养学生综合素质的最好途径。由于竞赛的竞争性,同学们对训练热情很高,把课余时间都用在训练上,营造出了良好的学术和学习气氛。在第三届江苏省大学生机器人竞赛训练期间,我校的一个机器人灭火参赛小组用了一个学期的时间,自学嵌入式系统的开发、自己设计电路、制作电路板、购置元器件、进行机器人的安装调试,在机器人的设计和制作过程中,同学们查阅了大量的资料,克服了一个又一个难题,这样一个设计制作的训练过程就是一个工程实践过程,对学生的创新能力培养和提高是其他教学环节无法达到的。机器人竞赛是一个真正创新的平台,学生的训练成果在大赛中得以展示无疑会对学生的学习、实践、创新等综合素质的培养和提高产生积极的影响。
　　3.赛后总结
　　每次参赛结束,无论成绩如何,我们都要求学生及时写出书面总结,这些参赛队的总结,既为下一届的参赛同学留下了宝贵的经验,同时也是学生工程实践的一个必不可少的训练过程。在2004年我校夺得第五届“广茂达杯”全国智能机器人大赛中型组足球比赛项目冠军后,同学们在总结中感慨地说:“在这样一个全国性的比赛中,不论出现什么问题,都得现场调试、现场解决,让我们得到了锻炼,提高了我们解决实际问题的能力,我们要感谢学校给我们提供了这样一个难得的机会,我们也希望学校能在校园里推广这类活动,让更多的同学参与进来,得到锻炼。”
　　三、机器人在大学实践教学过程中的应用
　　高校机器人创新活动和竞赛活动的开展促进了大学生实践创新能力的提高,借助于机器人创新训练基地,近两年,我校有4个工科毕业设计课题在工程训练中心完成,成功申报了两项江苏省大学生实践创新训练计划省级项目。但是,机器人竞赛活动和机器人兴趣小组活动的组织与开展,毕竟是少数同学参与,就机器人平台来说,其在实践教学中如何更好地应用是我们一直思考的问题。智能机器人是技术前言之一,集成了数学、物理、化学、生物、机械、电子、材料、能源、计算机硬件、软件、人工智能、多媒体技术、通讯技术、网络技术等众多领域的科学与技术知识,没有一种技术平台比智能机器人更综合,为了培养学生的综合素质,在教学实验中增加以移动机器人为平台的综合性实验内容是可行的,比如《计算机控制技术》课程中的PID控制算法实验,《单片机原理及应用》课程中的PWM直流电机控制、A/D、D/A实验等。在课程设计、毕业设计等实践教学环节也可以引入机器人平台。开展校内机器人竞赛活动,让更多的学生和教师参与到机器人创新实践活动中来,将有力地增强教学的实践性和互动性,从而推动大学生实践创新能力的提高。
　　四、结束语
　　机器人实践创新训练基地的建设和以机器人竞赛活动为切入点的大学生科技创新活动,激发了大学生自主学习和研究创新的激情,培养了大学生的工程实践能力,拓宽了知识面,同时,机器人作为一个综合性实践平台在高校实践教学中的应用,将有力推动大学实践教学改革。
　　
　　参考文献:
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