地方本科院校机器人实验室建设方案初探

唐宏伟 林立 石书琪

摘 要：机器人是多学科、交叉学科的综合体，根据国内机器人人才缺口现状提出了地方本科院校建设机器人实验室建设的方案，对建设目的和管理体制、机器人实验室教学模式、实验教师队伍建设提供了较为详细的思路，对于工科领域的自动化、机械设计与制造等相关专业的教师和学生提供了最佳的教学研究和学习平台，可以让相关专业学生在专业课程学习的基础上，将理论应用于实践中，提高学习的创新能力和实践动手能力，为应用型人才的培养提供有力支撑。

关键词：机器人；实验室建设；自动化；创新能力；应用型人才

随着近二十年科技的发展，机器人技术也得到了长足的进步，已经越来越完善，并在自动化、汽车、电子等工业领域已得到广泛的应用，目前正向危险环境作业、助老助残等服务领域和教育科研院所发展，并逐渐形成一个新兴的阳光产业。机器人正逐渐成为一种新型劳动力，我国正在进行的产业结构调整已经有城市提出机器替代人的口号，制造业等原来以人为主的劳动密集型生产模式正向以机器人为主的生产模式转变。机器人用于生产正向高效率和低成本转变，并逐渐被广大生产企业接受。

过去我国机器人主要以科学研究为主，研究工作的开展也主要集中在国内一些知名科研院所，目前严重短缺工业现场操作机器人和维护机器人的人才，这已经成为制约机器人应用和推广的瓶颈问题之一，培养机器人方面的人才对地方本科院校是一次机遇并为转型为应用技术型高校提供有力支撑。建设一个以应用为主科研为辅的机器人实验室，为学生进行创新思维训练、创新技能训练、工程实践训练提供理想的平台，具有重要的意义，如何组建机器人实验室值得深入探讨。[1]

一、机器人实验室建设目的和管理体制

邵阳学院是以理工科为主的地方本科院校，目前已开设自动化、电气工程及其自动化、测控技术与仪器、机械制造及其自动化、电子信息工程等多个与机器人技术相关的专业，建设机器人实验室能满足相关专业学生对机器人学、智能控制技术、电机控制与变频技术、机械结构、导航技术、信号分析与处理等软硬件系统基础知识的学习和实践，进一步提高学生的创新意识和动手能力。

实验室的建设依托电气工程系和机械与能源工程系，实施校教务处和电气工程系的双重管理，实行实验室主任负责制。由电气工程系和机械与能源工程系负责机器人实验室的教学工作。

电气工程系现在电工电子实验室、电机与控制实验室、EDA实验室、单片机实验室、计算机控制技术实验室、过程控制实验室，这些实验室为相关专业学生对专业基础课、专业课方面的实践能力培养提供了良好的实验条件。

二、机器人实验室教学模式

为了实现机器人教学和研究以及机器人用于工业和服务业的应用背景，实验室以工业和智能移动机器人为载体，主要研究机器人运动学和动力学、机器人结构、机器视觉、机器人伺服控制、运动规划等问题及相关应用。实验室是工程训练、科学研究的平台，可以进行有关机器人的科研及工程训练。

机器人实验室建设首先开展ubuntu（ROS）和Android系统的学习与研究，重点掌握DSP和FPGA芯片及其应用，机器人的开发流程和控制理论也是机器人技术的基本功；其次研究现有各种机器人的安装方法、信号采集过程、编程和控制方法以及通讯模式等，掌握机器人设计的整体思路，学会对机器人的操作；最后通过对已有机器人进行改造和挖掘，利用机器人开发系统和仿真软件学习二次编程设计实现设计所需要的功能。教师在实验室积极指导学生设计简易机器人的方案、并考虑机器人在工程设计与安装上的工艺问题、选择合适的控制方法、实现编程和运行调试，掌握一些简易机器人的制作和控制，使老师和学生全面进行工业机器人的研究、开发、制造及应用。

同时也可以作为教师的科研平台，利用机器人实验室的资源可以开展相关的科学研究工作，主要研究内容包括：实现机器人的二次开发，研究机器人的运动控制，目前移动机器人视觉导航、避障，路径规划和机器人多关节控制等是研究的重点领域，基于视觉的机器人控制：包括物体识别、抓取、搬运、码垛等操作是智能工厂里机器人作为工作需要掌握的基本技术。教师积极投入到科研中去，同时以教师科研水平的提高带动学生实践能力的提高。[1]

机器人实验室也是学生课程设计和毕业设计等实践教学的自主创新平台，学生在掌握机器人相关知识后，可以在机器人平台上开展毕业设计，提高学生的实践动手能力，机器人创新人才已经受到用人单位越来越多的重视。

三、实验教师队伍建设

以提高实践教学质量为主要目的，通过教学与科研相结合，建设一支业务水平过硬，素质高的教学科研型教师梯队。从电气工程系和机械与能源工程系选拔相关专业的优秀教师组成实验室人员，通过“派出学习、请进指导”的方式有计划有目的培养出高水平、高学历的骨干实验教师队伍；建立健全实验室人才管理、选拔和培养体制，师资队伍建设做到规范化、系统化；明确实验教师的岗位职责，培养双师型教师队伍。邀请国内外有关专家及厂商技术人员开办短期培训班，提高实验教师的实验技能。[2]

国家提出让一部分本科院校转型为应用技术型大学，这是对地方本科院发展的一次机遇，机器人实验室的建设将积极为学校转型提供有力的支持，地方本科院校建设机器人实验室将瞄准工业4.0的发展机遇，着眼于未来对机器人实践人才的需求，为学校在教学水平与师资能力的提高迈出坚实的步伐，大幅度提升学校的核心竞争力，对学校的教学科研人才建设、学生的就业以及学生创新能力和实践动手能力的培养都具有重要的意义。

参考文献：

[1]李国栋，吴春富，谢煌生，等.应用型本科院校机器人实验室建设方案研究[J].龙岩学院学报，2015，32（2）：115-118.

[2]陈永军，王忠昌，毛玉蓉，等.电工电子实验教学中心机器人创新基地的建设[J].中国现代教育装备，2008，（12）：70-72.

（作者单位：邵阳学院电气工程系）