探索者实验室建设及机器人开发理念

林彤+金濯+任玲

【中圖分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）37-0003-01

机器人技术作为融合了机械工程，机械自动化，单片机，计算机技术等学科的综合性的典型载体，被广泛作为我国各类高校实践性教学和研究的选题之一，并有大量有规模有组织的机器人赛事支撑着这项技术的宣传和发展。作为一所应用型的高职院校，江苏农牧科技学院开设了“机器人创新技术”这门课程，以提高学生对工程类各课程的综合理解和培养学生创新实践的能力。

一、机器人课程实验特点

机器人教育大多侧重于课堂上的讲授，理论的了解和公式的推导，实践动手，实验设计论证等方面欠缺。书本理论知识相对完善，但是创新能力和实践能力未得到锻炼，综合设计分析问题和解决问题的能力相对薄弱。缺少设计性和综合性实验的机器人课程难以让学生通过课程的学习，思考和创新的能力得到培养和提高。因此机器人实验教学的设置和探索，建立探索者实验室硬件平台对于机器人实验教学的改革十分有必要。

二、探索者平台简介

探索者平台是由机器时代推出的专业型机器人设备原型设计工具，包含了机构件，舵机，传感器以及控制模块。可用于创新教学、工程认知、工程实训、课程设计、毕业设计、工程类竞赛、新产品原理验证等。学生在创新实践，工程实训，课程设计等实践中能够更好的理解消化和掌握机械设计及制造，机械装备等基础课程中的知识，通过实践和自主设计的方式，能更好的提高实践创新的能力。传感器，主控板等控制单元能够让学生在实现机构运动的设计过程中，更全面的了解单片机PLC，计算机语言编程等学科的知识。

三、“探索者”实验室建设

机器人创新设计实验室配备十套至十五套探索者平台套件。授课学生分组进行两个阶段的学习，第一阶段完成探索者平台基础性的系统学习和模仿实验。“工作过程导向”教学模式按照完整的工作过程构建学习任务，设计学习情境并组织实施，做到“教、学、做”三统。

1.第一阶段基础学习演练的流程

第一步，熟悉探索者平台的基础部件，零件的认知及固定铰接，电机的种类及安装。

第二步，通过认知和分析各种类型的机构，并能进行机构运动简图的测绘。其中包括四个实验：

（1）典型机械装置设计实验；

（2）简易轮型机构设计实验；

（3）简易足型机构设计实验；

（4）简易关节模块设计实验。

第三步，电池、主板、电机、传感器的选择，调试及应用。其中包括传感器，主控板的编程和实际运动中的参数调节。

完成后提供设计方法理论，实际问题检测学习结果，例如：

根据图1场景中的障碍物（栅格地毯，楼梯，管道，独木桥）设计出一个能够自主通过该场地的机器人。

完成该阶段学习后，设计相应机构，运用合适的传感器，完成穿越障碍物的功能性机器人，掌握基于探索者平台机器人的设计，可进行下面的步骤。

2.使用“探索者”进行开发设计的流程

第一步，按照构思的机构、电路思路，转变为可以计算和分析的机构简图和控制流程图。

第二步，将简图转变为可以验证的“探索者”分块样机，进行验证调试。设计分块样机的能力通过教材中“模块化”的概念对学生进行训练。

第三步，对加了电池、主板、电机、传感器、结构件等的整机的结构、重心布局，电子部件布局，自动化功能，代码等进行调整和测试，完成一个完整的示意样机。

第四步，可以用标准五金零件、电子部件或自加工零件，对“探索者”的示意性零件进行实用化的工程替代，考虑工艺、材料、精度、外观等问题，变成一个实用级别的工程样机。

四、“探索者”工程开发教学意义

学生可以了解到机器人工程的整体概念，并接受工具使用、机构简图绘制、模块化设计、国标紧固件组装、传感器使用、通信模块使用、单片机与图形化、C语言编程控制等训练。综合设计能力、空间想象力也能得到拓展。“探索者”让机器人设计和机械原理、控制原理等教学产生了联系，学生完成小尺寸机器人的设计，后可放大、工程化、变成实用的机器人，让学生更容易与社会接轨。

文献参考：

[1]张建伟.现代智能机器人前景及技术[J].先进技术研究通报，2009，3.

[2]杨天博.论我国高校实践教学存在的问题及改革对策[J].文化教育，2010，4.