电子信息工程专业综合实验教学研究

胡湘娟+余建坤+江世明

摘要：分析创新教育改革中实践教学的重要作用，根据电子信息工程专业的专业综合实验实践教学探索， 探究机械设计在专业综合实验中的作用，研究如何提高学生的机械设计能力，以提高实践教学质量，培养出具有系统性工程实践能力和创新能力的合格人才。

关键词：专业综合实验；机械设计；机器人

在创新教育的改革中，强调实践教学环节不应只是依附于理论教学的，不仅仅是课堂教学的延伸和补充。而应该建构实践教学新模式，将实践教学作为培养学生创新意识、动手能力和综合素质的一个基本途径。通过实践教学环节要求学生掌握基本的设计方法和操作技能，增强感性认识，贯彻系统性工程实践能力。专业综合实验是为电子信息工程专业开设独立实验课，

1 专业综合实验

专业综合实验是电子信息工程专业集中实践教学环节，目的是使学生能综合运用所学相关课程的基础理论和基本知识，完成电子功能模块电路或电子系统设计、仿真和电路测试，为以后毕业设计和工作奠定坚实的技术基础。要求学生完成相关电子功能模块系统的电路设计、仿真到硬件实现和指标测试，写出详细的工程实践报告。近年来，专业综合实验内容是使用“探索者”机器人实验系统提供的零件和模块，进行运行方案、机械结构和控制电路的设计并编写控制程序，拼接完成机器人的组装，运行测试，实现机器人的既定功能。

2 机械设计在专业综合实验中的作用

国内外很多高校都已开展了机器人的教学工作[1][2]。并且国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。

无论是哪种情况，机器人的运动都离不开身体的配合，其中包括机械本体系统和运动动力控制系统两大部分[3]。机械本体是机器人存在的基本和功能实现的前提，是将各种机械零件有机地组合起来，使得机械结构既巧妙又有效率。机器人的动力来源一般是电动机，通过一套机械传动装置，按照机器人内的程序控制，将动力传到机器人的执行机构，机器人的执行机构就开始运动了。机器人如果想要动起来，机械本体和运动动力系统这两大部分缺一不可。

一个完整的机器人设计应该是机械、电子、软件和外观等有机组合在一起的结果。必须根据功能先用机械零件搭建出各式各样的机械结构，再选择适当的电子器件，结合编写程序，最后加以外观美工修饰。

设计机器人之前先要思考以下问题：要做什么样的机器人，需完成什么功能，要有什么动作，在什么环境下运作，是否要人机交互等。只有把这些问题弄明白了，确实明确了设计任务，才能动手进行机械设计。进行机械设计不是单纯的将零件搭建成机械结构那么简单，而是需要根据机器人的运行方式、运动原理和运行环境，拟定运动方案，确定结构组成。机械设计的任务就是根据机构运动方案将机械零件拼装完成机械装置。

3 如何提高学生的机械设计能力

3.1 了解机构运动方式

自然界中物体位置发生变化的运动，叫做机械运动。平动、转动和振动，是机械运动的三种基本形式。任何一种功能机器人都需要完成一种或同时参與几种形式的运动，因此学生需要根据机器人的运动特点确定运动方式，选择适当零件拼装成机械装置。

3.2 学习机械装置运动原理

不同的机械装置的运动原理不一样，要求学生根据不同的机械装置的原理，选择零件组成实现。比如曲柄摇杆装置是由一个曲柄一个摇杆组成，可将连续的旋转运动转化为摆动运动。常见的雷达天线俯仰搜索结构就是这样的曲柄摇杆装置。选择电机和连杆型零件就可实现曲柄摇杆装置。

3.3 学看机构简图

结构简图表示机械运动配合情况和机构组成情况，代表机械运动系统的方案。结构简图是把实际机构加以科学的抽象，从原理方面表达机构的组成和运动性质，以便进行机构的设计和拼装。学生要会看机构简图，从简图上确定构件的种类数目、构件的相互位置以及所表达的机构运动性质，选择机械零件，完成拼装。

3.4 动手拼装机械装置

学生通过学习认识组装机器人所需的各种机械零件图形、特点及用途，了解其参数；掌握机械装置运动原理、主要用途、组装方法；掌握典型机械装置拼装所用零件及工具。进而利用利用“探索者”机器人实验系统提供的零件进行机械装置的拼装，从简单到复杂，从单一到组合，训练机械装置的拼装能力。再提高到通过组合不同的典型装置可完成不同的机器人功能需要，提升能力到设计机械装置。

4 结论

专业综合实验是为电子信息工程专业开设的独立实验课，目的是使学生能综合运用所学相关课程的基础理论和基本知识，使用“探索者”机器人实验系统设计并拼接完成机器人的组装，运行测试，实现机器人的既定功能。因此进行教学实践时，要探究机械设计在专业综合实验中的作用，从了解机构运动方式、学习机械装置运动原理、学看机构简图、动手拼装机械装置等几个方面，研究如何提高学生的机械设计能力，以提高实践教学质量，培养出具有系统性工程实践能力和创新能力的合格人才。

参考文献：

[1]王剑，马宏绪，黄茜薇，刘建平.关于本科教育机器人教学的思考[J]. 电气电子教学学报，2011.2：19-21.

[2]张奔.以实践为导向的机器人教学改革探索[J].中国教育技术装备，2017.6：91-92.

[3]张毅，汪帮富，王思明.机器人创新工程实践教学改革与探究[J].教育教学论坛，2016.51：133-134.

基金项目：湖南省教育科学“十二五”规划2013年度课题（XJK013CGD022）。