移动机器人赛项引入教学的实践

刘永明

摘  要：移动机器人作为一款集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能与一体的综合系统，在多个行业得到应用;机器人本身涉及到传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科，与职业院校机电类专业关联密切，将移动机器人赛项全方位引入教学实践，是引赛入教的一次有益实践，促进教学质量提高，促进学员综合素养提高。

关键词：移动机器人;自动化控制;赛教融合;教学实践

“移动机器人”是一种通过程序控制，能自主完成某类任务的机器系统，机器人本身是集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能与一体的综合系统。他集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果，代表机电一体化的最高成就，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。

世界技能大赛移动机器人项目是对学员从原型机制造，编程和控制逻辑，无线通信，定位和绘图，集成传感器和目标物体处理等几大方面进行综合考核。这要求学员具备全面的能力，包括设计、生产、装配、组建、编程、管理和保养机器人内部的机械、电路、控制等系统，而且要掌握安装、操作并检测机器人的控制系统。

赛项实施要求选手使用所提供的机器人完成规定比赛任务。主要包括为机器人编程，在不同竞赛场地开展不同序列的任务。除编程外，参赛小组还需要测试、调整传感器的值和参数，组装和连接外围设备和/或工具，并作出最后的试运行。以第四十五届世赛赛题为例，赛项考核内容为：在规定时间内，以现场操作的方式，根据赛场提供的有關资料和赛项任务书，完成基本赛项任务及综合赛项任务：

（一）基本赛项任务：

1、按照装配工艺要求进行移动机器人装配。

2、按照调试项目表，进行移动机器人编程与调试，并演示相应调试项目。

3、完成移动机器人场地任务，演示机器人的运行性能。

（二）综合赛项任务：

1、机器人自动从起始位置出发，移动到达散落的台球处，将台球抓取后移动走廊入口处。

2、机器人通过遥控或自动穿越走廊，在不碰到走廊墙壁的前提下，沿着走廊墙壁行走，从入口走到出口。

3、机器人自动移动到台球对应的放置处，将台球准确放入放置处，之后移动至走廊出口处。

4、机器人通过遥控或自动穿越走廊，在不碰到走廊墙壁的前提下，沿着走廊墙壁行走，从出口走到入口。

5、机器人自动去抓取下一个台球，直到所有放置处都放置了指定的台球为止。

进一步分析赛事工作任务需要的专业知识、技能、工作能力，制订该职业或相关职业群职业知识结构和职业能力结构，并对其具体涵盖的工作任务和职业能力等层面做更深的分析，可得到典型工作任务对应的基本知识点和技能点：

1、基本知识

本项目选手应掌握的基本知识：机械系统设计和装配;电气系统设计和装配;电子系统设计和装配;传感器选型和装配;计算机编程;成本效率设计、性价比核算、以及进行质量控制。

2、基本技能

需要前期与客户沟通能力，以了解详细的需求与规范;需要工作组织以及自我管理能力;需要沟通和人际交往等相关的协作能力;需要提供方案和解决方案的能力;需要解决技术挑战的创新和创造能力;需要根据客户需求设计移动机器人的能力;需要根据设计制造移动机器人的能力;需要编程能力;需要设计、装配和维护机械及电气装置的能力

3、基本素质

具有良好的思想品德、法制观念和职业道德;具有爱岗敬业、忠于职守、勤奋刻苦、踏实肯干、谦虚好学的品质;具有较强的沟通能力，在工作中具有合作能力、交流能力和组织协调能力;具有团队协作精神，公正坦诚，能够进行批评与自我批评;工作认真、细致、积极、主动，具有吃苦耐劳的精神;具有健康的体魄、健全的人格、抗挫抗压的心理素质和良好的行为习惯。

对标典型工作任务，结合教学实际，可分解素养培养，和知识、技能点为以下具体内容：

（一）职业素养

1、敬业爱岗，忠于职守，严于律已，刻苦钻研;

2、勤于学习，善于思考，勇于探索，敏于创新;

3、认真负责，吃苦耐劳，团结协作，精益求精;

4、遵守操作规程，安全、文明生产;

5、着装规范整洁，爱护设备，保持工作环境清洁有序。

（二）相关知识与技能

1、机电技术应用

2、机电设备安装与维修

3、链传动、带传动、齿轮传动等典型机械传动技术

4、步进驱动系统、伺服驱动系统原理与应用

5、MCU自动控制技术

6、运动控制技术及精确定位控制技术

7、机器人控制技术

（三）相关职业标准

嵌入相关职业资格标准要求。

1、维修电工国家职业标准（职业编码 6-07-06-05）

2、工具钳工国家职业标准（职业编码 6-05-02-02）

3、装配钳工国家职业标准（职业编码 6-05-02-01）

4、机械设备安装工国家职业标准（职业编码 6-23-10-01）

5、可编程控制系统设计师国家职业标准（职业编码 X2-02-13-10）

移动机器人是一类可应用于教育领域的机器人，它具备以下特点：首先是教学适用性，符合教学使用的相关需求;其次是具有良好的性价比;再次就是它的开放性和可扩展性，可以根据需要方便地增、减功能模块，进行自主创新;此外，它还有友好的人机交互界面。作为创新教学平台，能够满足机电一体化、智能系统与工程、计算机与自动化工程等专业的相关专业课程教学与实践的需要，包括课程设计和毕业设计等创新实践;作为创新研究平台，能够满足相关专业不同层次教学进行运动机构、智能伺服、实时视觉导航、自组织与自学习、多智能体协调和对抗以及无线通讯等方向的教学和研究需要。

当下，移动机器人的发展可谓是日新月异，随着性能的不断完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害及危险场合得到很好地应用。我国的移动机器人事业虽然起步晚，但如今也有了一定的发展。许多学生对移动机器人都有很高的热情，通过一定途径能有机会设计并制作移动机器人，并且相当一部分人都有一定的技术基础，而移动机器人大赛正是给他们提供了一个平台，来提高同学们在电子信息、机电一体化等方面的相关知识，增强同学们的动手能力，让大家在实际的设计和制作中体验实际动手操作的重要性，并以此激发同学们的创新精神，巩固并进一步加深同学们对理论知识的理解。

参考文献

[1]  龙威林. 教学型智能移动机器人控制系统设计研究[D].天津大学，2014.

[2]  陈震宇，钱桦.移动教学机器人设计[J].机械工程与自动化，2014（02）：164-166.