机器人实验室范文

时间:2023-03-18 23:54:08

机器人实验室

机器人实验室范文第1篇

2014年1月16日的下午,我们的语数期末考试刚刚考完,我和我们假日小队的成员相约一起去浙大玉泉校区的足球机器人实验室参观。

在路上,我们假日小队的同学们个个兴奋不已,陈琪说:“机器人足球一定很有趣吧!”“的确很有趣,我以前在杭州低碳博物馆看过他们的表演赛。”我笑着说。一路上,同学们你一言我一语,说个不停,不知不觉中,我们已经到了浙大玉泉校区了。

到了足球电机器人实验室后,我们假日小队的同学们一起拍了一张集体照,作为此次活动的留念。浙江大学机器人足球队队长热情地接待了我们,并详细地向我们介绍了足球机器人的相关原理。足球机器人主要有三块电子板,九个轮子,两个电容,机针发射器和外壳。三块电子板中,一块是接收队友位置,敌方位置、球和球门位置的相关数据;第二块是控制机针发射器的力度,即射球的力量;第三块是控制自己球队的阵型、策略和特殊带球射球技能,另外还是控制轮子,掌握运动的速度。足球机器人的九个轮子能使机器人本体360度快速旋转和移动。两个电容平时充电足之后,可产生240伏的电压,使得机器人有着强大的力量,进行大力射门。队长还介绍说,这个足球机器人有着非常多的带球和射球技巧,非常敏捷,在全球高校机器人足球比赛中,浙江大学队获得了冠军。

我们每个同学觉得大哥哥们设计的足球机器人真是厉害啊!参观快结束时,队长还让我们每个人亲自操作了一下足球机器人,真是太棒了!这次的小队活动让我们受益非浅。

六年级:19751009

机器人实验室范文第2篇

机器人实践教学实验室是提高学生实际动手能力、培养学生创新思维、创新能力的重要基地。阐述了开放机器人实验室目的和意义、开放方法和模式,旨在为深化实践教学体系与教学模式的改革探路。在实际教学过程中,发挥学生自主创新能力、实际操作能力、分析解决问题的能力,使学生科研创新实践的综合素质得到明显提高是当前工程训练的主要目标。

关键词:

开放;机器人;实验室

中图分类号:F24

文献标识码:A

文章编号:16723198(2014)06009901

1 引言

我国高等教育人才培养的主要目标:培养学生的理论联系实际能力、自主创新能力、实践动手能力及操作能力。工程训练中心是高校的主要实践基地,可以进行实习教学、开展科学活动、培养学生创新能力、实践能力、提高学生的综合素质,以及提高实践动手能力的重要基地。目前,工程实践训练教学已经成为各大高校教学不可缺少的实践内容。内蒙古工业大学至2007年以来,建立了工程训练中心机器人创新实践基地,逐步加大对该实验室投入力度,加快实验室的软、硬件环境的建设速度,为大多数学生提供工程实践锻炼的机会。在传统的教学实践中,因为实验课时少,传统的课堂教学管理模式,在培养学生能力方面没有发挥其应有的作用。为此,课题组在机器人实验室经过不懈的努力,逐步在开放上做出更多的探索和研究,尽快找到有效的开放形式,为提高实践教学效果发挥应有的作用。本文以我校工程训练中心机器人创新实践教学为研究对象,为学生提供开发的实习基地为实践手段,从根本上提高了学生的创新实践能力,为适应社会发展做出贡献。

2 机器人实验室教学概况

机器人技术是一门高度综合,专业跨度大的学科,它包含了计算机、自动控制、传感器、通信和人工智能等学科,是光机电一体化的综合应用。机器人教学过程也是一个综合实践的过程。机器人教学实验环节中及时地增加新兴智能机器人的知识内容,课外教学过程以兴趣小组的形式加以提高和巩固,此外,再加上参加各种机器人竞赛,使学生实时地了解该专业的发展方向,为适应未来社会发展早做准备,同时也为原有的传统实验教学模式增添了新的发展方向。机器人具有人的特性,学生可以通过程序设计来实现机器人的智能控制。教学过程中会有器材及场地的限制,通常需要老师和学生共同安排、就地取材、专心设计,构思新创意,较大地挖掘学生的想象力与创造力,追求出科学完美的设计方案。机器人学习实际就是探索研究性学习,课堂上学生们都会完成自己和教师共同讨论出的设计任务,根据这一目标由学生自己进行创新性扩展性探究活动。很多时候创造源于突发奇想,学生可以做出不懈的尝试,不断的调试与改进,大胆地添加新的尝试,注重每一个设计细节,将机器人调节至理想的智能状态。

2.1 开放机器人实验室的目的与意义

机器人实验室的开放,实际就是为学生创造一个开放性的实践环境,学生可以在课余时间来这里动手做一些课题探讨。近年来,内蒙古工业大学机器人创新实验室每年都会参加固定的机器人比赛,通过这个比赛,学生可以有目的的做一些理论和实践相结合的项目,从而提高自己的创新实践能力。此外,可以弥补传统教学模式的不足:首先,可以增加学生实践的机会,学生在课堂上没有充分掌握的知识技能,可以在实验室不断练习,反复验证,使学生动手能力和解决问题能力得到增强;其次,可以调动学生学习的热情和主动性,充分注重学生个性的发展,给予学生较大的自,充分发挥了学生的自主创新的能力;第三,可以较大限度地利用实验室资源,减少实验室资源的闲置时间;第四,可以培养学生的团队合作精神。学生可以自由组合合作人员,有分工也有合作,依靠项目小组成员相互协作与积极配合来完成设计作品项目,锻炼学生个人的团队精神和协作能力。

2.2 开放实验室的主要对象

我们每年在校内举行一次机器人大赛,以此成立机器人兴趣小组。兴趣小组成员一般从大一到大四都有,我们实行高年级带低年级同学,这样新加入的同学能够很快能够了解制作流程。兴趣小组成员可以在课余时间来这里做项目,比如每年的亚太机器人大赛,给定比赛题目,让学生自己设计,自己加工制作,编制程序最后完成整个比赛项目,学生从中能够锻炼自己的综合创新实践能力。

2.3 开放机器人实验室的模式

开放机器人实验室的模式主要采取半开放和完全开放的模式。半开放即教师指导模式,这种模式主要是针对刚加入机器人兴趣小组的成员进行指导。对他们进行机器人知识的讲解和软件开发的指导,如果是参加比赛的同学还有进行比赛规则和开发的讲解。完全开发模式主要针对机器人兴趣小组老成员,他们可以在业余任何时间来做项目。机器人实验室可以给学生提供相关的硬件和软件开发平台,实验室老师会定期来实验室进行指导,或者通过兴趣小组qq群进行指导。

3 开放机器人实验室对学生能力的培养

3.1 培养学生独立开展科研能力

在机器人套件搭建创新实践过程中,从拟定需设计的项目开始,包括外形的搭接、器材的选择、开始搭建模型到编写程序驱动,都需要学生自主实施完成,有利于培养他们独立开展科研的能力。

3.2 培养学生团队合作互助能力

小组成员有分工也有合作,机大家积极配合才能完成设计作品项目,成员间互相讨论和学习,有利于开阔思路,集思广益,激发灵感,锻炼学生个人的团队精神和协作能力。

3.3 培养学生逻辑思维能力

机器人课程包括硬件搭接制作和软件编程俩方面,而软件编程需要学生以较短的程序实现复杂的任务,这就要求学生有较强的逻辑思维能力。通过教师的前期指导,教会学生如何编制程序,学生通过自主编制逻辑程序达到控制机器人的目的。

3.4 培养学生科技创新的能力

学生需要独立地完成机器人的制作过程,从方案设计开始到具体实施步骤,在设计过程中,就锻炼了学生的独立分析问题和解决问题的能力。机器人的设计可以采用很多不同的方法,通过比较不同算法流程,找到最有算法,极大地发挥了学生的个人潜能。

4 开放机器人实验室的实践效果

近年来,内蒙古工业大学工程训练中心力行教学改革,建立了开放性的实验教学课程体系,为学生营造了自主创新的学习环境,取得了不错的成绩。至2008年以来获得了很多奖项,学生在比赛过程中除了可以锻炼实践能力、分析问题、解决问题能力之外,比赛过程中的随机应变,解决突如其来问题的能力也有很大的提高。很多同学在比赛过程中被企业相中签约的也不少。还有的同学通过努力得到了保研的资格。

5 结语

机器人创新实验室的开放优于传统实验教学,展示了未来高校实验教学的发展方向。因此,机器人实验室的开放是高校教学改革的发展趋势,它能够激发学生学习的主动性和热情,极大地发挥学生的个性特点,已经成为高素质、适应时代需求、高尖端人才培养的摇篮。通过参加机器人比赛等实践活动,学生一开始就接触了工程实际问题,初步了解了工程师应具备的各方面能力;有利用提高学生的工程意识,对学生尽早制定职业规划起到了积极的推动作用。

参考文献

[1]屠金莉,曹立娅.培养外向型中医人才创新对外临床实训课程[J].实验室研究与探索,2011,30(2):149151.

[2]王帆,刘雁红,原凤英等.关于构建高校实验室开放共享平台体系的研究[J].中国轻工教育,2010,(3):5254.

[3]王海滔,高原,刘波.研究型化学实验教学的探索与实践[J].化工时刊,2010,24(6):7173.

机器人实验室范文第3篇

关键词:微机控制;行走机器人;创新实验室

一、引言

机器人技术作为控制技术、信息技术和电气工程技术的典型代表,已成为各个国家竞相发展的技术。近年来,国内外兴起的各种机器人赛事为机器人技术的发展提供了一个良好的平台。各个学校争相组队参加各类赛事。但是,目前的机器人竞赛所采用的机器人基本上不采用微机控制,机器人本体也大多由各个专业的机器人制造公司制造,学生本身并不能从根本上剖析、分解机器人,留给学生自己动手的部分较少,没有采用微机控制。因此,机器人虽然专业性很强,但可扩展性较差。所以,有必要建设能真正提高学生实践和创新能力的机器人实验室。

二、建设意义

基于微机的行走机器人可以整合多方面的知识,包括:单片机技术、图形图像处理技术、上位机软件编程技术、触摸屏设计技术、电机与拖动技术、微机接口技术等等。因此,基于微机的行走机器人实验室建设可以加深学生对这些知识的掌握。另外,由于采用了微机控制,学生可以把自己的创新思想方便地通过高级语言体现出来,实现不同的目的,如:点菜机器人,迎宾机器人,图书管理机器人等等。同时,这些功能的实现完全通过高级语言,有助于降低机器人的成本,无需更换任何硬件模块。因此,基于微机的行走机器人创新实验室建设,对于学生基本专业技能的掌握和学生实践创新能力的提高,都有着非常积极的意义。

三、建设思路和目标

机器人实验室主要服务于工科的电气工程及其自动化、自动化、机械制造及其自动化、计算机科学与技术、通信工程等专业。对于这些专业的学生而言,在教师的带领下,从底层做起,自主完成基于微机控制的行走机器人并不是一件特别困难的事情,它主要由行走模块、单片机控制模块、通信模块以及功能实现模块等四个部分组成。

1.行走模块

行走模块涉及机架、底座、电源、万向轮、驱动轮以及电机等部分。当然,万向轮及驱动轮可以用履带代替。这一部分的实现除了底座及机架可以委托订做外,其它组件一般都直接购买。行走机器人不外接电源,同时能承受一定的负载,因此,电源一般采用蓄电池,其重量较大,故底座及机架需具有较高的强度。电机也有两种,一种控制行走,另一种控制方向。

2.单片机控制模块

单片机控制模块连接电机及上位机,它从上位机接受指令,经过单片机处理后,向电机发送前进、后退、转向等信号。电机有两种,因此,单片机控制模块也有两种,一种控制电机是否转动,即是否行走;另一种则控制万向轮的方向。

3.通信模块

上位机与下位机的通信方式有多种。这一模块往往也是新技术应用最多的模块。单片机和上位机之间除了传统的直接有线连接以外,还可以用RFID技术实现100米内无线控制,甚至可以采用GSM模块通过手机短信的方式加以控制。即上位机与下位机都增加无线模块,上位机发送出的指令通过上位机连接的无线模块发出,再通过下位机连接的无线模块接收,然后将信息传递给单片机。由单片机来控制电机。

4.功能实现模块

机器人往往不能通过鼠标操作,因此,机器人一般采用触摸屏来实现输入。功能的实现可以使用一些可视化编程语言,如C++Builder等。另外,为了扩展机器人的功能,可以为机器人添加摄像头,各种传感器。各种通信模块等。例如,要实现安保机器人,可以让机器人行走到指定位置巡逻。将安装在机器人上的摄像头拍摄到的视频通过无线通信模块实时传输到控制中心。

通过以上四个模块的建设,就可以实现特定功能的行走机器人,如点菜机器人、迎宾机器人,避障机器人、图书管理机器人等等。由于使用了微机控制,利用微机的丰富接口,可以连接摄像头、各种无线通信模块以及各种传感器等等,进一步扩展了行走机器人的功能。这些机器入的制作,既能提高学生的实践创新能力,又能为教师在更高层次的研究提供实验条件。例如,多台机器人安保时的路径规划研究,用于机器人行走轨迹控制的图形图像处理技术研究等等。

四、结论与展望

基于微机控制的行走机器人创新实验室建设,既可以使学生更好地掌握本科阶段的主干课程,又能提高学生的实践能力和创新能力,同时也能为教师的科研提供平台。微机控制行走机器人的制作相对简单,成本较低,易于扩展,应用广泛,值得推广。

参考文献:

[1]都卫东,开放性机器人创新实验宣建设研究[J],高教论坛,2009(9):54-56.

机器人实验室范文第4篇

一、什么是数字化实验室

所谓数字化实验室,简单地说就是用来完成采用传感器或数字化平台制作的软件来完成一些只能定性无法定量的实验以及一些微小或瞬间数据的测量、演示实验的场所,配备标准包括初高中的理化生实验、通用技术实验(智能机器人实验室是通用技术实验室的一部分)。虚拟实验室的建立是对传统实验的一个非常好的补充,能发挥出巨大的作用。

二、长春市数字化实验室应用研究

1.初中理化生虚拟实验的应用

长春市目前所应用的数字化平台是由东北师大理想信息研究所开发的初中理化生虚拟实验平台。该实验教学平台针对目前理化生实验平台中常见的问题,集合了众多功能,同时能为中学教师、学生提供全方位的数字化支撑。实验是激发学生探索欲望,培养学生创新精神和实践能力的重要途径。根据实验教学的特点,初中理化生实验分为两大类:演示和分组实验、探究实验。

在实践中,我们感到,当学校实验器材不能满足现有教学需求时,该实验教学平台是最好的补充,它能实现学生平时“看也看不到、想也想不到、做也做不到”的实验课程和内容。它能调动视觉、听觉、动手等多种感官参与教学,学生更有积极性,更有热情,对实验感兴趣了自然就愿意学习理化生这三门学科了。理化生虚拟实验软件具有如下特点:一是针对性强。如对有毒气体的制取,演示微观看不到的分子、离子,物质内部结构,宏观地球,动物解剖,植物成长过程,危险的实验课程。通过学习平台的演示,可以把知识形象化,有利于学生对掌握的知识,减轻学生的学习负担。二是有效性。它有助于规范操作,使实验更科学准确。它可以重复多次实验操作,使用效率高,尤其是对设备经费不足的学校更有益。应用于复习课效果更明显,即便条件好的学校也很少在复习课上重做实验,而软件学习平台可以随时进行实验操作,也可以把几个实验串联起来一起做。教师备课时,不用花费很多时间准备实验器材,节约了时间,减少了药品、器材、电等资源,减轻了教师的备课负担,降低了能耗。可以说它做到了“三省”,即省时、省力、省钱。三是智能性。利用动画可以培养学生的探究能力,能把教学过程与实验过程融合在一起,使二者成为不可分割的一部分。它是信息技术与学科课程有效整合的典范。四是便捷性。适合教师备课、演示、复习使用,课堂容量大,实验过程方便快捷。

可以说,初中理化生虚拟实验软件是解决现有实验器械不足和教学资源匮乏的最好方式。它加快了农村中学信息化建设和发展进程,提高了教师、学生的信息素养及学生的感知认识能力,促进了教师专业发展,培养了学生的学习能力,有利于农村教学质量的提高。当然,初中理化生虚拟实验软件也存在不足之处。例如:学生缺少亲自动手操作的体验,视频格式单一,限于单机使用,应用软件不恰当等。希望初中理化生虚拟实验软件不断完善和提高,更好地应用于教育教学中,成为理化生教师在教学中不可缺少的学习平台。

2.通用技术实验室的应用

通用技术实验是将无法完成课程目标要求的课堂教学变为虚拟现实技术、人工智能技术,主要涵盖“技术设计、技术试验、技术制作、技术探究”等功能。其中技术设计的主要作用是让学生针对技术问题进行多方案设计,培养学生的创造性思维和问题解决能力;技术试验的主要作用是让学生亲历技术试验过程,初步掌握测量、加工、安装、调试等简单的技术操作技能,形成初步的技术试验能力;技术制作的主要作用是为学生提供动手机会,经历技术方案的实现和物化的过程,促进学生动作技能的发展;技术探究的主要作用是培养学生的探究精神,提高学生的技术探究能力。智能机器人实验室是通用技术实验室的一部分,虚拟机器人的教学工作已经在长春市中学全面展开。

(1)什么是智能机器人实验室

所谓智能机器人实验室,是在学校建立的对学生开展机器人学习、活动的场所。智能机器人教育是培养创新精神和实践能力的重要途径。智能机器人技术应用了信息技术中的感测技术、传感技术、控制技术等,是信息技术课程和相关科技活动的良好载体。智能机器人是信息技术教学的最佳载体,为实施探究性学习,培养学生的创新精神和实践能力提供了良好的平台和发展空间。

(2)智能机器人实验室应用研究

目前,长春市中小学机器人实验室所采用的设备分为教学用机器人和比赛用机器人。教学用机器人,使学生掌握单片机和机械传动的基本知识,能设计与制作由单片机和传动机械等组成的简易自动控制机器或简单的自动控制系统。课程设置一般分为初级、中级、高级三个阶段。长春市教育局从2010年起,在全市几个区选择一些小学建起了智能机器人实验室,并装备了机器人设备,学校利用科技活动时间对学生进行机器人的搭建、组装培训。囿于小学生的认知水平,长春市目前开展的机器人教育仅限于搭建。这种机器人配备标准只适用于学生进行简单的操作,可以参加一些创意比赛,但不能参加更多的比赛项目。教学用智能机器人还包括虚拟机器人,虚拟机器人是打破传统教育模式的教育平台,它集虚拟机器人运行平台、机器人程序编辑平台于一身,兼顾不同水平层次的需求。用户通过机器人控制接口控制机器人的动作,将编写好程序的机器人放到赛场上和其他用户的机器人同台竞技,在比赛的过程中感受学习带来的快乐,并且在玩的过程中不断学习程序设计和机器人策略算法,在玩—学习—玩—学习的循环过程中不断提高自己的素养。

比赛用机器人包括各种大赛允许参加的厂家设计的机器人配件。吉林省每年都举办全省青少年机器人大赛,大赛中成绩优秀的队伍会推荐参加全国青少年机器人大赛。长春市每年都有队伍参赛,而且占吉林省参赛人数的40%以上。东北师大附中初中部、高中部,长春市第二实验中学,东北师大附属中学、第二附属小学,长春十一高中以及汽车区多所学校在全国青少年机器人竞赛中都取得过很好的成绩。对虚拟机器人比赛,我们主要组织了NOC大赛,长春市在历届大赛中成绩斐然。

三、结束语

机器人实验室范文第5篇

参考文献:

[1]李鸣华.机器人教育的教学设计[J].中国电化教育,2007,(247).

[2]盘宁,黄桂标.把实验室建设成为创新教育的重要基地[J].广东工业大学学报(社会科学版),2007,(7).

[3],张剑平.美国机器人教育的特点及其启示[J].现代教育技术,2007,17(7).

[4]张云洲,吴成东等.基于机器人竞赛的大学生创新素质培养与实践[J].电气电子教学学报,2007,29(1).

[5]王海珍.创新教育与当代高等教育[J].高等理科教育,2002,(5).

[6]梁上燕,孙建安.对高校传统实验教学模式的反思[J].西北成人教育学报,2007,(4).

[7]杨彬.智能机器人课程是素质教育的新载体[J].中国职业技术教育,2007,(278).

机器人实验室范文第6篇

喷气动力实验室在美国加利福尼亚州帕萨迪纳市有一个占地177英亩的园区,实验室设计的机器人已经登上了月球,发现了火星上曾经有水存在(这是任何生命形式的必要前提),并且获得了火星的表面样本。这些自动机器人对于喷气动力实验室的种种使命而言往往至关重要,它们平均的开发周期是五年,费用在25亿美元到10亿美元之间。它们能攀爬到悬崖之下,以调查星球的地层或者探测大气中的辐射量。它们懂得如何避开岩石和洞穴,以及如何给空间站更换螺丝。它们还能忍受住极端气温的考验,以及来自尘埃恶魔的凌厉劲风――火星上到处都有微型龙卷风。

“喷气动力实验室所设计的很多东西都史无前例。”机器人硬件系统小组总监艾伦・斯洛塔(Alien Sirota)说。该小组由20人组成,是喷气动力实验室旗下5000名工程师和科学家的一个分组。“一切都是新领域,有时你甚至不知道具体的技术是什么或者问题将会是什么。这正是我们的工作令人兴奋之所在。”

喷气动力实验室的下一个使命,是在2011年推出火星科学实验室(MSL)。这是一个9英尺长、1,875磅重的机器人,主要由铝制成,并以一个核发电机提供动力。它将装配有10种仪器,任务包括调查水圈,评估气候,以及收集岩石样本,这些岩石将被粉碎后分配到这个漫游者的多个测试间之中。

虽然喷气动力实验室的一些使命有些神秘――我们真的需要知道火星上有多少种有机碳化合物吗?―但他们用以制造机器人的技术却能转化为现实的用途。一个探测移动目标的侦察机器人可以成为一种强大的军事工具,例如在步兵进入一个房间之前先由其探测里面有没有敌人,或者通过卫星向基站营地传送信息。下面所列的机器人还可以帮助公司开发矿场或加速采掘过程。不过,尽管这些多才多艺的机器人能独立完成很多事情,但如果没有设计它们的这些工程师,它们就不会出现。

AXEL

这个漫游者对付陡峭的地势很有一套,能够攀爬到悬崖之下和探测深坑。在地球上,它甚至能帮助进行搜救活动。

火星漫游者(Mars Rover)

六年前推出以来,两款这种漫游者――Spirit和Opportunity――一直在分析火星上是否有水存在的历史。它们已经探测了13英里,并收集了约25万幅图像。

跳跃者(Hopper)

这种有六条腿的跳跃精灵最初的设计目的是用来探测月球等低重力地方的。利用弹簧腿,它能够垂直跳跃35厘米,并以60度角跳跃。

索杰纳(Sojourner)

这款六轮火星漫游者以民权斗士索杰纳-特鲁斯(SojournerTruth)的名字命名,1997年从火星表面传回大量数据,包括550幅图像及对土壤和岩石的化学分析资料。

火星科学实验室(MSL)

计划于2011年秋季推出,它将评估火星是否曾经――或者仍然――适合居住,MSL装配有十种仪器,将能够工作至少一个完整的火星年,即687个地球日。

攀岩者(Cliffbot)

这个四轮漫游者的样品拥有手臂甚至关节,以帮助它攀爬高达85度的陡坡。它利用从两个锚定机器人(anchorbots)各自的“手”中伸出的辫状绳索攀爬悬崖。

狐猴(LEMUR)

它的名字反映了美国航天航空局对首字母缩略语的钟爱。LEMUR代表“以肢爬行机械功能机器人”(Iimbed ex-cursion mechanical utiliy robot),不过它被称为“宇航员的宠物猴”,主要任务是检查和修理太空设施。

菲多(FIDO)

机器人实验室范文第7篇

关键词:实践教学;创新能力;机器人大赛

作者简介:胡发焕(1974-),男,江西吉安人,江西理工大学机电工程学院,讲师;刘祚时(1963-),男,江西吉安人,江西理工大学机电工程学院,教授。(江西 赣州 341000)

基金项目:本文系江西省高校教育教学改革研究项目(项目编号:JXJG-10-6-39)的研究成果。

中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)28-0053-02

随着我国素质教育的推进及社会对大学生实践和创新能力要求的提高,如何培养大学生的创新意识和创新能力已成为各高校关注的重点。2005年我国正式提出建设创新型国家的战略思路,为适应这一战略决策,我国必须大力推进素质教育。我国高校素质教育的重点是培养大学生的创新意识和实践能力。教育部《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》文件明确指出高校要进一步加强实践教学,注重学生创新意识和实践能力的培养。[1]因此,培养学生的实践能力和创新能力,培养出具有创新能力的人才成已为我国高等教育面临的重大课题。

一、我国高校在培养大学生实践创新能力方面的现状和存在的主要问题

目前,我国很多高校对创新型人才的培养模式进行了有益的研究和探索,并取得一定的成绩。如西安交通大学在强调实践能力的基础上对学生创新能力培养方面实行“2+4+X”的培养模式。即根据人才培养的不同阶段分为“综合基础”、“实践能力”、“创新研究”三个阶段,为学生实践与创新能力的培养提供了一个良好的实践平台和支撑环境。哈尔滨工程大学的坚持“三个有利于”体现“四个特点”、突出“六个结合”。[2]可以看出,虽然各高校在培养学生的实践和创新能力方面所采取的措施有所不同,但都在探索的道路上迈出坚实的步伐,而且取得了一定的成绩。

我国高校在推行素质教育和创新型人才培养等方面虽取得一定的成绩,但还存在不少问题。

1.学生自身因素方面

一是学生崇尚创新,思维活跃,但缺乏创新思维的方式。二是学生有创新灵感,但缺少创新技能,使得创新灵感只是昙花一现,不能成为现实。三是有创新的兴趣和热情,但缺乏恒心和毅力。在现实中做任何工作尤其是创新工作,没有恒心和毅力是不会有成果的,现在大学生中独生子女的比重越来越大,他们缺乏前一辈的吃苦精神,使得缺乏恒心和毅力的现象更为突出。

2.学校因素方面

一是注重知识传授,而轻视能力培养。二是实践创新活动的平台不够完善,学生的参与率低。三是学校建设学生实践创新平台的资金投入还不够,缺乏课外实践的场所和仪器设备。同时,指导教师的课外指导教育体系还不健全。要从学生和学校两个方面着手提高学生的实践创新能力。

二、机器人大赛在培养实践创新型人才中的作用

机器人大赛作为高技术对抗赛,是多学科、多专业知识的综合。同时,机器人大赛作为一种高科技创新活动,也是培养大学生实践创新能力的良好平台。

它是培养大学生理论和实践相结合的良好平台。设计、制作机器人就是理论知识和实践的高度结合。

它可以培养大学生的创新能力和创新意识。学生参加机器人大赛的过程是学生针对实际情况不断发现问题、分析问题、解决问题的过程。通过这个过程,学生的实践能力和创新意识都得到了提高。

它可以培养学生的团队合作能力与吃苦精神。设计制作一整的机器人需要同学间的相互合作,通过机器人大赛可以提高学生的合作精神和合作能力。设计制作机器人需要占用大量的课余时间,关键时刻甚至要熬夜赶时间,这就培养了学生吃苦耐劳的精神。在当今很多学生是独生子女的情况下,培养学生的合作能力和吃苦耐劳精神显得尤为重要。

三、国内主要机器人大赛简介

目前在全国高校间举办的机器人大赛有很多,就其影响和规模而言,主要有两个大赛,即亚太大学生机器人大赛(ABU RoboCon)和中国机器人大赛暨RoBoCup公开赛。

1.亚太大学生机器人大赛(ABU RoboCon)简介

“亚太大学生机器人大赛”是一项国际性的大学生机器人大赛。[3]在我国是由中央电视台主办、科技部高新技术发展及产业化司、国家863计划机器人主题、中国自动化学会机器人竞赛工作委员会协办,并邀请国家“十五”863计划机器人主题专家组及中国自动化学会机器人竞赛委员会的专家成立了评审委员会。大赛以“让思维沸腾起来,让智慧行动起来”为宗旨,[4]以促进大学生的科技创新和机器人技术的发展为目的。该大赛先在国内进行选拔赛,冠军队则代表本国队参加国际赛,大赛每年举办一次,在国内外有很大的影响力。

2.中国机器人大赛暨RoBoCup公开赛

“中国机器人大赛暨RoBoCup公开赛”[5]是由中国自动化学会举办的具有很大影响力、具有很高权威的机器人技术大赛。该大赛的技术设计范围涉及电子信息、装备制造、传感与视觉、人工智能等前沿技术领域。比赛内容包括机器人基本技能比赛、机器人足球比赛、FLL机器人工程挑战赛等。

江西理工大学充分利用两个机器人大赛来培养学生的实践创新能力,构建了大学生实践创新能力培养平台,架起了理论与实践相结合的桥梁。

四、基于机器人大赛的实践创新能力培养平台的建设

要培养学生的实践创新能力就必须有个良好的培养平台。[6]江西理工大学以参加亚太大学生机器人大赛和中国机器人大赛为契机构建了大学生实践创新能力的培养平台:机器人实验室。它是一个培养大学生实践创新能力的实践基地。

1.实践创新能力培养平台的构建

为优化学生的专业知识结构,使学生的实践能力和创新能力有质的提高,2003年江西理工大学在广泛调研的基础上责成机电工程学院创建一个创新能力培养基地:机器人实验室。其目的是以实验室为载体,以参加机器人大赛为契机,实现在培养学生实践能力和创新能力上新的突破。实验基地按功能模块化的方式进行组建,其功能模块如图1所示。创新培养基地是以开放性实验室的方式进行管理,它是一个为学生和老师提供不同层次、不同专业的创新活动和科研活动平台。

(1)以“机械创新平台”为主体,为机械类学生提供实践创新条件,使学生能从低年级就开始参与较简单实践活动,并随着所学专业知识增长,其实践创新活动的难度和知识含量也相应提高。通过这个平台培养学生理论联系实际的能力、设计能力和创新能力。

(2)以“电子设计平台”为主体,主要为自动化控制和机械电子类专业的学生提供实践创新条件。该平台以低年级的电子设计基础训练为起点,通过设计各种应用控制电路、电子作品制作比赛来实现其实践能力的提高。在学生有一定的基础之后,学生可以进行更高层次的研究,如机器人的运动路径控制算法编程、机器视觉导航算法等。这主要是高年级的本科生和研究生进行的内容。

(3)以“机器人实践平台”为主体,则是以前2个平台为基础进行综合知识的运用。学生在具有一定的基础之后依据机器人的功能和要求进行机器人的设计、制作,在机器人的设计过程中也按照从简单到复杂的过程。机器人实践创新基地不仅是培养本科生的良好平台,同时也是为学科建设、教师科研、研究生教育提供实验和实践条件。

2.实践创新能力培养平台的课程体系

为了把培养平台建设好,满足各年级学生对电子电路、控制理论、机构设计等专业知识的理解和学习,创新培养平台在教学方式上也有别于传统的实验课程教学,采取“感受式教学”。“感受式教学”是根据课程的具体情况分别采取理论教学和平台教学。理论教学是以理论知识的教学为主,平台教学则是以学生为主角,在老师的指导下学生自己理解、设计和验证课程的主要知识点。其优点是可使学生感性地体验到各机械机构的设计和组装、各种控制电路、各种控制算法效果的验证和比较等。通过这种方式可加深学生对相关专业知识的理解及应用。“感受式教学”所开设的主要课程如表1所示。

3.实行开放性实验室管理模式,为学生的实践创新活动提供最大的时间和空间

为更好地培养学生的实践和创新能力,江西理工大学的实践创新能力培养平台实行开放性实验室管理方式。开放性实验室相比传统法教学实验的优势有:

(1)为学生提供独立操作、独立设计和独立思考的场所,可以培养学生的能动性、主动性和创造性,学生在实践中发现并解决问题,形成自己的观点和见解,这对培养学生的创新能力非常重要。

(2)为学生提供一个良好的学习平台。开放性实验室与正常教学的实验室不同,学生随时(包括假期)可以进入实验室进行实践活动,不受时间的限制。开放性实验室是一个良好的实践和研究场所。

(3)学生利用课外时间进行实践创新时,很多作品都是一个小组共同完成的。在这过程中需要学生的共同合作,这有利于培养学生的分工与合作的团队精神,也形成了学长带学弟的良好风气。同时开放性实验室的管理模式需要学生主动参与实验室的管理,逐渐培养了学生的主动意识,而团队合作精神和主动意思的培养对学生以后的成长是非常重要的。

4.调动指导教师队伍,积极参加科技创新活动和教学改革

要培养学生的实践和创新能力,离不开教师的参与,为把培养平台建设好,机电学院聘请技术扎实、知识丰富的教师为指导老师,同时为了教师队伍的梯队建设,还聘请参加工作不久的教师为指导老师,形成老教师带新教师的良好风气。

五、结束语

江西理工大学机器人实验室是一个学生实践能力和创新能力培养基地。培养基地以参加机器人大赛为契机,利用开放性实验室管理的特点,采取“感受式教学”的教学模式,进行了创新实践教学体系的探索与实践,使学生的实验教学从“示范性”、“验证性”向“设计性”“综合性”转变,培养了学生的实践能力、研究能力和解决问题的能力。在此基础上,学生的创新能力明显提高。经过多年的努力,培养平台在培养大批学生的同时也锻炼出一支实力扎实的教师团队,组建了大学生科技创新指导小组。培养平台对创新型实践教学体系建设进行了有益的探索与研究,并取得了一定的成绩。

参考文献:

[1]张婕,张钟彦.开放式实验教学模式[J].实验室研究与探索,2008,27(9):136-137.

[2]任喜峰.创新人才培养的探索与实践[J].中国高教研究,2007,(7):79-80.

[3]肖爱平,田野,等.以竞赛的形式培养大学生自主创新和工程实践的能力[J].中国林业教育,2009,27(6):86-87.

[4]王立权.机器人创新设计与制作[M].北京:清华大学出版社,2007.

[5]张苓.足球机器人功能系统实验平台的构建[J].实验室研究与探索,2009,28(3):35-38.

机器人实验室范文第8篇

依托学校控制技术与工程实验室建设和机器人技术创新实践基地建设,我校以自研自制或自研定制的方式成功地将足球机器人和救援机器人研究成果转化为高质量的实验/实践教学资源,直接服务于综合设计课程、学员本科毕业设计、参加机器人学科竞赛等教学工作,有力地支撑了创新人才培养。

1.1足球机器人成果转化为哨兵机器人和创意机器人组合实验平台

笔者所在的课题组在学校和学院的大力支持下,依托国家自然科学基金和国家863计划项目,多年来一直从事足球机器人相关技术的研究工作,自主研制了具有完全自主知识产权的多移动机器人平台,并依托这一平台,在机器人运动控制、多机器人协同控制、机器人视觉等方面做了大量的研究工作,在IEEETRO、PatternRecog-nition、自动化学报、IEEEICRA、IFACWC等国内外期刊会议上70余篇,并代表学校参加国际国内Rob-oCup机器人足球比赛,取得了优异的成绩。依托学校控制技术与工程实验室建设,课题组将该科研成果建设为哨兵机器人和创意机器人组合实验平台,如图1所示。课题组已将这两类机器人实验平台连续两年应用于自动化专业大四学员的自动化系统综合设计课程,开设了基于对管的全向移动机器人巡线、基于视觉的全向移动机器人巡线、基于超声传感器的全向移动机器人走迷宫/避障、基于红外传感器的全向移动机器人走迷宫/避障、基于视觉的全向移动机器人目标跟踪、基于Simulink的全向移动机器人轨迹跟踪控制系统仿真、全向移动机器人简单编队的设计与实现、基于Mean-shift的全向移动机器人目标跟踪控制算法设计与实现、基于全向视觉的彩色目标识别与跟踪控制算法设计与实现、四轮全向移动机器人轨迹跟踪控制算法设计与实现、关键设施无人值守和巡视实验等十余项综合性实验项目。通过该设计课程,学员对智能机器人系统的相关关键技术有了一定程度的了解,基本掌握了机器人控制系统的原理和初步设计方法。此外,课题组还将实验平台用于支撑技术类学员的本科毕业设计,开设了基于无线网络的机器人遥控及图像采集传输、基于视觉的全向移动机器人目标跟踪的方法研究、基于Simulink的全向移动机器人轨迹跟踪控制系统仿真等课题,取得了很好的成效。

1.2救援机器人成果转化为单兵侦察机器人实验平台

笔者所在的课题组依托军队科研项目,自主研制了三代履带式小型救援移动机器人系统样机,在全地形通过能力的便携式移动平台设计、复杂未知环境探索、机器人同步定位与建图等方面开展了深入的研究工作,并于2007年至2011年连续5年蝉联中国机器人大赛救援机器人组比赛冠军。依托学校控制技术与工程实验室建设,课题组将该科研成果建设为单兵侦察机器人实验平台,如图2所示。目前,课题组主要将该实验平台用于支撑学员的课外创新设计和合训类学员本科毕业设计。以2013年春季学期本科毕业设计为例,课题组在单兵数字化系统专题中开设了单兵侦察机器人视频传输系统设计、单兵侦察机器人遥控系统设计等两个子课题,提高了学员综合运用所学知识解决实际问题的能力。

1.3相关研究成果为参加Robocon机器人电视大赛提供技术支持

学科竞赛是实践教学环节的重要组成部分,鼓励学生参加机器人竞赛对培养学生解决实际问题的能力、创新意识和团队协作精神具有极大的促进作用。我校机电工程与自动化学院自2002年以来一直坚持组织本科学员参加Robocon机器人电视大赛这一国内最高水平的本科生机器人学科竞赛。由于笔者所在课题组在直流电机控制驱动器设计、机器人运动平台设计、机器人运动控制、机器人视觉感知等方面有大量的研究成果,因此,课题组依托机器人技术创新实践基地建设,一直坚持将这些研究成果应用于指导本科学员研制和调试比赛机器人参加Robocon机器人电视大赛,并取得了突出的成效,为突破比赛机器人多项关键技术提供了大量技术支持,为我校代表队参加该项赛事获得优异成绩做出了一定的贡献(2011年和2012年均获得Robocon机器人电视大赛国内选拔赛的亚军、一等奖和最佳策略奖)。依托科研成果,课题组指导本科学员研制的部分比赛机器人子模块如图3所示。

2科研成果向教学资源转化需要注意的几个问题

笔者所在单位多年来一直坚持自研自制、自研定制和有针对性的采购三结合的本科教学实验室建设思路,依托控制科学与工程国家重点学科优势,努力推进高水平科研成果向优质教学资源的转化。在实施过程中,总结了以下几个需要注意的问题,供同行参考。

2.1依托高水平的企业,走产学研相结合、军民融合发展的道路

大学科研过程中取得的成果尤其是各种实际系统成果往往是样机系统,属于实验室产品,难以保证系统的充分可靠性。因此,需要依托高水平的企业,完善系统的工程细节,提高拟转化的实验平台的系统可靠性,以满足用于支撑大承训量的实践教学任务的需求。当然,如果相关科研成果,转化前应脱密处理,并依托具有保密资质的企业如军工企业完成转化。

2.2坚持自主创新

科学研究要坚持自主创新,科研成果向教学资源的转化也要坚持自主创新。为提高转化成效,大学要依托所掌握的核心技术,坚持对实验平台等实验/实践教学资源进行自主设计,确保技术先进性,以满足期望的建设需求,并在后续使用中能够不受制于人。当然,在转化过程中也一定要注意吸收企业在工程研发上的优势,提高实验平台的工程可靠性。

2.3注重相关教学资源的后续开发建设

要真正提高科研成果向教学资源转化的成效,还需要更加注重相关教学资源的后续开发建设,如开设实验项目、开放研究课题等。实验平台的设计、生产、采购建设仅仅是完成了转化的第一步工作。由科研成果转化来的实验平台等实践教学资源,往往具有相当的技术先进性,承担生产任务的企业难以进行后续开发;因此,教学资源的后续开发建设还需要依托完成科研成果的相关课题组来进行。但是该工作往往又不属于相关课题组的业务范畴,且他们本身已承担着繁重的教学科研任务;因此,如何鼓励和吸引相关课题组来参与教学资源的后续建设,是值得相关管理职能部门思考的问题。

机器人实验室范文第9篇

2020年以后的我是一位发明家,我发明了很多的东西,但是最值得我骄傲的是我发明的微型多功能机器人。它的功能很多,可以为病人治病,可以打扫卫生,还可以听懂各种语言……

有一次,我带多功能机器人去我的实验室,走在路上看见了一位得了重病的人,看当时的情形,如果不及时救治的话,就会失去生命,我赶紧拿出多功能机器人为他治病,只见多功能机器人轻轻地在他头上摸了几下,这个人的病就马上好了起来,原来啊,多功能机器人启动了他的完全康复系统,把病人体内病度全给杀死了。还有一次,因为上班走的太急了,实验室很乱,没来得及整理,可又怕很多的东西丢失了,于是我把多功能机器人留在实验室,给他输入来打扫整理这几个字,等我回来的时候。实验室焕然一新,这真是多亏了多功能机器人啊!

这就事2020年以后的我,为了我远大的理想,我要好好学习,将来成为一名真正的发明家。

机器人实验室范文第10篇

约翰今年60多岁了,是一家连锁酒店的老板。这会儿约翰见前不久买回来的机器人功能竟然如此强大,忍不住自我夸赞了一番。什么是成功的商人,花最少的钱创造出最大的收益,这就是成功的商人。

约翰越想越高兴,然后他忍不住跷着二郎腿哼起了小曲。这时,办公室的门被轻轻敲了两下,他的秘书安迪走了进来。

“老板,少爷打电话来了,你看……”安迪看着约翰的脸色,小心翼翼地开口了。

“那个臭小子打电话回来干什么?不会又是要钱吧?”约翰打断安迪的话反问了一句。

想到自己的儿子乔治,约翰就觉得心脏明显供血不足,连带着头也晕,眼也花。没错,他是被气的。乔治心心念念的就是实验!实验!实验!除了实验室需要金钱支持的时候会想到他这个爸爸,其他时候乔治压根就没想过自己的爸爸已经老得管理不了酒店了。

没等安迪说什么,约翰重重哼了一声,语气坚定地说:“安迪,告诉那个臭小子,乖乖回酒店来帮几个月的忙,否则一切都免谈。”

两个星期之后,乔治回到自己几年都没回来过的祖国。刚踏入酒店,约翰就直瞪着儿子,一脸恨铁不成钢的样子,说:“我供你读完了博士,结果你都三十好几了还留在国外,看看我买的这些机器人员工,你还不如它们呢。”

乔治望着父亲明显花白了的头发,羞愧地低下了头。他突然觉得自己很不孝,眼看着爸爸一天天衰老,他却还在迷恋着各种各样的实验研究。重新抬起头来的时候乔治作出了一个重大的决定,他决定留下来帮爸爸的忙,不回实验室了。

“爸爸,这些机器人很贵吧?”乔治笑着问约翰,他一眼就看出酒店买来的机器人是目前市场上最先进、最智能的。

约翰伸出一根手指,得意地晃了晃:“哈哈,儿子,说到这些机器人我是真的高兴。这些机器人一共才花了我一万美元,怎么样,便宜吧?”

乔治吃惊地看了看约翰,又看了看那些正忙着工作的机器人,几十个机器人才一万美元。这怎么可能?!他不可置信地摇了摇头。

约翰看到儿子吃惊的模样,兴致勃勃地补充道:“这些机器人还很人性化呢,会微笑,会清理垃圾,还会主动帮助别人呢。”

乔治听完约翰的话以后彻底惊呆了,没有人比他更清楚这些机器人的造价。这世上会有人睁着眼睛做亏本的生意吗?他摇了摇头,看看他爸爸约翰就知道根本就没这种可能。

他有些担心地对约翰说:“哦,是吗?可究竟是为什么呢?”

“什么为什么,是因为老爸的眼光好呗。”约翰说完这一句就出去办事了。

乔治目送着爸爸乘坐的车子驶离酒店,立刻把安迪叫到了办公室询问机器人的事情,安迪把自己了解的情况原原本本地告诉了他。等到安迪离开后,乔治一个人陷入沉思之中。

银行家杰克投资了一家新公司生产机器人,这些机器人智能先进,还用亏本的价钱卖出,乔治百思不得其解。

既然想不通,那就动手找答案吧!乔治在心里默念了一句。接着他从口袋里拿出来一个手机模样的东西,一番拆开又拼装,一台功能强大的电脑就出现在了他的办公桌上。乔治先是在键盘上敲击了几条指令,然后输入了银行家杰克的名字,但是并没有发现什么异样。他又输入了杰克公司副总裁的名字,然后看到了一个无比熟悉的人――皮特。

他无比震惊地看着皮特贴在杰克公司内部网站上的照片,眼前的这张脸他太熟悉了,皮特原来是他实验室的合作伙伴,但因为窃取实验室的一个机密文件被开除了,乔治对这个人从来都没什么好印象。

乔治盯着电脑屏幕思索良久,手指在桌面上有节奏地敲击着,杰克和皮特这是要做什么?会不会有什么阴谋?他的眉头越皱越深。但干坐着也不是办法,所以他决定出去走走。

漫步在繁华的A市街头,乔治明显有些心不在焉。路过一个路口时,乔治走进了一家小便利店买口香糖,愕然发现这里唯一的店员竟然也是机器人。

迈着沉重的脚步走出便利店,乔治抬起头望了望灰蒙蒙的天空。既然杰克公司的机器人已经渗透到了A市的每个地方,那么他们肯定快有所行动了,一定要尽快弄清楚杰克和皮特的计划。

回到酒店,乔治把一个机器人带进办公室,然后伸出手指在机器人后背上摁了一下。看到机器人闭上眼睛进入休眠模式,他脸上不禁露出来一个满意的微笑。看来皮特多年来的习惯并没有改变,还是把机器人的中枢系统放在后背。他马上从黑色的行李箱里取出来一个红色的小盒子,又拿出数据线连到机器人身上,最后用数据线连上了他的超级电脑。

看着电脑屏幕上不断闪烁变换着的数据,乔治脸上的神色越来越凝重。没想到他们居然打起了这种主意,先是利用人们爱贪小便宜的心理把机器人低价卖到顾客家里,然后在5月28日这一天给机器人下达指令打晕主人,攻占A市。

乔治绷着脸修改了机器人的中枢系统程序,并且通过技术手段追踪到了这批机器人的远程控制系统。他打算入侵皮特的远程控制系统篡改杰克他们行动当天发给机器人的指令,至于这些机器人,他决定从对方公司的内部数据库里窃取一个维修工程师的身份出来,然后修改机器人的中枢系统。

这是一项耗时又费力的大工程,而一个人的能力有限,所以当天晚上乔治敲开了A市市长家的门。在乔治说明来意之后,市长马上同意给予乔治帮助。有了市政府调配来的人员支持,乔治的工作进展得非常顺利,居然没用多长时间就完成了机器人的改造。

5月28日这一天,杰克和皮特一大早就去了他们的秘密基地。皮特通过电脑指令的时候,敲击键盘的手颤抖得不成样子。一想到他们疯狂的计划就要实现了,他就抑制不住内心的激动。

杰克更是如此,过了今天A市所有的一切都是他们的了,他会成为整个世界最富有的人。“哈哈哈!”他开始疯狂地大笑起来。

杰克和皮特在秘密基地里度日如年地等了两个小时之后,嚣张地走上了大街。然后,他们看到了让人目瞪口呆的情景:A市所有的机器人都在跳舞,而他们期待中的机器人控制全城的场面并没有出现。

这是怎么回事呢?杰克和皮特脸上的神色由震惊错愕转为不可置信,然后两人面面相觑地互相看了一眼。

这时,市长先生和乔治突然走了过来。乔治笑嘻嘻地说:“亲爱的皮特,好久不见了。不过我想会更长时间看不到你,或许是50年,或许是一辈子。”

杰克和皮特顿时瘫倒在了地上,看到乔治他们就明白一切全完了。

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