地方本科院校機器人實驗室建設方案初探

唐宏偉 林立 石書琪

摘 要：機器人是多學科、交叉學科的綜合體，根據國內機器人人才缺口現狀提出了地方本科院校建設機器人實驗室建設的方案，對建設目的和管理體制、機器人實驗室教學模式、實驗教師隊伍建設提供了較為詳細的思路，對于工科領域的自動化、機械設計與制造等相關專業(yè)的教師和學生提供了最佳的教學研究和學習平臺，可以讓相關專業(yè)學生在專業(yè)課程學習的基礎上，將理論應用于實踐中，提高學習的創(chuàng)新能力和實踐動手能力，為應用型人才的培養(yǎng)提供有力支撐。

關鍵詞：機器人；實驗室建設；自動化；創(chuàng)新能力；應用型人才

隨著近二十年科技的發(fā)展，機器人技術也得到了長足的進步，已經越來越完善，并在自動化、汽車、電子等工業(yè)領域已得到廣泛的應用，目前正向危險環(huán)境作業(yè)、助老助殘等服務領域和教育科研院所發(fā)展，并逐漸形成一個新興的陽光產業(yè)。機器人正逐漸成為一種新型勞動力，我國正在進行的產業(yè)結構調整已經有城市提出機器替代人的口號，制造業(yè)等原來以人為主的勞動密集型生產模式正向以機器人為主的生產模式轉變。機器人用于生產正向高效率和低成本轉變，并逐漸被廣大生產企業(yè)接受。

過去我國機器人主要以科學研究為主，研究工作的開展也主要集中在國內一些知名科研院所，目前嚴重短缺工業(yè)現場操作機器人和維護機器人的人才，這已經成為制約機器人應用和推廣的瓶頸問題之一，培養(yǎng)機器人方面的人才對地方本科院校是一次機遇并為轉型為應用技術型高校提供有力支撐。建設一個以應用為主科研為輔的機器人實驗室，為學生進行創(chuàng)新思維訓練、創(chuàng)新技能訓練、工程實踐訓練提供理想的平臺，具有重要的意義，如何組建機器人實驗室值得深入探討。[1]

一、機器人實驗室建設目的和管理體制

邵陽學院是以理工科為主的地方本科院校，目前已開設自動化、電氣工程及其自動化、測控技術與儀器、機械制造及其自動化、電子信息工程等多個與機器人技術相關的專業(yè)，建設機器人實驗室能滿足相關專業(yè)學生對機器人學、智能控制技術、電機控制與變頻技術、機械結構、導航技術、信號分析與處理等軟硬件系統(tǒng)基礎知識的學習和實踐，進一步提高學生的創(chuàng)新意識和動手能力。

實驗室的建設依托電氣工程系和機械與能源工程系，實施校教務處和電氣工程系的雙重管理，實行實驗室主任負責制。由電氣工程系和機械與能源工程系負責機器人實驗室的教學工作。

電氣工程系現在電工電子實驗室、電機與控制實驗室、EDA實驗室、單片機實驗室、計算機控制技術實驗室、過程控制實驗室，這些實驗室為相關專業(yè)學生對專業(yè)基礎課、專業(yè)課方面的實踐能力培養(yǎng)提供了良好的實驗條件。

二、機器人實驗室教學模式

為了實現機器人教學和研究以及機器人用于工業(yè)和服務業(yè)的應用背景，實驗室以工業(yè)和智能移動機器人為載體，主要研究機器人運動學和動力學、機器人結構、機器視覺、機器人伺服控制、運動規(guī)劃等問題及相關應用。實驗室是工程訓練、科學研究的平臺，可以進行有關機器人的科研及工程訓練。

機器人實驗室建設首先開展ubuntu（ROS）和Android系統(tǒng)的學習與研究，重點掌握DSP和FPGA芯片及其應用，機器人的開發(fā)流程和控制理論也是機器人技術的基本功；其次研究現有各種機器人的安裝方法、信號采集過程、編程和控制方法以及通訊模式等，掌握機器人設計的整體思路，學會對機器人的操作；最后通過對已有機器人進行改造和挖掘，利用機器人開發(fā)系統(tǒng)和仿真軟件學習二次編程設計實現設計所需要的功能。教師在實驗室積極指導學生設計簡易機器人的方案、并考慮機器人在工程設計與安裝上的工藝問題、選擇合適的控制方法、實現編程和運行調試，掌握一些簡易機器人的制作和控制，使老師和學生全面進行工業(yè)機器人的研究、開發(fā)、制造及應用。

同時也可以作為教師的科研平臺，利用機器人實驗室的資源可以開展相關的科學研究工作，主要研究內容包括：實現機器人的二次開發(fā)，研究機器人的運動控制，目前移動機器人視覺導航、避障，路徑規(guī)劃和機器人多關節(jié)控制等是研究的重點領域，基于視覺的機器人控制：包括物體識別、抓取、搬運、碼垛等操作是智能工廠里機器人作為工作需要掌握的基本技術。教師積極投入到科研中去，同時以教師科研水平的提高帶動學生實踐能力的提高。[1]

機器人實驗室也是學生課程設計和畢業(yè)設計等實踐教學的自主創(chuàng)新平臺，學生在掌握機器人相關知識后，可以在機器人平臺上開展畢業(yè)設計，提高學生的實踐動手能力，機器人創(chuàng)新人才已經受到用人單位越來越多的重視。

三、實驗教師隊伍建設

以提高實踐教學質量為主要目的，通過教學與科研相結合，建設一支業(yè)務水平過硬，素質高的教學科研型教師梯隊。從電氣工程系和機械與能源工程系選拔相關專業(yè)的優(yōu)秀教師組成實驗室人員，通過“派出學習、請進指導”的方式有計劃有目的培養(yǎng)出高水平、高學歷的骨干實驗教師隊伍；建立健全實驗室人才管理、選拔和培養(yǎng)體制，師資隊伍建設做到規(guī)范化、系統(tǒng)化；明確實驗教師的崗位職責，培養(yǎng)雙師型教師隊伍。邀請國內外有關專家及廠商技術人員開辦短期培訓班，提高實驗教師的實驗技能。[2]

國家提出讓一部分本科院校轉型為應用技術型大學，這是對地方本科院發(fā)展的一次機遇，機器人實驗室的建設將積極為學校轉型提供有力的支持，地方本科院校建設機器人實驗室將瞄準工業(yè)4.0的發(fā)展機遇，著眼于未來對機器人實踐人才的需求，為學校在教學水平與師資能力的提高邁出堅實的步伐，大幅度提升學校的核心競爭力，對學校的教學科研人才建設、學生的就業(yè)以及學生創(chuàng)新能力和實踐動手能力的培養(yǎng)都具有重要的意義。

參考文獻：

[1]李國棟，吳春富，謝煌生，等.應用型本科院校機器人實驗室建設方案研究[J].龍巖學院學報，2015，32（2）：115-118.

[2]陳永軍，王忠昌，毛玉蓉，等.電工電子實驗教學中心機器人創(chuàng)新基地的建設[J].中國現代教育裝備，2008，（12）：70-72.

（作者單位：邵陽學院電氣工程系）