高職機(jī)電類專業(yè)綜合實(shí)踐課程改進(jìn)探索

朱斌彬

摘 要：隨著社會的發(fā)展，新的制造技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但是在學(xué)校實(shí)踐教學(xué)中，仍然沿用傳統(tǒng)的項(xiàng)目進(jìn)行教學(xué)，不利于學(xué)生對新技術(shù)的了解和掌握，同時(shí)，長期不變的項(xiàng)目會使學(xué)生實(shí)踐興趣降低，為了改善這一現(xiàn)狀，探索了一種制作六足機(jī)器人的項(xiàng)目，為實(shí)踐項(xiàng)目的改進(jìn)提供參考。

關(guān)鍵詞：高職機(jī)電;實(shí)踐課程改進(jìn);仿生六足機(jī)器人

1研究目的

近年來，新的工業(yè)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，例如3D打印技術(shù)、運(yùn)動控制方法等，這些新技術(shù)已經(jīng)在很多高新技術(shù)公司中應(yīng)用，同時(shí)對掌握新技術(shù)人才的需求逐漸增加;另一方面，學(xué)校的實(shí)踐課程近年來變動較小，仍然以傳統(tǒng)的加工（數(shù)控車、數(shù)控銑等）和電氣元件的焊接為主，學(xué)生對實(shí)踐操作課的興趣降低，同時(shí)學(xué)生對新技術(shù)的接觸較少，不利于畢業(yè)后的實(shí)習(xí)和工作，針對這一現(xiàn)狀，以六足機(jī)器人的制作項(xiàng)目為基礎(chǔ)，仿照企業(yè)產(chǎn)品的制作流程，從前期的調(diào)研和資料收集到樣機(jī)設(shè)計(jì)、加工，到最后的調(diào)試貫穿于整個(gè)項(xiàng)目當(dāng)中，讓學(xué)生體會整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程。將整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行模塊化分解，整體分解機(jī)械和控制兩部分，控制部分又分解為硬件和軟件兩部分，組織學(xué)生分組，每組學(xué)生中包含機(jī)械擔(dān)當(dāng)、硬件擔(dān)當(dāng)和軟件擔(dān)當(dāng)?shù)葞讉€(gè)角色，這樣時(shí)學(xué)生合作完成整個(gè)項(xiàng)目，而且在項(xiàng)目實(shí)施中讓同學(xué)們體會到了合作的重要性。

2項(xiàng)目實(shí)施

2.1前期的調(diào)研和資料的查找

學(xué)生通過圖書館、互聯(lián)網(wǎng)等多種途徑查找資料，了解六足機(jī)器人的研究現(xiàn)狀，工作原理和常用的控制方法，與《文獻(xiàn)檢索》課程相結(jié)合，檢驗(yàn)學(xué)生對專業(yè)數(shù)據(jù)庫（中國知網(wǎng)、萬方等）的使用能力，鍛煉學(xué)生對資料的收集和匯總能力。

2.2機(jī)械模塊的設(shè)計(jì)和制作

每個(gè)小組的機(jī)械擔(dān)當(dāng)對六足機(jī)器人的機(jī)械部分負(fù)主要責(zé)任，機(jī)械擔(dān)當(dāng)主要來自于機(jī)械制造及其自動化、數(shù)控技術(shù)和機(jī)電一體化專業(yè)的學(xué)生，根據(jù)前期搜集的資料和老師的指導(dǎo)繪制六足機(jī)器人的三維模型，主要考察學(xué)生對三維設(shè)計(jì)軟件（SolidWorks、UG、pro-e等）的掌握能力和熟練程度，三維模型完成后，要進(jìn)行模型的優(yōu)化，對主要部件進(jìn)行受力分析和校核，對強(qiáng)度薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，由于高職類專業(yè)學(xué)生力學(xué)知識學(xué)習(xí)較少，這部分內(nèi)容主要由老師指導(dǎo)完成。三維模型確定以后要進(jìn)行二維工程圖的繪制，主要考察學(xué)生大一學(xué)年《機(jī)械制圖與CAD》的知識，涉及零件的表達(dá)方法、尺寸的標(biāo)注等等。這部分內(nèi)容細(xì)節(jié)比較多，圖紙的小錯(cuò)誤也比較多，需要老師耐心的指導(dǎo)，同時(shí)學(xué)生也可以從錯(cuò)誤中不斷改善。零件的圖紙完成以后，選擇采用3D打印的方式對零件進(jìn)行加工，3D打印對于小批量零件的生產(chǎn)非常有優(yōu)勢，在實(shí)施過程中也引起了學(xué)生的興趣和完成后的成就感。加工完成以后進(jìn)行機(jī)械部分的組裝。整個(gè)機(jī)械模塊將《機(jī)械制圖與CAD》、《三維建模》、《機(jī)械制造基礎(chǔ)》和《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》等課程進(jìn)行串聯(lián)，是學(xué)生對專業(yè)課知識進(jìn)行回顧和進(jìn)一步的理解。

2.3控制模塊的制作

控制模塊分為硬件和軟件兩部分，由硬件擔(dān)當(dāng)和控制擔(dān)當(dāng)負(fù)責(zé)，學(xué)生主要來自于電氣工程、自動化、機(jī)電維修等專業(yè)。

硬件部分主要包含控制電路板的選型、驅(qū)動電機(jī)的選型、電源的選型等，在實(shí)施過程中學(xué)生要會識讀控制電路板的原理圖和接線端子等，要分析驅(qū)動需求（18個(gè)舵機(jī)需要18路PWM信號）和人機(jī)交互需求（遙控器的接口，手機(jī)控制藍(lán)牙的接口），同時(shí)進(jìn)行驅(qū)動原件的選型，要熟悉常用的伺服電機(jī)特點(diǎn)（步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、舵機(jī)等），并能夠進(jìn)行功率的計(jì)算，根據(jù)功率選擇具體的驅(qū)動原件型號，進(jìn)一步進(jìn)行電源的選型。硬件部分主要考察《電工技術(shù)基礎(chǔ)》、《模擬電路和數(shù)字電路》等課程。

軟件部分主要進(jìn)行控制程序的編寫，學(xué)生要根據(jù)機(jī)器人的行走步態(tài)確定控制邏輯，完成控制流程圖的繪制，根據(jù)硬件電路板編寫詳細(xì)控制程序，軟件部分主要考察《C語言編程》、《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》、《PLC應(yīng)用技術(shù)》等課程。程序的編寫是一個(gè)難點(diǎn)，在編寫過程中會出現(xiàn)各種各樣錯(cuò)誤，在指導(dǎo)課程的過程中要本著鼓勵(lì)的原則，耐心的幫同學(xué)們解決問題。

2.4整機(jī)調(diào)試

機(jī)器人是一個(gè)機(jī)電結(jié)合的復(fù)雜系統(tǒng)，完成一個(gè)機(jī)器人的制作并正常運(yùn)行并非一件簡單的事情，在機(jī)械模塊和控制模塊完成以后要進(jìn)行最終的整機(jī)調(diào)試，調(diào)試過程中會出現(xiàn)各種各樣的問題，例如機(jī)械部分常見的連接件松動、硬件電路板的虛焊等等，在調(diào)試的過程中指導(dǎo)教師要鼓勵(lì)學(xué)生主動解決問題，同時(shí)在學(xué)生解決不了時(shí)給與幫助。

3總結(jié)

在六足機(jī)器人項(xiàng)目綜合實(shí)踐課中，需要組織各個(gè)專業(yè)的學(xué)生組成合作小組，在教學(xué)組織的過程中存在一定困難，同時(shí)仿生六足機(jī)器人項(xiàng)目與以前傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目相比難度加大很多，很多同學(xué)不適應(yīng)，完成率有所下降，相信隨著對項(xiàng)目的熟悉程度的增加，完成率會逐步提高。同時(shí)積極方面，大部分同學(xué)都對六足機(jī)器人的制作具有極大的興趣，操作積極性明顯提高，采用小組合作的方式也促進(jìn)了同學(xué)們各個(gè)學(xué)科之間的交流，增強(qiáng)了合作意識。

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本文系山東商務(wù)職業(yè)學(xué)院院級課題“仿生六足機(jī)器人移動平臺”項(xiàng)目編號：2017SWZR09的研究成果