王文明 劉云梯 王春萌 彭鶴

摘要：為規(guī)范大學生科技創(chuàng)新過程，論文進行了基于實踐項目的科技創(chuàng)新方法探索。在科技創(chuàng)新過程中，給定一系列科技創(chuàng)新項目，以學生為主體，引導學生開展科技創(chuàng)新，對題目設(shè)置與教學過程做出討論與探索。以軟體章魚機器人的設(shè)計為例，以項目為依托，以課程知識為基礎(chǔ)，說明了科技創(chuàng)新的過程和注意事項。

關(guān)鍵詞：科技創(chuàng)新探索研究；實踐項目；大學生；課外科技創(chuàng)新

中圖分類號：TH111 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）08-0091-02

加強大學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是教育體制改革的核心，是建設(shè)創(chuàng)新型國家、促進經(jīng)濟快速發(fā)展的必然要求。創(chuàng)新教育是以培養(yǎng)人們創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力為基本價值取向的教育，其重要性已在學術(shù)界達成了共識。但是，在現(xiàn)在較為程式化的過程中，缺少創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，學生極易敷衍了事，存在設(shè)計題目單一、考核制度不完善等弊病[1]。為了調(diào)動學生參與的積極性，培養(yǎng)整體設(shè)計意識和創(chuàng)新意識，增強學生解決實際問題的能力[2-5]。本文針對科技創(chuàng)新的實踐內(nèi)容進行了新的探索，加入了創(chuàng)新課題設(shè)置與三維軟件教學等，探索了大學生科技創(chuàng)新的注意事項。

一、科技創(chuàng)新項目實施方法

1.項目選題。在通常的科技創(chuàng)新過程中，教師確立題目后對學生缺乏指導。此次科技創(chuàng)新探索，貫穿機械設(shè)計課堂日常教學中，“以學生為主體、以教師為輔助；以規(guī)范為指導、以創(chuàng)新為目的”，由教師制定若干實踐項目題目，例如：雙足機器人設(shè)計、無人機設(shè)計、智能教具設(shè)計等。設(shè)計過程以《高等機械設(shè)計課程實踐與創(chuàng)新設(shè)計》為依據(jù)，學生3人一組，任選一個主題。平時在課間，學生就可以得到教師的技術(shù)指導，鼓勵新想法、新創(chuàng)意，開展實踐項目的設(shè)計。

2.科技創(chuàng)新的指導方法。在大學生科技創(chuàng)新探索過程中，增加的教學環(huán)節(jié)與方法如下：（1）教師指導方法探討。在課間，教師和學生進行項目的討論，有助于彌補學生在理論知識上的不足，并且可以增加學生對科技創(chuàng)新的認知。（2）科技創(chuàng)新工程項目技術(shù)背景講座。教師增加科技創(chuàng)新項目工程背景的講座和對實踐項目技術(shù)背景的介紹，讓學生明確所選題目的技術(shù)現(xiàn)狀與優(yōu)缺點。（3）現(xiàn)代設(shè)計理念。教師增加對三維建模軟件的講解，除了應(yīng)用AutoCAD二維繪圖軟件外，鼓勵學生使用SolidWorks、PROE等三維建模軟件。同時，教師增加對3D打印機、激光切割機等設(shè)備的介紹，學生可以親手操作儀器制作零部件，在組裝中反思設(shè)計上的不足，讓學生體會到機械加工的過程，對科技創(chuàng)新有更深的理解。

二、軟體章魚機器人的科技創(chuàng)新設(shè)計

下面以軟體章魚機器人[6-8]為例來說明大學生科技創(chuàng)新的新方法和注意事項。

1.題目設(shè)置。現(xiàn)如今軟體仿生機器人受到了越來越多人的研究，這對于大學生的科技創(chuàng)新研究又是一個新的課題，擴大了學生的創(chuàng)新研究范圍。以軟體章魚機器人的研究為課題，用于探索學生科技創(chuàng)新的注意事項，有利于促進學生創(chuàng)新能力和專業(yè)技能的培養(yǎng)。在科技創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)中，將軟體章魚機器人的研究作為項目，由學生設(shè)計制作較為簡單的軟體章魚機器人模型。提供申請書模板，規(guī)范學生填寫科技創(chuàng)新申請書的過程。

2.三維模型設(shè)計。科技創(chuàng)新實踐之初，教師向?qū)W生講授了SolidWorks三維繪圖軟件的使用方法，軟體章魚機器人通過該軟件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過虛擬裝配，對尺寸結(jié)構(gòu)、零件外形、裝配關(guān)系、外觀外形進行及時地修改，軟體章魚機器人觸手結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3.運動原理分析。記憶合金為觸手的核心部件，由它作為觸手的運動動力。事先給記憶合金加熱彎曲，讓它記憶下在這個溫度之下的形狀之后再將它恢復(fù)到原來的形狀。在觸手的第一節(jié)的一端接上電源并且連成一個回路，使得記憶合金中有電流通過。由于合金存在電阻，當有電流流過時就會產(chǎn)生熱量。當熱量到達一定之時，記憶和溫度升高到原來設(shè)定的溫度值而發(fā)生形變，從而帶動觸手實現(xiàn)彎曲、伸縮等運動。控制觸手每一節(jié)的加熱狀況便可實現(xiàn)觸手的不同運動。選擇運用單片機來控制各個節(jié)的電流通斷情況，從而實現(xiàn)觸手運動的自動化控制。在觸手的整體結(jié)構(gòu)中彎曲部分并不僅僅是由一根記憶合金構(gòu)成的，這樣會使得軟體章魚機器人的觸手動力不足，從而顯得觸手沒有“活力”。為了解決這個問題，采用多根記憶合金共同作為驅(qū)動部分。中間連接部分作為前后兩節(jié)彎曲部分的連接載體，選擇橡膠材料。作為軟體機器人，為使其具有更好的靈活性，因此中間部分的材料選擇形變能力較強的橡膠材料，而且還具有一定的強度，能滿足一定的沖擊，并且使得機器人能更好的在狹小的空間下進行工作。而連接部分的四個空則是用來連接彎曲部分的四個彎曲組。每一節(jié)的彎曲部分由四個彎曲組構(gòu)成，每個彎曲組控制一個方向。通過單片機控制電路中電流的通斷進而控制每一個彎曲組的彎曲與伸縮，并且實現(xiàn)觸手在空間上的運動，如旋轉(zhuǎn)、扭曲等復(fù)雜運動。

4.測試調(diào)試。在測試過程中，軟體章魚機器人實現(xiàn)了適應(yīng)環(huán)境的功能，具有以下特點：（1）用記憶合金實現(xiàn)觸手運動自動化控制，如同章魚的觸手。（2）采用多根記憶合金共同作為驅(qū)動部分，使章魚觸手動力充足。（3）用橡膠材料作為中間部分連接載體，使軟體章魚機器人更具靈活性。（4）提高學生的動手能力，新穎的課題使學生更有興趣。

5.加工制作。利用3D打印機、激光切割機將零部件制作出來，根據(jù)三維模型圖進行裝配。根據(jù)裝配關(guān)系選擇螺栓、銷或PVC膠水粘接固定等連接方式。

6.答辯環(huán)節(jié)。提供科技創(chuàng)新結(jié)題報告模板，規(guī)范學生科技創(chuàng)新結(jié)題報告，采用答辯的方式，進一步指導學生創(chuàng)新成果的改進。

三、結(jié)論

在軟體章魚機器人研究的創(chuàng)新探索中，學生積極性高，選題踴躍，完成任務(wù)出色。學生們首先了解了章魚的運動原理與運動模式，再借助自己了解到的資料制作出了章魚觸手，鍛煉了動手能力。此次項目的作品可應(yīng)用于后續(xù)課程教學中學生們對于軟體章魚機器人的再次研究。本次科技創(chuàng)新探索，以項目為依托，探究了大學生課外科技創(chuàng)新的新方法，培養(yǎng)了學生的動手能力，提升了創(chuàng)新思維。

參考文獻：

[1]唐銳，黨玉春.機械設(shè)計課程設(shè)計的教改探索[J].攀枝花學院學報：自然科學研究，2004，21（6）：112-120.

[2]向曉東，張榜生，劉曉云.構(gòu)建大學生科技創(chuàng)新活動的長效機制[J].實驗技術(shù)與管理，2012，（5）：19-20，24.

[3]馬新飛，鄭曉紅.大學生科技創(chuàng)新工作的現(xiàn)狀及思考[J].揚州大學學報（高教研究版），2013，（6）：48-51.

[4]殷樹娟.關(guān)于大學生科技創(chuàng)新實施效果的思考[J].實驗技術(shù)與管理，2013，（9）：35-37.

[5]周全厚.對大學生科技創(chuàng)新教育的思考[J].攀登，2007，（4）：170-171.

[6]金虎.一種可模塊化組裝柔體機器人的柔性智能模塊化結(jié)構(gòu)[D].合肥：中國科學技術(shù)大學，2016.

[7]袁文婷.基于章魚仿生的柔性臂建模與控制[D].杭州電子科技大學，2016.

[8]李昆.長臂式仿生軟體機器人及其運動學研究[D].杭州：浙江工業(yè)大學，2016.