王琨 陳海衛(wèi) 蔣毅 寧萌 周德強(qiáng) 左文娟 張秋菊

[摘 要]機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、傳感、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代化機(jī)械電子裝備，是多學(xué)科交叉的產(chǎn)物，對(duì)機(jī)械電子工程專業(yè)人員具有良好的學(xué)習(xí)價(jià)值。該文主旨在于為了進(jìn)一步提升機(jī)械電子工程學(xué)生的核心競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)機(jī)器人學(xué)科提出了新的教學(xué)改革方法，目標(biāo)是培養(yǎng)出具有交叉復(fù)合型研究能力和創(chuàng)新能力的智能制造與機(jī)器人領(lǐng)域的拔尖創(chuàng)新人才。

[關(guān)鍵詞]機(jī)械電子;研究能力;創(chuàng)新能力

[基金項(xiàng)目]2017年度江南大學(xué)本科教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“強(qiáng)化機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的核心課程群建設(shè)”（JG2017093）;2017年度江南大學(xué)本科教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目教師卓越工程項(xiàng)目“基于虛擬仿真平臺(tái)的單片機(jī)課程教學(xué)改革與實(shí)踐”（JG2017143）

[作者簡(jiǎn)介]王 琨（1986—），女，湖北黃岡人，博士，江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授，主要從事仿生機(jī)器人研究（通信作者）;寧 萌（1985—），男，山東濟(jì)南人，博士，江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授，主要從事康復(fù)機(jī)器人研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）28-0179-02[收稿日期] 2019-11-05

機(jī)械電子工程專業(yè)是在機(jī)械制造、電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是科技高速發(fā)展以及學(xué)科相互鏈接的產(chǎn)物，在工程科學(xué)中屬于典型的跨學(xué)科專業(yè)[1-2]。機(jī)器人作為典型的機(jī)械電子工程產(chǎn)品，正是多學(xué)科交叉的產(chǎn)物，其機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣控制、計(jì)算機(jī)算法和控制等方面的技術(shù)對(duì)每一位機(jī)械電子工程專業(yè)人員都具有示范性的學(xué)習(xí)價(jià)值[3]。因此，越來(lái)越多的高等學(xué)校機(jī)械電子工程學(xué)科，面向本科生開(kāi)設(shè)機(jī)器人學(xué)、機(jī)器人控制相關(guān)課程，旨在通過(guò)機(jī)器人創(chuàng)新教育模式以及理論與實(shí)踐結(jié)合的課程體系培養(yǎng)出具有交叉復(fù)合型研究能力和創(chuàng)新能力的智能制造與機(jī)器人領(lǐng)域的拔尖創(chuàng)新人才。

一、課程定位

機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生在以往學(xué)習(xí)機(jī)械、電子和計(jì)算機(jī)專業(yè)方面的課程時(shí)，由于這些課程具有明顯的學(xué)科化傾向，不利于對(duì)它們進(jìn)行系統(tǒng)化融合的思考[4]。在機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)課程中，學(xué)生將學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)理和組成，掌握“機(jī)械電子”中“機(jī)械、電控、算法”等知識(shí)內(nèi)容，以及將其加以有機(jī)融合的方法。該課程綜合了機(jī)械電子專業(yè)多門課程的相關(guān)知識(shí)，是理論、技能培養(yǎng)兩者并重并有效結(jié)合的一門技術(shù)性課程。

課程要求學(xué)生掌握機(jī)器人的機(jī)構(gòu)、位姿描述和齊次變換、操作臂運(yùn)動(dòng)學(xué)、操作臂動(dòng)力學(xué)、軌跡規(guī)劃、操作臂控制、機(jī)器人語(yǔ)言和離線編程等內(nèi)容。使學(xué)生在學(xué)完課程后，能靈活運(yùn)用機(jī)器人的基礎(chǔ)理論并能對(duì)相應(yīng)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析和計(jì)算，要求學(xué)生會(huì)用高級(jí)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)這些課程中的理論算法。學(xué)生通過(guò)該門課程的學(xué)習(xí)可以在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段、業(yè)余時(shí)間或工作后，利用課堂知識(shí)結(jié)合自己以前所學(xué)的各科知識(shí)，對(duì)多軸（四軸及以上）機(jī)器人進(jìn)行幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)建模以及軌跡規(guī)劃編程，結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)完成一般復(fù)雜程度的工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)。

二、注重實(shí)踐的教學(xué)改革方法

為了打造江南大學(xué)君遠(yuǎn)學(xué)院卓越工程師，學(xué)校在開(kāi)展理論授課之后，又開(kāi)設(shè)了為期兩周的工業(yè)機(jī)器人實(shí)踐課程，以鞏固學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)和基本概念。讓學(xué)生通過(guò)工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，掌握國(guó)內(nèi)外典型工業(yè)機(jī)器人的操作方法，進(jìn)而熟練掌握機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)，為后續(xù)開(kāi)展機(jī)器人研發(fā)及相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)，為“中國(guó)智能制造2025”積累技術(shù)人才。

工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)平臺(tái)由六套主流品牌的機(jī)器人系統(tǒng)（包含歐系A(chǔ)BB和KUKA，日系FANUC和YASKAWA，國(guó)產(chǎn)STEP和EFORT，如圖1所示）和輸送系統(tǒng)組成，既可以將六套主流品牌的機(jī)器人系統(tǒng)作為獨(dú)立單元進(jìn)行教學(xué)實(shí)訓(xùn)，也可以將六套機(jī)器人與輸送系統(tǒng)配合起來(lái)進(jìn)行輸送線教學(xué)實(shí)訓(xùn)，從而將各臺(tái)機(jī)器人系統(tǒng)充分應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)。

在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，首先針對(duì)工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的機(jī)器人理論知識(shí)，介紹工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的組成（包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣結(jié)構(gòu)、傳感器、氣動(dòng)等部分，如圖2所示），以及各工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)和使用方法。告知學(xué)生實(shí)訓(xùn)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收準(zhǔn)則，著重強(qiáng)調(diào)實(shí)訓(xùn)過(guò)程中的安全操作、安全規(guī)程。其次，向?qū)W生介紹機(jī)器人的簡(jiǎn)單操作流程和機(jī)器人的注意事項(xiàng)，讓學(xué)生通過(guò)閱讀教學(xué)PPT以及觀看教學(xué)視頻完成操作任務(wù)。在學(xué)生學(xué)會(huì)了每臺(tái)機(jī)器人的應(yīng)用后，結(jié)合六臺(tái)機(jī)器人和輸送帶互相配合完成系統(tǒng)串聯(lián)應(yīng)用。最后，讓學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)訓(xùn)經(jīng)歷提出改進(jìn)措施（包括機(jī)器人結(jié)構(gòu)組成、自動(dòng)運(yùn)行程序和手動(dòng)運(yùn)行程序的編制、基本操作、控制系統(tǒng)、應(yīng)用及維護(hù)等內(nèi)容），并提交完整的報(bào)告。

三、結(jié)語(yǔ)

機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、傳感、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代化機(jī)械電子裝備，經(jīng)過(guò)六十多年發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事等領(lǐng)域[5]。近年來(lái)，中國(guó)已成為世界上工業(yè)機(jī)器人裝機(jī)數(shù)量最多的國(guó)家。因此，結(jié)合當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，開(kāi)發(fā)先進(jìn)的教學(xué)系統(tǒng)，為教育事業(yè)提供最優(yōu)的教學(xué)環(huán)境是高校教學(xué)改革的目標(biāo);提供最新的知識(shí)體系和最先進(jìn)的教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)教學(xué)系統(tǒng)的科學(xué)性、先進(jìn)性、實(shí)用性，是機(jī)械電子專業(yè)教師的首要任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]寧萌，薛必倫，張秋菊，等.機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革的探討[J].教育教學(xué)論壇，2019，（04）：116-117.

[2]徐丹麗.工科專業(yè)中線上線下一體化在線課程設(shè)計(jì)的思考—以機(jī)械電子工程專業(yè)在線改造為例[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2017，14（33）：211+213.

[3]工信部裝備工業(yè)司.《中國(guó)制造2025》推動(dòng)機(jī)器人發(fā)展[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2015，（03）：31-33.

[4]劉娣，許有熊，朱松青.應(yīng)用型本科院校機(jī)器人課程教學(xué)探索[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2015，（21）：84-86.

[5]賀利樂(lè)，鄭建校.以機(jī)器人教學(xué)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為載體培養(yǎng)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力[J].裝備制造技術(shù)，2014，（09）：286-288.

Innovation and Practice of Undergraduate Teaching Reform of Mechanical

and Electronic Engineering Major

WANG Kuna，b， CHEN Hai-weia，b， JIANG Yia，b， NING Menga，b，

ZHOU De-qianga，b， ZUO Wen-juana，b， ZHANG Qiu-jua，b

（a. School of Mechanical Engineering， Jiangnan University， Wuxi， Jiangsu 214122， China; b. Jiangsu Key Laboratory of Advanced Food Manufacturing Equipment & Technology， Jiangnan University， Wuxi， Jiangsu 214122， China）

Abstract： The robot is a modern mechanical and electronic equipment integrating mechanical， electronic， control， sensing， artificial intelligence and other multidisciplinary advanced technologies. It is a product of multidisciplinary intersection and has good learning value for mechanical and electronic engineering professionals. The main purpose of this article is to further promote the core competitiveness of mechanical and electronic engineering students， and propose a new teaching reform method for the discipline of robotics. The goal is to cultivate top-notch innovative talents in the field of intelligent manufacturing and robots with cross-compound research and innovation capabilities.

Key words： mechatronics; research ability; innovation ability