機(jī)器人教學(xué)環(huán)節(jié)中開展機(jī)器人競賽實(shí)踐

摘 要：“智能機(jī)器人”用于教學(xué)高效的培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合實(shí)踐能力，同時(shí)作為平臺(tái)開展機(jī)器人競賽，激發(fā)學(xué)生科技創(chuàng)新的興趣和能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神。該文小結(jié)了國內(nèi)外比較有影響的機(jī)器人競賽，系統(tǒng)調(diào)研四川省內(nèi)重點(diǎn)高校所開展機(jī)器人競賽，并結(jié)合成都理工大學(xué)的平臺(tái)探索開展全校級(jí)別的機(jī)器人競賽。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人競賽 創(chuàng)新 大學(xué)生

中圖分類號(hào)：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）02（a）-0159-01

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，成為21世紀(jì)對人才的重要需求。“智能機(jī)器人”是一個(gè)良好的平臺(tái)[1]，將其用于教學(xué)可高效的培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合實(shí)踐能力[2]，同時(shí)，作為平臺(tái)開展機(jī)器人競賽，充滿了創(chuàng)造性、趣味性和觀賞性，強(qiáng)烈激發(fā)學(xué)生參與的熱情，有效的提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力[3]。

該文小結(jié)了國內(nèi)外比較有影響的機(jī)器人競賽，系統(tǒng)調(diào)研四川省內(nèi)重點(diǎn)高校開展機(jī)器人競賽的相關(guān)情況，并結(jié)合成都理工大學(xué)的平臺(tái)探索開展全校級(jí)別機(jī)器人競賽。

1 國內(nèi)外賽事

國際、國內(nèi)上幾項(xiàng)影響較大的機(jī)器人競賽包括以下幾種。

1.1 機(jī)器人足球競賽

讓機(jī)器人踢足球的想法是1995年由韓國科學(xué)技術(shù)院的金鐘煥教授為了發(fā)展多智能體技術(shù)而提出的。國際上最具影響的機(jī)器人足球賽主要是FIRA和RoboCup。

1.2 機(jī)器人滅火競賽

機(jī)器人滅火的想法是1994年由美國三一學(xué)院的Jack Mendelssohn教授首先提出的。比賽在一套模擬四室一廳住房內(nèi)進(jìn)行，要求參賽的機(jī)器人在最短的時(shí)間內(nèi)熄滅放置在任意一個(gè)房間中的蠟燭。目前，機(jī)器人滅火比賽已成為全球最普及的智能機(jī)器人競賽之一。

1.3 亞太大學(xué)生機(jī)器人大賽

亞太大學(xué)生機(jī)器人大賽于2002年由“亞洲太平洋地區(qū)廣播電視聯(lián)盟”發(fā)起，每年舉辦一屆，已發(fā)展成為世界上最有影響力的大學(xué)生機(jī)器人競賽之一。

此外，國內(nèi)各高校也相應(yīng)的開展各類機(jī)器人的賽事，筆者系統(tǒng)調(diào)研了四川省內(nèi)重點(diǎn)高校的機(jī)器人競賽的相關(guān)情況。四川大學(xué)連續(xù)7年開展“挑戰(zhàn)杯”仿真機(jī)器人足球大賽比賽，并于2009參加中國機(jī)器人大賽暨RoboCup公開賽中獲得FIRA仿真組項(xiàng)目比賽季軍；西南交通大學(xué)從2006年開展第一屆“實(shí)踐杯”機(jī)器人大賽以來，連續(xù)開展6屆，目前正在組建第7屆，每次都吸引各個(gè)專業(yè)的數(shù)百名選手踴躍參賽；電子科技大學(xué)是亞太大學(xué)生機(jī)器人大賽賽事的傳統(tǒng)強(qiáng)隊(duì)，兩度獲得季軍，3次奪得全國冠軍，2次獲得亞太總冠軍；成都理工大學(xué)由機(jī)器人協(xié)會(huì)每年舉辦一次機(jī)器人興趣大賽，在全國“電腦鼠走迷宮”多次獲獎(jiǎng)，2012獲得全國總冠軍，并代表中國大陸參加“電腦鼠走迷宮”世界競賽。

2 成都理工大學(xué)的教學(xué)實(shí)踐

2.1 機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐

2002年6月，我校金工實(shí)習(xí)基地買入AS-UII（能力風(fēng)暴大學(xué)版機(jī)器人），這是一款專門為大學(xué)進(jìn)行課程教學(xué)、工程訓(xùn)練以及科技創(chuàng)新的新型移動(dòng)智能機(jī)器人。用于教學(xué)方面，從教育機(jī)器人與相關(guān)專業(yè)課程相結(jié)合、開放式教學(xué)，開設(shè)選修課程、有效利用畢業(yè)設(shè)計(jì)等多角度、多層次激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力[2]。

此外，結(jié)合我校的實(shí)際，積極開拓用于機(jī)器人競賽環(huán)節(jié)。通過系統(tǒng)研究國內(nèi)外的賽事和針對川內(nèi)高校的調(diào)研結(jié)果，結(jié)合我校起步晚、底子薄，從節(jié)約成本、提高效率等方面考慮。在開展競賽環(huán)節(jié)僅從仿真環(huán)節(jié)做文章，競賽的題目初步定為：滅火機(jī)器人的仿真。通過jc編寫程序，控制機(jī)器人在一間平面結(jié)構(gòu)房子模型里運(yùn)動(dòng)，并在操作規(guī)則指導(dǎo)下以最短的時(shí)間找到代表火源的一根蠟燭并將它熄滅。它模擬了現(xiàn)實(shí)家庭中機(jī)器人處理火警的過程，那根蠟燭代表家里燃起的火源，機(jī)器人必須找到并熄滅它。

初步定下競賽題目后，在教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師有意識(shí)的講授相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。比如在機(jī)器人概述部分，播放最新的國際機(jī)器人滅火比賽視頻以及滅火機(jī)器人在消防中的具體運(yùn)用背景，讓學(xué)生對滅火機(jī)器人的重要性以及實(shí)用性有個(gè)感官的認(rèn)識(shí)；在編程環(huán)節(jié)講解相似的實(shí)例，以走迷宮、飛蛾撲火等實(shí)例。走迷宮是機(jī)器人從迷宮入口出發(fā)，用最少的時(shí)間走出迷宮，到達(dá)迷宮的出口。目的是使學(xué)生掌握地面檢測傳感器；飛蛾撲火則是通過編程指揮著機(jī)器人到達(dá)光源附近后，圍繞光源坐圓周遠(yuǎn)動(dòng)，使學(xué)生掌握光敏傳感器的應(yīng)用。而機(jī)器人競賽實(shí)質(zhì)是這兩種傳感器的綜合運(yùn)用。

2.2 機(jī)器人競賽的比賽規(guī)則

既然是競賽，必然有其相應(yīng)的規(guī)則，這方面我們充分吸收國內(nèi)外高校的相關(guān)規(guī)則，并結(jié)合我校的實(shí)踐，制定了與國際賽事、各省賽事和國內(nèi)高校的校內(nèi)比賽不同而具有自己特色的規(guī)則。

（1）比賽時(shí)間

由于僅是仿真操作，沒有場地等限制，所以比賽時(shí)間沒有具體要求，基本一個(gè)月的某個(gè)下午，大家來現(xiàn)場編程仿真并記錄相應(yīng)分?jǐn)?shù)，我們將于年低統(tǒng)一看分?jǐn)?shù)以決定相應(yīng)名次。

（2）比賽場地

對于機(jī)器人滅火比賽的場地，大多數(shù)賽事是統(tǒng)一的，就其原因是大賽需要實(shí)際操作，統(tǒng)一更加有益于比賽，而我們僅是仿真，故別出心裁的定義模式系數(shù)，參賽者可定義場地，并且將其作為重要的記分點(diǎn)，不同模式的得分系數(shù)不同。比如可以多個(gè)房間、房間里面可以擺放不同的家具、衣帽架，甚至有幾個(gè)同學(xué)設(shè)計(jì)人形躺在里面。這樣比賽更加多樣化，增添趣味性。

（3）房間系數(shù)

比賽時(shí)，機(jī)器人搜索1個(gè)房間就找到火源并滅火成功，則房間系數(shù)為1.0，搜索2個(gè)房間，房間系數(shù)為0.85，搜索3個(gè)房間，房間系數(shù)為0.50，搜索4個(gè)房間，房間系數(shù)為0.35。

（4）比賽分?jǐn)?shù)

最終的實(shí)際得分=實(shí)際滅火時(shí)間×模式系數(shù)×房間系數(shù)。

3 結(jié)語

教學(xué)實(shí)踐證明，在教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過這種競賽的方式在激發(fā)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和獨(dú)立能力、提高大學(xué)生創(chuàng)新思維能力方面確實(shí)起到作用。吸引了大量的學(xué)生的參與。2013年，我校上《智能機(jī)器人》的人數(shù)累計(jì)1251名學(xué)生，至少有400多人報(bào)名參加比賽，目前還陸續(xù)有需要參加的。

參考文獻(xiàn)

[1] 李建祥.機(jī)器人教育的感受和認(rèn)識(shí)[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2012（9）.

[2] 周俊波.機(jī)器人教學(xué)與大學(xué)生創(chuàng)新教育[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2013（31）.

[3] 曹宇.獨(dú)立學(xué)院為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力搭建特色平臺(tái)——以大學(xué)生機(jī)器人競賽[J].文教資料，2010（16）.endprint