機器人教學環節中開展機器人競賽實踐

摘 要：“智能機器人”用于教學高效的培養學生創新能力和綜合實踐能力，同時作為平臺開展機器人競賽，激發學生科技創新的興趣和能力，培養團隊合作精神。該文小結了國內外比較有影響的機器人競賽，系統調研四川省內重點高校所開展機器人競賽，并結合成都理工大學的平臺探索開展全校級別的機器人競賽。

關鍵詞：機器人競賽 創新 大學生

中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0159-01

培養學生的創新精神和創新能力，成為21世紀對人才的重要需求。“智能機器人”是一個良好的平臺[1]，將其用于教學可高效的培養學生創新能力和綜合實踐能力[2]，同時，作為平臺開展機器人競賽，充滿了創造性、趣味性和觀賞性，強烈激發學生參與的熱情，有效的提高學生實踐創新能力[3]。

該文小結了國內外比較有影響的機器人競賽，系統調研四川省內重點高校開展機器人競賽的相關情況，并結合成都理工大學的平臺探索開展全校級別機器人競賽。

1 國內外賽事

國際、國內上幾項影響較大的機器人競賽包括以下幾種。

1.1 機器人足球競賽

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

1.2 機器人滅火競賽

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

1.3 亞太大學生機器人大賽

亞太大學生機器人大賽于2002年由“亞洲太平洋地區廣播電視聯盟”發起，每年舉辦一屆，已發展成為世界上最有影響力的大學生機器人競賽之一。

此外，國內各高校也相應的開展各類機器人的賽事，筆者系統調研了四川省內重點高校的機器人競賽的相關情況。四川大學連續7年開展“挑戰杯”仿真機器人足球大賽比賽，并于2009參加中國機器人大賽暨RoboCup公開賽中獲得FIRA仿真組項目比賽季軍；西南交通大學從2006年開展第一屆“實踐杯”機器人大賽以來，連續開展6屆，目前正在組建第7屆，每次都吸引各個專業的數百名選手踴躍參賽；電子科技大學是亞太大學生機器人大賽賽事的傳統強隊，兩度獲得季軍，3次奪得全國冠軍，2次獲得亞太總冠軍；成都理工大學由機器人協會每年舉辦一次機器人興趣大賽，在全國“電腦鼠走迷宮”多次獲獎，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 成都理工大學的教學實踐

2.1 機器人教學實踐

2002年6月，我校金工實習基地買入AS-UII（能力風暴大學版機器人），這是一款專門為大學進行課程教學、工程訓練以及科技創新的新型移動智能機器人。用于教學方面，從教育機器人與相關專業課程相結合、開放式教學，開設選修課程、有效利用畢業設計等多角度、多層次激發學生學習興趣，培養學生的動手能力和創新能力[2]。

此外，結合我校的實際，積極開拓用于機器人競賽環節。通過系統研究國內外的賽事和針對川內高校的調研結果，結合我校起步晚、底子薄，從節約成本、提高效率等方面考慮。在開展競賽環節僅從仿真環節做文章，競賽的題目初步定為：滅火機器人的仿真。通過jc編寫程序，控制機器人在一間平面結構房子模型里運動，并在操作規則指導下以最短的時間找到代表火源的一根蠟燭并將它熄滅。它模擬了現實家庭中機器人處理火警的過程，那根蠟燭代表家里燃起的火源，機器人必須找到并熄滅它。

初步定下競賽題目后，在教學環節中，教師有意識的講授相關知識點。比如在機器人概述部分，播放最新的國際機器人滅火比賽視頻以及滅火機器人在消防中的具體運用背景，讓學生對滅火機器人的重要性以及實用性有個感官的認識；在編程環節講解相似的實例，以走迷宮、飛蛾撲火等實例。走迷宮是機器人從迷宮入口出發，用最少的時間走出迷宮，到達迷宮的出口。目的是使學生掌握地面檢測傳感器；飛蛾撲火則是通過編程指揮著機器人到達光源附近后，圍繞光源坐圓周遠動，使學生掌握光敏傳感器的應用。而機器人競賽實質是這兩種傳感器的綜合運用。

2.2 機器人競賽的比賽規則

既然是競賽，必然有其相應的規則，這方面我們充分吸收國內外高校的相關規則，并結合我校的實踐，制定了與國際賽事、各省賽事和國內高校的校內比賽不同而具有自己特色的規則。

（1）比賽時間

由于僅是仿真操作，沒有場地等限制，所以比賽時間沒有具體要求，基本一個月的某個下午，大家來現場編程仿真并記錄相應分數，我們將于年低統一看分數以決定相應名次。

（2）比賽場地

對于機器人滅火比賽的場地，大多數賽事是統一的，就其原因是大賽需要實際操作，統一更加有益于比賽，而我們僅是仿真，故別出心裁的定義模式系數，參賽者可定義場地，并且將其作為重要的記分點，不同模式的得分系數不同。比如可以多個房間、房間里面可以擺放不同的家具、衣帽架，甚至有幾個同學設計人形躺在里面。這樣比賽更加多樣化，增添趣味性。

（3）房間系數

比賽時，機器人搜索1個房間就找到火源并滅火成功，則房間系數為1.0，搜索2個房間，房間系數為0.85，搜索3個房間，房間系數為0.50，搜索4個房間，房間系數為0.35。

（4）比賽分數

最終的實際得分=實際滅火時間×模式系數×房間系數。

3 結語

教學實踐證明，在教學環節中，通過這種競賽的方式在激發學生理論聯系實際和獨立能力、提高大學生創新思維能力方面確實起到作用。吸引了大量的學生的參與。2013年，我校上《智能機器人》的人數累計1251名學生，至少有400多人報名參加比賽，目前還陸續有需要參加的。

參考文獻

[1] 李建祥.機器人教育的感受和認識[J].中國科教創新導刊，2012（9）.

[2] 周俊波.機器人教學與大學生創新教育[J].中國科教創新導刊，2013（31）.

[3] 曹宇.獨立學院為培養學生的創新能力搭建特色平臺——以大學生機器人競賽[J].文教資料，2010（16）.endprint