基于Bluetooth技術的控制系統在工程訓練中的應用與思考

摘要：機械類學生在工程訓練期間，通過參加“金工杯”機械創新設計與制作比賽，在所創作的作品中，使用基于Bluetooth技術的控制系統，體會機電一體化產品創作過程，初步建立工程意識。工程素養得到培養，對機械作品創新設計的熱情得到激發。

關鍵詞：Bluetooth技術；控制系統；工程訓練

中圖分類號：G642文獻標識碼：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.04.005

Abstract： During the period of engineering training， mechanical students join the “Jing Gong Cup” game of mechanical innovation design and manufacture， and they create a few works where a control system based on Bluetooth technology is used. Mechanical students realize the creation process of mechatronics products， namely preliminary establish the engineering consciousness， and their engineering quality is trained. It stimulates their enthusiasm of the innovative design of mechanical works， and their interest to professional courses in the late study stage of university gets trained. It also gives us a certain inspiration in engineering training teaching reform， and it strengthens the teachers and students to do scientific research mission.

Keywords： mechanical students； engineering training； Bluetooth technology； control system； engineering consciousness

0引言

工科專業學生所學課程中，基礎工程訓練課程是一門形式特殊且非常重要的實踐教育課，通過該工程訓練實踐課程的學習，學生能初步建立一定的工程意識[1]。根據所學專業的不同，將學生劃分為三大類：機械類、近機械類、非機械類等，對于不同專業類別的學生，基礎工程訓練實踐課程內容設置及對學生的基本要求也有所不同。

針對機械類學生，我校開設的基礎工程訓練課程內容主要包括：金工實習、電工實習及“金工杯”機械創新設計與制作比賽等三部分。2001年，我校創立“金工杯”機械創新設計與制作比賽，整個比賽貫穿于學生工程訓練實習期間，參加工程訓練的學生都需要參加該比賽，這是我校工程訓練課程中的一大特色。

比賽設置兩個主題，分別為“機械創新設計組”和“規定主題組”，其中在“規定主題組”中每個班級需要制作三輛能實現規定動作的遙控機器人。機械類學生在工程訓練實習期間需要完成該類作品的總體機械結構方案設計、工藝設計、關鍵部件的加工裝配、控制程序設計及整車的調試等相關工作。近三年，機器人的控制平臺均采用基于Bluetooth技術的移動機器人控制平臺，通過Bluetooth技術進行交互式通訊，從而實現機器人完成規定的動作[2]，其控制平臺搭建如圖1所示。

1采用基于Bluetooth技術控制系統的意義

1.1符合機電一體化產品智能化的發展方向

控制系統采用基于Bluetooth技術的移動機器人控制平臺，能夠靈活實現控制機器人前進、后退、轉向、機械臂升降、機械手抓取等。學生根據自己的需求分析，在上位機上編制有效的程序。采用該控制系統，提升了檔次，符合機電一體化產品智能化的發展方向[3]。

1.2符合機電一體化產品綠色化的發展方向

基于Bluetooth技術的移動機器人控制平臺、8口繼電器模塊、舵機等部件，能夠拆卸并循環利用，且不污染環境，體現了機電一體化產品綠色化的發展方向[4]。

1.3激發學生對機械作品創新設計的熱情

基于舵機的轉動結構，通過使用舵機部件，促使關鍵機構的機械創新，從而使機器人小車的機械結構更具多樣化、靈活性，舵機的內部核心是一個伺服電機，與普通直流減速電機相比，經控制單元對舵機進行控制，可以靈活、精確地實現某一機械裝置完成對某一動作的執行。

以“規定主題組”中的作品“摘星車”為例，見圖2，基于舵機的轉動結構主要有運動轉向機構和機械手臂的伸縮抓取機構，舵機作為這兩個機構的核心部件，對于運動轉向機構，能夠靈活實現小車沿著某一方向轉動一定角度進行前進或后退，相比以往的運動轉向方式更靈活。采用舵機部件，學生設計的“摘星車”機械手伸縮抓取機構輕巧靈活，摘星效率高且穩定。

1.4激發學生的學習興趣

學生設計的輪式機器人是一個典型的機電一體化產品，需要完成輪式機器人的總體機械結構方案設計、工藝設計、關鍵部件的加工裝配、控制程序設計及整車的調試等相關工作，需要克服學習困難并查閱大量資料。基于Bluetooth技術的移動機器人控制平臺在工程訓練中的使用，要求學生根據自己的需求分析，在上位機上編制相應的程序，查閱資料，溝通遇到的問題并予以解決，最終編制出滿足需求分析的功能性程序。

通過整個工程訓練實踐過程，有些同學可能對機械方向更感興趣，有些同學對控制方向更感興趣，學生的潛力通過這樣的方式得到了一定的挖掘，同時也激發學生對專業課學習的興趣。

2相關措施

（1）在機械類學生工程訓練中，所使用的基于Bluetooth技術的移動機器人控制平臺，出現一些硬件損壞無法正常使用的現象，多數原因是少數學生沒有嚴格按照規范操作使用控制平臺造成的。

針對這種情況，在以后的比賽規則中規定：調試期間若出現人為原因損壞控制平臺，根據加權評定比賽成績規則，應從總成績中扣除相應分數。目的是使學生建立工程意識中的設備安全意識、成本意識、項目管理意識等。

（2）加強對學生工程訓練期間作品制作進度的管理，留出足夠調試時間。八周時間內，既要完成常規的金工及電工實習，又要完成作品的創作，需要合理分配制作時間，使學生建立工程意識中的項目管理意識、時間管理意識等。

（3）進一步設置高智能化機器人比賽項目，深度挖掘學生們的潛力，促使機器人“智”能升級。智能化水平的提升伴隨著機械結構的創新設計，與機械結構創新設計是相輔相成的。

機械類學生參加工程訓練實訓課即“金工杯”機械創新設計與制作比賽時，通過增加智能化機器人項目，結合國內機器人比賽項目內容，如“中南地區港澳特區”機器人比賽要求，單獨布置相應的比賽場地，學生可以根據興趣進行選擇，通過不斷的學習，循序漸進，勢必促使機器人的“智”能升級，既挖掘了學生的興趣與潛力，也是對科研工作的經驗積累。

3結論

機械類學生在工程訓練期間所創作的作品中，通過采用基于Bluetooth技術的控制系統，激發了學生對機械作品創新設計的熱情和對專業課學習的興趣，同時在實施工程訓練教學改革中也給我們帶來了一定的啟發。

參考文獻：

[1]蘇玉波，梁莉，朱正威.工科大學生工程意識與工程素質的培養[J].西安交通大學學報（社科版），1999（2）：73-76.

[2]雷永剛，付哲.基于藍牙的家用移動機器人控制系統研究[J].現代工業經濟和信息化，2014（22）：18-22.

[3]周華昌.智能控制在機電一體化系統中的應用[J].才智，2011（31）：55.

[4]李軍.綠色企業、綠色產品與機電一體化技術[J].河北工業科技，2002（3）：10-13.