電子信息工程專業(yè)綜合實驗教學(xué)研究

胡湘娟+余建坤+江世明

摘要：分析創(chuàng)新教育改革中實踐教學(xué)的重要作用，根據(jù)電子信息工程專業(yè)的專業(yè)綜合實驗實踐教學(xué)探索， 探究機(jī)械設(shè)計在專業(yè)綜合實驗中的作用，研究如何提高學(xué)生的機(jī)械設(shè)計能力，以提高實踐教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出具有系統(tǒng)性工程實踐能力和創(chuàng)新能力的合格人才。

關(guān)鍵詞：專業(yè)綜合實驗；機(jī)械設(shè)計；機(jī)器人

在創(chuàng)新教育的改革中，強(qiáng)調(diào)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)不應(yīng)只是依附于理論教學(xué)的，不僅僅是課堂教學(xué)的延伸和補(bǔ)充。而應(yīng)該建構(gòu)實踐教學(xué)新模式，將實踐教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、動手能力和綜合素質(zhì)的一個基本途徑。通過實踐教學(xué)環(huán)節(jié)要求學(xué)生掌握基本的設(shè)計方法和操作技能，增強(qiáng)感性認(rèn)識，貫徹系統(tǒng)性工程實踐能力。專業(yè)綜合實驗是為電子信息工程專業(yè)開設(shè)獨立實驗課，

1 專業(yè)綜合實驗

專業(yè)綜合實驗是電子信息工程專業(yè)集中實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，目的是使學(xué)生能綜合運用所學(xué)相關(guān)課程的基礎(chǔ)理論和基本知識，完成電子功能模塊電路或電子系統(tǒng)設(shè)計、仿真和電路測試，為以后畢業(yè)設(shè)計和工作奠定堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。要求學(xué)生完成相關(guān)電子功能模塊系統(tǒng)的電路設(shè)計、仿真到硬件實現(xiàn)和指標(biāo)測試，寫出詳細(xì)的工程實踐報告。近年來，專業(yè)綜合實驗內(nèi)容是使用“探索者”機(jī)器人實驗系統(tǒng)提供的零件和模塊，進(jìn)行運行方案、機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制電路的設(shè)計并編寫控制程序，拼接完成機(jī)器人的組裝，運行測試，實現(xiàn)機(jī)器人的既定功能。

2 機(jī)械設(shè)計在專業(yè)綜合實驗中的作用

國內(nèi)外很多高校都已開展了機(jī)器人的教學(xué)工作[1][2]。并且國際上對機(jī)器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致，即機(jī)器人是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。

無論是哪種情況，機(jī)器人的運動都離不開身體的配合，其中包括機(jī)械本體系統(tǒng)和運動動力控制系統(tǒng)兩大部分[3]。機(jī)械本體是機(jī)器人存在的基本和功能實現(xiàn)的前提，是將各種機(jī)械零件有機(jī)地組合起來，使得機(jī)械結(jié)構(gòu)既巧妙又有效率。機(jī)器人的動力來源一般是電動機(jī)，通過一套機(jī)械傳動裝置，按照機(jī)器人內(nèi)的程序控制，將動力傳到機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)就開始運動了。機(jī)器人如果想要動起來，機(jī)械本體和運動動力系統(tǒng)這兩大部分缺一不可。

一個完整的機(jī)器人設(shè)計應(yīng)該是機(jī)械、電子、軟件和外觀等有機(jī)組合在一起的結(jié)果。必須根據(jù)功能先用機(jī)械零件搭建出各式各樣的機(jī)械結(jié)構(gòu)，再選擇適當(dāng)?shù)碾娮悠骷?，結(jié)合編寫程序，最后加以外觀美工修飾。

設(shè)計機(jī)器人之前先要思考以下問題：要做什么樣的機(jī)器人，需完成什么功能，要有什么動作，在什么環(huán)境下運作，是否要人機(jī)交互等。只有把這些問題弄明白了，確實明確了設(shè)計任務(wù)，才能動手進(jìn)行機(jī)械設(shè)計。進(jìn)行機(jī)械設(shè)計不是單純的將零件搭建成機(jī)械結(jié)構(gòu)那么簡單，而是需要根據(jù)機(jī)器人的運行方式、運動原理和運行環(huán)境，擬定運動方案，確定結(jié)構(gòu)組成。機(jī)械設(shè)計的任務(wù)就是根據(jù)機(jī)構(gòu)運動方案將機(jī)械零件拼裝完成機(jī)械裝置。

3 如何提高學(xué)生的機(jī)械設(shè)計能力

3.1 了解機(jī)構(gòu)運動方式

自然界中物體位置發(fā)生變化的運動，叫做機(jī)械運動。平動、轉(zhuǎn)動和振動，是機(jī)械運動的三種基本形式。任何一種功能機(jī)器人都需要完成一種或同時參與幾種形式的運動，因此學(xué)生需要根據(jù)機(jī)器人的運動特點確定運動方式，選擇適當(dāng)零件拼裝成機(jī)械裝置。

3.2 學(xué)習(xí)機(jī)械裝置運動原理

不同的機(jī)械裝置的運動原理不一樣，要求學(xué)生根據(jù)不同的機(jī)械裝置的原理，選擇零件組成實現(xiàn)。比如曲柄搖桿裝置是由一個曲柄一個搖桿組成，可將連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為擺動運動。常見的雷達(dá)天線俯仰搜索結(jié)構(gòu)就是這樣的曲柄搖桿裝置。選擇電機(jī)和連桿型零件就可實現(xiàn)曲柄搖桿裝置。

3.3 學(xué)看機(jī)構(gòu)簡圖

結(jié)構(gòu)簡圖表示機(jī)械運動配合情況和機(jī)構(gòu)組成情況，代表機(jī)械運動系統(tǒng)的方案。結(jié)構(gòu)簡圖是把實際機(jī)構(gòu)加以科學(xué)的抽象，從原理方面表達(dá)機(jī)構(gòu)的組成和運動性質(zhì)，以便進(jìn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計和拼裝。學(xué)生要會看機(jī)構(gòu)簡圖，從簡圖上確定構(gòu)件的種類數(shù)目、構(gòu)件的相互位置以及所表達(dá)的機(jī)構(gòu)運動性質(zhì)，選擇機(jī)械零件，完成拼裝。

3.4 動手拼裝機(jī)械裝置

學(xué)生通過學(xué)習(xí)認(rèn)識組裝機(jī)器人所需的各種機(jī)械零件圖形、特點及用途，了解其參數(shù)；掌握機(jī)械裝置運動原理、主要用途、組裝方法；掌握典型機(jī)械裝置拼裝所用零件及工具。進(jìn)而利用利用“探索者”機(jī)器人實驗系統(tǒng)提供的零件進(jìn)行機(jī)械裝置的拼裝，從簡單到復(fù)雜，從單一到組合，訓(xùn)練機(jī)械裝置的拼裝能力。再提高到通過組合不同的典型裝置可完成不同的機(jī)器人功能需要，提升能力到設(shè)計機(jī)械裝置。

4 結(jié)論

專業(yè)綜合實驗是為電子信息工程專業(yè)開設(shè)的獨立實驗課，目的是使學(xué)生能綜合運用所學(xué)相關(guān)課程的基礎(chǔ)理論和基本知識，使用“探索者”機(jī)器人實驗系統(tǒng)設(shè)計并拼接完成機(jī)器人的組裝，運行測試，實現(xiàn)機(jī)器人的既定功能。因此進(jìn)行教學(xué)實踐時，要探究機(jī)械設(shè)計在專業(yè)綜合實驗中的作用，從了解機(jī)構(gòu)運動方式、學(xué)習(xí)機(jī)械裝置運動原理、學(xué)看機(jī)構(gòu)簡圖、動手拼裝機(jī)械裝置等幾個方面，研究如何提高學(xué)生的機(jī)械設(shè)計能力，以提高實踐教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出具有系統(tǒng)性工程實踐能力和創(chuàng)新能力的合格人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]王劍，馬宏緒，黃茜薇，劉建平.關(guān)于本科教育機(jī)器人教學(xué)的思考[J]. 電氣電子教學(xué)學(xué)報，2011.2：19-21.

[2]張奔.以實踐為導(dǎo)向的機(jī)器人教學(xué)改革探索[J].中國教育技術(shù)裝備，2017.6：91-92.

[3]張毅，汪幫富，王思明.機(jī)器人創(chuàng)新工程實踐教學(xué)改革與探究[J].教育教學(xué)論壇，2016.51：133-134.

基金項目：湖南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2013年度課題（XJK013CGD022）。