機器人教育在應用型本科院校的實踐與探究

谷明信

摘要：機器人教育對機器人工程人才的培養、機器人及智能裝備產業的發展起著舉足輕重的作用。本文在分析我校開展機器人教育背景的基礎上，討論了應用型本科院校與傳統重點本科院校、高職院校對機器人工程人才培養的區別。簡述了我校在機器人理論教學、實踐教學、實訓平臺建設、機器人學科競賽等方面的情況，最后提出了機器人方向機器人教學的改進意見。

關鍵詞：機器人教育；機器人教學；應用型本科院校；機器人競賽

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）31-0121-02

一、引言

隨著我國勞動力成本快速上漲，人口紅利逐漸消失，生產方式向柔性、智能、精細轉變，構建以智能制造為根本特征的新型制造體系迫在眉睫。機器人作為先進制造業的關鍵支撐裝備，在改善人類生活方式中起著重要作用。無論是在制造環境下的工業機器人，還是在非制造環境下的服務機器人，其研發及產業化應用是衡量一個國家科技創新、高端制造發展水平的重要標志。大力發展機器人產業，對于推動我國工業轉型升級，加快制造強國建設，改善人民生活水平具有重要意義。

2010年以來，中國機器人市場以年均36%的速度增長。2013年中國成為全球第一大工業機器人市場。然而，我國機器人市場多為國外品牌占領，整體機器人產業科研水平滯后，缺乏關鍵零部件，國產品牌機器人在機械加工和裝配等方面精度不夠，機器人工程人才缺少，這些都嚴重制約著機器人產業的發展。國家和地方層面也出臺大量政策或規劃促進機器人產業的健康有序發展。機器人及智能裝備產業的發展離不開機器人工程人才的培養，高校是人才培養的重要基地。應用型本科院校本著融入地方經濟、服務地方產業的原則，開展機器人教育為機器人產業提供人才。

在國外，機器人教育從基礎教育階段就已經開始普及，機器人教育從幼兒園的啟蒙階段一直延續到高等教育階段。在國內，東北大學趙姝穎提出以DIY理念推動教育機器人的研發和應用，將機器人教育內容化整為零，充分發揮機器人教育的后發優勢。佛山職業技術學院提出校企合作、項目引領、課崗融通的人才培養模式，依托佛山市機器人及智能裝備產業優勢，從事工業機器人生產及應用，培養從事工業機器人安裝、編程、調試、運行維護、銷售等工作的復合型高端技能人才。機器人教育是最近幾年新興的教育領域，國內各高校爭相開展機器人教育。

重慶文理學院作為應用型本科院校，面向重慶市汽車摩托車及裝備制造等支柱產業和機器人、數控車床等高端智能裝備戰略新興產業，立足永川區機器人及智能裝備產業產業基地，開展機器人教育進行機器人工程人才的培養具有重要意義。

二、應用型本科院校機器人工程人才培養區別

應用型本科院校對機器人工程人才的培養既有別于高職高專院校培養的技能型人才，又要區別于傳統研究型本科院校培養的學術型人才（見表1）。目前高職高專的機器人人才培養，主要是從事工業機器人及配套設備的基本應用、安裝調試、運行維護、售前售后的技術服務。如重慶電子工程職業學院、無錫職業技術學院，黃岡職業技術學院等。研究型本科院校，如東南大學2016年設立了全國首個機器人工程本科專業，培養懂設計和研發的系統工程師。多數重點大學機器人人才培養是在研究生階段作為一個研究方向。如哈爾濱工業大學依托機器人技術與系統國家重點實驗室開展碩士、博士研究生的培養。應用型本科院校應根據地方產業需求，培養分層遞進式機器人集成應用工程師。

三、機器人教育的具體實踐

機器人教育以機器人為教學研究平臺，從課堂教學、實驗實訓教學、課程設計、畢業設計、學科競賽、第二課堂、校企合作等方面進行“分層遞進”模式機器人工程人才培養。

1.機器人理論教學。我校在機械工程專業中設置了工業機器人方向，為本科生開設了《機器人導論》、《機器人使用與維護實訓》、《機器人控制技術實訓》、《機器人創新設計與制作》課程等。《機器人導論》主要學習機器人基本概念、性質、組成、應用，機器人運動學、運動正反解、空間坐標變換、機器人動力學、機器人控制、機器人傳感檢測技術等，使學生對機器人控制及運動形式有個初步了解。《機器人創新設計與制作》主要依托模塊化機器人平臺開展各種不同構型的機器人設計，使學生綜合運用各種工程和技能來實現一個機器人項目，從而得到工程應用和創新創意訓練。

2.機器人實踐教學。機器人實踐教學依托機器人實驗實訓平臺，需要機械結構建模設計、軌跡規劃、伺服驅動與控制、傳感器與檢測等多學科融合。機器人實踐教學過程中建立從簡單到復雜，從低級到高級，從單一基本技能到綜合技能再到創新設計技能，能力進階的系列化實驗實訓項目化教學體系。逐步建立機器人實踐教學數據庫，使學生在學校受到機器人工程師完整的訓練，形成可以推廣的教學成果與經驗。

3.機器人課外教學。機器人教學的第二課堂包括機器人創新設計與制作-暑假優秀工程師、機器人相關的畢業設計、機器人學科競賽、學生科研、學生社團等。暑假優秀工程師是利用假期兩周的時間，組織學生以項目制工程應用為目標的實訓。自2013年重慶文理學院機電工程學院成立以來，積極組織學生參加各類機器人大賽，包括重慶市移動機器人大賽、中國機器人大賽暨Robocup公開賽、尚和杯中國機器人大賽、挑戰杯等。獲得國家級獎項8次，省部級獎項20余次。

4.機器人實驗實訓平臺建設。為提高學生在機器人工程應用能力，必須讓學生走出課堂走進實驗實訓室，因此需要構建機器人實驗實訓平臺-工業機器人實訓平臺和智能教育機器人實訓平臺。目前已建有模塊化機器人創新設計實訓室、工業機器人及智能視覺實訓室、OTC焊接機器人實訓室、機器人設計與仿真實驗室、工業機器人系統集成實訓室、機電液傳動控制實驗室、PLC原理及應用實驗室、工業自動控制實驗室、3D打印設計實訓室等，為機器人工程人才培養提供堅實基礎。

四、機器人教育思考及建議

1.雖然已開展機器人工程人才的教學，但機器人課程體系并不完善，尚未形成學科專業。機器人實驗實訓平臺應與機器人課程配套，完善機器人實驗課程的內容。機器人配套教育資源要逐漸自主化、系統化，建立機器人理論教學、實驗教學數據庫。

2.需進一步整合學校資源，加大師資投入。使更多的教師、學生從事機器人科學研究、學科競賽，進一步與機器人制造商、機器人系統集成商、機器人應用企業合作辦學，開展項目研究。

參考文獻：

[1]趙姝穎，張云洲，余建德，張渡.機器人在教育領域應用的探索與實踐[J].機器人技術與應用，2016，（1）.

[2]羅庚興，李大成.基于產業需求的高職工業機器人技術專業人才培養研究-以佛山市為例[J].職業教育研究，2016，（8）.

[3]王劍，馬宏緒，黃茜薇，劉建平.關于本科教育機器人教學的思考[J].電氣電子教學學報，2011，（4）.