以機器人為載體的機電綜合創新平臺構建與實踐

丁長濤 呂原君

[摘 要]以機器人為載體，從系統的角度構建了“六位一體、雙向融合、三維遞進”的機電綜合創新平臺，以期解決高職機電資源融合較弱、學生綜合創新能力不強等問題。通過有效整合軟件與硬件、機械類與電子類課程實訓、競賽與能力、運行機制與人文活動、師資隊伍與教學方式、創新與創業等六方面內容，對學校和工作崗位的機電綜合知識進行了雙向融合，利用機電綜合創新平臺完成了理實一體化知識的學習、應用和創新。基于該平臺取得了一系列創新性成果，實踐表明以機器人為載體構建機電綜合創新平臺，能夠顯著提高學生的綜合創新能力，是一種有效融合機電資源的重要方式。

[關鍵詞]機電綜合創新平臺;機器人;六位一體;雙向融合;三維遞進

[中圖分類號]G642.0

[文獻標識碼]A

[文章編號]1005-4634（2019）03-0112-04

0 引言

機器人是一個集機械設計與制造、電子信息技術、控制理論與工程、機器視覺技術、信息融合技術、交互設計等諸多學科為一體的綜合學科。《中國制造2025》中提出到2025年基本實現工業化、智能化，重點發展機器人等領域。工業和信息化部、發展改革委、財政部等三部委聯合出臺的《機器人產業發展規劃（2016-2020年）》，引導我國機器人產業快速、健康、可持續發展[1，2]。各省市也出臺了一系列政策促進地方產業發展，比如，2017年浙江省發布了《浙江省“機器人+”行動計劃》，提出到2020年機器人在浙江省經濟社會各領域應用中需取得重大進展[3];《中國制造2025浙江行動綱要》中指出重點發展機器人等十一類產業[4]。

通過調研發現，在國家、地方發展的大背景下，目前國內大部分機電綜合創新平臺主要存在以下問題[5-9]：（1）平臺缺少與國家地方發展的緊密聯系。大部分機電綜合創新平臺，僅考慮了對之前課程所涉及的知識進行實訓，并沒有充分考慮國家宏觀政策及發展需求，對工作崗位和學校現有條件的融合并不充分，大部分平臺缺乏與學生就業、創業的無縫接軌，出現了與國家地方發展相脫節的現象。（2）平臺智能化、現代化程度并不高。現有的大部分機電綜合創新平臺往往體積較大、質量較重且價格較為昂貴，設備較為傳統，缺乏包括機器視覺在內的智能化知識，很難實時對相關問題進行智能化處理。（3）平臺所涉及的硬件、軟件較為單一。目前一些機電綜合創新平臺所涉及的機械類和電子類課程數量偏少，各課程之間的聯系并不緊密，且存在各自為政的情況，因此很難對學生之前所學知識進行綜合訓練。（4）平臺較難深入開展創新性工作。利用現有大部分機電綜合創新平臺，較難形成創新型師資隊伍，不利于創新性工作的開展，對學生創新能力的培養存在一些難度。此外，現有大部分機電綜合創新平臺并沒有緊密聯系國家、省、市相關競賽，由于缺少競賽，創新能力很難得到長期有效提高，平臺的運行容易出現“走下坡路”的情況。

1 機電綜合創新平臺的主要內容

1.1 “六位一體”的機電綜合創新平臺

圖1所示為“六位一體”的機電綜合創新平臺，“六位”分別指“硬件+軟件”“機械類相關課程實訓+電子類相關課程實訓”“競賽+能力”“運行機制+人文活動”“師資隊伍+教學方式”和“創新+創業”等六方面的內容;“一體”指以機器人為載體構建機電綜合創新平臺。

具體地講，（1）機器人硬件主要包括單片機、傳感器、電機及其驅動、電路板、傳統加工制造設備、先進加工制造設備等硬件;機器人軟件主要包括編程軟件、視覺軟件、電路板設計軟件、機械設計軟件等。通過設置不同的項目，綜合運用上述硬件和軟件，完成機器人的設計、加工、裝配、調試、維護與保養等內容。（2）基于機電綜合創新平臺，完成機械類和電子類相關課程中知識點的實訓，主要包括以下課程：《電機與拖動》《機械設計》《傳感器與檢測技術應用》和《單片機技術與應用》等。（3）基于機電綜合創新平臺，學生將參加國家、省、校等各級各類機器人競賽，提升學生的創新能力、專業知識運用能力、解決問題能力以及團隊合作能力等。（4）構建并實施機電綜合創新平臺的運行機制，主要包括過程控制閉環反饋調節機制、激勵機制、質量評估機制、合作競爭機制、保障機制等內容，通過上述運行機制保障該平臺的正常運行。此外，基于該平臺舉辦一系列的人文活動，如茶話會、戶外活動、游戲娛樂等，以增進師生友誼，營造和諧團結的氛圍。（5）基于機電綜合創新平臺完成創新型師資隊伍的組建，該隊伍包括專家教授、高級工程師、高級實驗室、高級技師以及富有活力的講師與助教等。該平臺將采取靈活多樣的教學方式開展教學，比如老師教學生、老生教新生、小組討論、師生互學、混合教學與傳統教學方式等，從而便于不同問題的解決。（6）基于該機電綜合創新平臺開展諸多創新活動，比如機械類創新、電子類創新以及綜合類創新等。基于該平臺將開展機械類、電子類、綜合類的創業活動，以便學生實現管理者、企業家的愿望。

1.2 “雙向融合”的機電綜合創新平臺

如圖2所示，學校和工作崗位中的專業知識通過機電綜合創新平臺進行雙向融合，一方面基于以機器人為載體的機電綜合創新平臺，對之前所學課程的重要知識點進行復習、鞏固、訓練和創新，從而使得學生更容易勝任畢業后的工作崗位;另一方面對已畢業學生的工作崗位進行分析，對機電綜合創新平臺的相關內容進行調整、優化，進而調整課程實訓的相關內容。通過機電綜合創新平臺對學校和工作崗位不斷雙向融合，實現三者穩定、協調、有序的發展。

1.3 “三維遞進”的機電綜合創新平臺

“三維遞進”的機電綜合創新平臺指以機器人為載體，從理實一體化知識學習，到理實一體化知識應用，直至理實一體化知識創新。如圖3所示，第一層為學習層，主要學習理實一體化知識;第二層為應用層，主要實現對理實一體化知識的應用;第三層為創新層，在第一層和第二層的基礎上，實現理實一體化知識的創新。通過上述“三維遞進”的機電綜合創新平臺不斷提高學生機電綜合創新能力。

以機器人為載體的機電綜合創新平臺的構建流程如圖4所示，具體來說包括以下幾個步驟：（1）通過查閱資料、走訪企業以及到一些兄弟院校學習取經，收集整理調研資料;（2）基于上述調研資料，分析機電綜合創新平臺目前現狀及存在的問題，確定以機器人為載體的機電綜合創新平臺的主要內容;（3）宏觀上制定并優化機電綜合創新平臺的構建方案與運行機制;（4）分步建設“六位一體、雙向融合、三維遞進”的機電綜合創新平臺;（5）機電綜合創新平臺的試運行，采用“三維遞進”的方式鍛煉學生的綜合創新能力;（6）分析機電綜合創新平臺的運行效果，判斷機電綜合創新平臺是否符合要求;（7）若不符合要求，需要對平臺及時調整與優化;若符合要求，機電綜合創新平臺正式投入運行，但仍需定期對該平臺檢查、調整與完善，以適應國家社會日益發展的需要。

圖5所示為機電綜合創新平臺的實施主體，本平臺主要采用教師指導、學生維護、企業參與的方式實現其運行與發展。具體地說，教師結合學校和企業崗位，完成機電綜合創新平臺的架構與指導;學生在教師的指導下，搭建機電綜合創新平臺，并維護、保養機電綜合創新平臺的正常運轉;企業結合人才需求情況以及所需要的專業知識，參與到該平臺的建設中。教師、學生、企業協同工作，共同推動機電綜合創新平臺的發展。

3 機電綜合創新平臺的成效

1） 如圖6所示，搭建了以機器人為載體的機電綜合創新平臺，該平臺較為智能，比如該平臺的大部分機器人具有視覺識別、路線自動規劃、越障等功能。編制并優化了機電綜合創新平臺的相關規章制度，從而保障了機電綜合創新平臺的正常運行。

2） 基于機電綜合創新平臺，舉辦了校級技能文化節中的多個項目，如智能機器人競賽等。在機器人領域獲得了許多成績，如在中國智能機器人大賽中獲獎34項，其中，一等獎22項、二等獎8項。

3） 通過機電綜合創新平臺綜合鍛煉團隊的創新能力，已取得諸多創新性成果，如已申請學生國家發明專利2項等。

4） 機電綜合創新平臺有效鍛煉了學生的能力，學生就業質量得到了大幅度提高。近幾年來，一批學生被知名企業錄取，比如上海鐵路局、杭州地鐵、紹興軌道交通、海亮集團等，許多學生在企業中發揮了技術骨干作用。此外通過機電綜合創新平臺的鍛煉，有些學生創辦了與機器人相關的企業。

5） 基于機電綜合創新平臺對專業課程知識進行教學，學生更容易掌握專業知識點，比如《電機與拖動》講述機器人電機的驅動力，《傳感器與檢測技術》講述機器人的各種傳感器及其功能實現，《機械設計基礎》講述機器人的硬件設計等，通過機器人實物進行教學，激發了學生興趣，取得了良好的教學效果。

4 結束語

本文以機器人為載體，采用教師指導、學生維護、企業參與的方式，構建了“六位一體、雙向融合、三維遞進”的機電綜合創新平臺，取得了一系列創新性成果。實踐表明以機器人為載體構建機電綜合創新平臺，能夠有效融合高職機電資源，提高學生綜合創新能力，培養國家社會所需的優秀機電類人才。本平臺為本校其他專業開展綜合實訓起到了示范推廣作用，為兄弟院校構建機電綜合創新平臺提供了重要參考。

參考文獻

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[3]浙江省人民政府.浙江省人民政府關于印發浙江省“機器人+”行動計劃的通知[EB/OL].（ 2017-07-14）[2018-12-20].http：//www.zjjxw.gov.cn/art/2017/8/8/art_1097558_5852.html.

[4]浙江省人民政府.浙江省人民政府關于印發中國制造2025浙江行動綱要的通知[EB/OL].（ 2016-02-17）[2018-12-20].http：//www.zj.gov.cn/art/2016/2/17/art_37173_261403.html.

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