移動機器人賽項引入教學的實踐

劉永明

摘? 要：移動機器人作為一款集環境感知、動態決策與規劃、行為控制與執行等多功能與一體的綜合系統，在多個行業得到應用;機器人本身涉及到傳感器技術、信息處理、電子工程、計算機工程、自動化控制工程以及人工智能等多學科，與職業院校機電類專業關聯密切，將移動機器人賽項全方位引入教學實踐，是引賽入教的一次有益實踐，促進教學質量提高，促進學員綜合素養提高。

關鍵詞：移動機器人;自動化控制;賽教融合;教學實踐

“移動機器人”是一種通過程序控制，能自主完成某類任務的機器系統，機器人本身是集環境感知、動態決策與規劃、行為控制與執行等多功能與一體的綜合系統。他集中了傳感器技術、信息處理、電子工程、計算機工程、自動化控制工程以及人工智能等多學科的研究成果，代表機電一體化的最高成就，是目前科學技術發展最活躍的領域之一。

世界技能大賽移動機器人項目是對學員從原型機制造，編程和控制邏輯，無線通信，定位和繪圖，集成傳感器和目標物體處理等幾大方面進行綜合考核。這要求學員具備全面的能力，包括設計、生產、裝配、組建、編程、管理和保養機器人內部的機械、電路、控制等系統，而且要掌握安裝、操作并檢測機器人的控制系統。

賽項實施要求選手使用所提供的機器人完成規定比賽任務。主要包括為機器人編程，在不同競賽場地開展不同序列的任務。除編程外，參賽小組還需要測試、調整傳感器的值和參數，組裝和連接外圍設備和/或工具，并作出最后的試運行。以第四十五屆世賽賽題為例，賽項考核內容為：在規定時間內，以現場操作的方式，根據賽場提供的有關資料和賽項任務書，完成基本賽項任務及綜合賽項任務：

（一）基本賽項任務：

1、按照裝配工藝要求進行移動機器人裝配。

2、按照調試項目表，進行移動機器人編程與調試，并演示相應調試項目。

3、完成移動機器人場地任務，演示機器人的運行性能。

（二）綜合賽項任務：

1、機器人自動從起始位置出發，移動到達散落的臺球處，將臺球抓取后移動走廊入口處。

2、機器人通過遙控或自動穿越走廊，在不碰到走廊墻壁的前提下，沿著走廊墻壁行走，從入口走到出口。

3、機器人自動移動到臺球對應的放置處，將臺球準確放入放置處，之后移動至走廊出口處。

4、機器人通過遙控或自動穿越走廊，在不碰到走廊墻壁的前提下，沿著走廊墻壁行走，從出口走到入口。

5、機器人自動去抓取下一個臺球，直到所有放置處都放置了指定的臺球為止。

進一步分析賽事工作任務需要的專業知識、技能、工作能力，制訂該職業或相關職業群職業知識結構和職業能力結構，并對其具體涵蓋的工作任務和職業能力等層面做更深的分析，可得到典型工作任務對應的基本知識點和技能點：

1、基本知識

本項目選手應掌握的基本知識：機械系統設計和裝配;電氣系統設計和裝配;電子系統設計和裝配;傳感器選型和裝配;計算機編程;成本效率設計、性價比核算、以及進行質量控制。

2、基本技能

需要前期與客戶溝通能力，以了解詳細的需求與規范;需要工作組織以及自我管理能力;需要溝通和人際交往等相關的協作能力;需要提供方案和解決方案的能力;需要解決技術挑戰的創新和創造能力;需要根據客戶需求設計移動機器人的能力;需要根據設計制造移動機器人的能力;需要編程能力;需要設計、裝配和維護機械及電氣裝置的能力

3、基本素質

具有良好的思想品德、法制觀念和職業道德;具有愛崗敬業、忠于職守、勤奮刻苦、踏實肯干、謙虛好學的品質;具有較強的溝通能力，在工作中具有合作能力、交流能力和組織協調能力;具有團隊協作精神，公正坦誠，能夠進行批評與自我批評;工作認真、細致、積極、主動，具有吃苦耐勞的精神;具有健康的體魄、健全的人格、抗挫抗壓的心理素質和良好的行為習慣。

對標典型工作任務，結合教學實際，可分解素養培養，和知識、技能點為以下具體內容：

（一）職業素養

1、敬業愛崗，忠于職守，嚴于律已，刻苦鉆研;

2、勤于學習，善于思考，勇于探索，敏于創新;

3、認真負責，吃苦耐勞，團結協作，精益求精;

4、遵守操作規程，安全、文明生產;

5、著裝規范整潔，愛護設備，保持工作環境清潔有序。

（二）相關知識與技能

1、機電技術應用

2、機電設備安裝與維修

3、鏈傳動、帶傳動、齒輪傳動等典型機械傳動技術

4、步進驅動系統、伺服驅動系統原理與應用

5、MCU自動控制技術

6、運動控制技術及精確定位控制技術

7、機器人控制技術

（三）相關職業標準

嵌入相關職業資格標準要求。

1、維修電工國家職業標準（職業編碼?6-07-06-05）

2、工具鉗工國家職業標準（職業編碼?6-05-02-02）

3、裝配鉗工國家職業標準（職業編碼?6-05-02-01）

4、機械設備安裝工國家職業標準（職業編碼?6-23-10-01）

5、可編程控制系統設計師國家職業標準（職業編碼?X2-02-13-10）

移動機器人是一類可應用于教育領域的機器人，它具備以下特點：首先是教學適用性，符合教學使用的相關需求;其次是具有良好的性價比;再次就是它的開放性和可擴展性，可以根據需要方便地增、減功能模塊，進行自主創新;此外，它還有友好的人機交互界面。作為創新教學平臺，能夠滿足機電一體化、智能系統與工程、計算機與自動化工程等專業的相關專業課程教學與實踐的需要，包括課程設計和畢業設計等創新實踐;作為創新研究平臺，能夠滿足相關專業不同層次教學進行運動機構、智能伺服、實時視覺導航、自組織與自學習、多智能體協調和對抗以及無線通訊等方向的教學和研究需要。

當下，移動機器人的發展可謂是日新月異，隨著性能的不斷完善，移動機器人的應用范圍大為擴展，不僅在工業、農業、醫療、服務等行業中得到廣泛應用，而且在城市安全、國防和空間探測領域等有害及危險場合得到很好地應用。我國的移動機器人事業雖然起步晚，但如今也有了一定的發展。許多學生對移動機器人都有很高的熱情，通過一定途徑能有機會設計并制作移動機器人，并且相當一部分人都有一定的技術基礎，而移動機器人大賽正是給他們提供了一個平臺，來提高同學們在電子信息、機電一體化等方面的相關知識，增強同學們的動手能力，讓大家在實際的設計和制作中體驗實際動手操作的重要性，并以此激發同學們的創新精神，鞏固并進一步加深同學們對理論知識的理解。

參考文獻

[1]? 龍威林. 教學型智能移動機器人控制系統設計研究[D].天津大學，2014.

[2]? 陳震宇，錢樺.移動教學機器人設計[J].機械工程與自動化，2014（02）：164-166.