智能機器人創新設計課程改革探究

宮赤坤　陳雄武

摘要：智能機器人創新設計課程對培養學生創新設計能力有很大幫助。本文對智能機器人創新設計課程現狀進行剖析，指出目前教學中存在的一系列問題，針對所提出的問題設置相應教學課程與改革方案，為改革探究智能機器人課程的高校提供一定參考。

關鍵詞：智能機器人;教學課程;改革方案

Research on the Reform of Intelligent Robot Innovation Design Course

GONG Chi-kun? CHEN Xiong-wu

（University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China）

【Abstract】The intelligent robot innovative design course is of great help to train students' innovative design ability. This article analyzes the current status of the intelligent robot innovative design courses， points out a series of problems in the current teaching， and sets up corresponding teaching courses and reform schemes for the proposed problems， providing a certain reference for the reform of universities exploring intelligent robot courses.

【Key words】Intelligent robot; teaching course; reform plan

智能機器人創新設計課程是與機器人設計、制造、應用相關的學科，是研究機器人的基礎和重點。本課程以 “智能機器人”為載體，組織學生對智能機器人的機械系統、電氣系統、軟件系統進行設計研究，引導學生掌握機器人結構設計、編程、調試技能，熟悉相應的采購、加工、裝配流程。本文以上海理工大學機械工程學院機器人工程專業為例，提出一種針對智能機器人專業課程設置和建設的探究思路。

一、國內智能機器人創新設計課程教學現狀

在國外，機器人教育進入課堂的時間較早。我國機器人工程專業設置雖較晚，但對機器人教學的研究卻已擁有很長一段時間。如今，國內各大高校在本科和研究生階段均開設機器人方面的相關課程。

國內開設機器人方面的相關課程最早在研究生階段，面向對象主要包括高校中的機械、電氣、自動化、計算機等理工科專業。此類專業開設機器人課程時大多以機器人概論、機器人學、機器人基礎為主，通過理論學習使學生掌握機器人機構學、運動學、動力學、軌跡規劃、控制學等各方面內容。但機器人學科是一門交叉性很強的學科，單單在一個課程內講述機器人知識往往不切實際。

二、智能機器人創新設計課程教學中存在的問題

1.理論知識深，學生理解難

智能機器人創新設計課程的理論知識較深，需有數學、力學基礎，尤其在運動學、動力學、控制原理方面，要求學生具備良好的邏輯性，否則在學習時會感到非常抽象。通過一段時間的教學探究，按傳統課程設置講授機器人理論會嚴重削減學生對智能機器人課程的興趣，機器人課程教學中抽象又繁瑣的理論確實不利于學生吸收和應用，在某種程度上反而引起學生的畏懼。

2.講授方式死板，學生興趣不高

高校課程主要以“教授講，學生聽”為主，教學過程過于死板。當今科技飛速發展，科幻電影層出不窮，課本上的智能機器人過于陳舊，毫無創新優勢。在學生眼里，智能機器人絕不是書上的連桿、關節等機械結構。相反，學生更喜歡創新型甚至自己獨立設計的智能機器人。

3.教學用書不明確，規劃設計不科學

智能機器人創新設計課程在國內沒有統一規范的授課教材，部分高校開展智能機器人創新設計課程只是一味地跟風機器人教育，整個教學過程沒有合理的教材和科學的教學規劃設計，個別學校甚至將一些公司的產品說明書作為教材進行教授，教學活動隨意性太強。

4.知識應用不足，忽略創新

智能機器人創新設計課程是交叉性非常強的學科，學生在學習智能機器人創新設計課程前須具備機械設計、機械原理、電子電工、控制工程基礎、傳感技術、測試技術等基礎課程知識，否則在學習時會遇到很大的阻力。然而在目前課程教學中，有的學生不能將智能機器人結構與機械設計、機械原理知識相結合，有的學生不能運用矩陣知識解決機器人的位姿變換，還有的學生對傳感技術一無所知，這些都體現出缺乏或難以應用所學知識的現象。其次，教師過多側重理論教學、片面忽略創新。對于智能機器人的機械本體設計，只是基于原結構而未積極引導學生基于理論設計基礎進行結構方面的創新，沒有讓學生獨立思考，動手操作，探索優化。

三、智能機器人創新設計課程教學內容設置

智能機器人創新設計課程包括基礎理論、編程、項目實踐三部分，如表1所示。第一部分以理論知識為主，通過該階段學習學生可掌握機器人運動學、動力學、軌跡規劃三大核心理論知識，教學時可利用機器人器材搭建簡易模型，通過模型激發學生學習興趣，培養學生的邏輯思維和創新能力;第二部分以學習軟件為主，機器人機械結構設計中牽扯到大量矩陣運算，學習MATLAB可大大減少運算量，把更多精力投入機器人結構創新中去。此外MATLAB還有專門的機器人模塊，能為機器人研究提供巨大方便。第三部分將基于項目將所學變為所用，在已有理論知識和編程能力基礎上制作雙足機器人。動手實踐是一個知識運用與創新思考過程，它可以培養學生的實踐能力，同時對鞏固知識體系、加深理論理解有巨大幫助。

四、結語

引入智能機器人創新設計課程，一方面，不僅可以調動學生學習興趣，也可以加深學生對機器人理論知識的理解，更能提高學生的動手操作能力，真正達到學以致用效果;另一方面，還可以讓學生充分發揮自主創新能力，從自主設計到動手調試全方位認識智能機器人，讓各個方面的能力得到全面鍛煉。

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