基于虛擬仿真技術(shù)的機器人課程教學(xué)研究

陶茂平 侯筱賢

（郴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南 郴州 423000）

引言

機器人是一種自動化的機器設(shè)備，讓一些危險性較大的工作得以進(jìn)行和開展，這種技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在了重工業(yè)和軍事消防等領(lǐng)域，這種設(shè)備和技術(shù)可以有效的提高工作效率和社會發(fā)展水平。由于我國機器人專業(yè)開設(shè)較晚，因此在設(shè)置課程體系的過程中可能會缺乏一定的經(jīng)驗，當(dāng)前我國機器人專業(yè)的學(xué)生雖然學(xué)習(xí)了專業(yè)知識，但是實踐機會較少，相關(guān)高校要對機器人課程做好優(yōu)化。

1 機器人課程教學(xué)現(xiàn)狀

在各個高校，機器人課程是一門新生的專業(yè)，很多院校在設(shè)置機器人專業(yè)課程的過程中缺乏一定的經(jīng)驗，而且課程結(jié)構(gòu)安排不夠合理，很難高效的完成機器人課程教學(xué)，更無法將虛擬仿真技術(shù)很好的融合進(jìn)去。整體來說，機器人課程對于理論和實際的要求是十分嚴(yán)格的，他要求學(xué)生不僅要掌握許多的機器人基礎(chǔ)理論，還要擁有一定的實際操作能力，但是我國當(dāng)前各個高校很難將二者結(jié)合起來，由于沒有過多的實踐平臺，很多高校的機器人專業(yè)教學(xué)只停留在了基礎(chǔ)知識傳授方面，并沒有引導(dǎo)學(xué)生去進(jìn)行實踐操作。而且機器人專業(yè)對于學(xué)生的要求比較高，如果學(xué)生想要準(zhǔn)確的理解和把握機器人專業(yè)知識，就需要擁有一定的力學(xué)，機械原理，電子電工，自動化控制等理論基礎(chǔ)。除此之外，學(xué)生還要用有一定的高數(shù)基礎(chǔ)，否則將無法準(zhǔn)確的推理出來相關(guān)數(shù)據(jù)。由于機器人專業(yè)對于數(shù)學(xué)理論知識要求較為嚴(yán)格，在實際操作中需要很多繁雜的數(shù)學(xué)公式，再加上一系列理論化過強的原理，導(dǎo)致機器人專業(yè)知識教學(xué)過于枯燥，學(xué)生在學(xué)習(xí)機器人專業(yè)知識時會產(chǎn)生一定的厭煩心理，而且一些院校中的機器人專業(yè)并沒有引進(jìn)如MATLAB的高新軟件，因此在實踐的過程中需要學(xué)生進(jìn)行大量的計算，這就使得學(xué)生的厭煩情緒高漲，不能展現(xiàn)出來良好的課堂效果。

2 基于虛擬仿真技術(shù)的機器人課程教學(xué)研究

2.1 構(gòu)建虛擬仿真實驗平臺

為了解決機器人專業(yè)設(shè)備成本過高的問題，部分高校可以通過構(gòu)建虛擬仿真實驗平臺來幫助學(xué)生提高實踐能力。這種虛擬實驗平臺與現(xiàn)實中的實驗操作平臺有著同樣的效果，但是虛擬仿真實驗平臺相對來說成本較低，容易為各大高校所接受。這些虛擬仿真實驗平臺大多數(shù)是以三維建模軟件為基礎(chǔ)，在虛擬空間中將機器人的各個部件進(jìn)行繪制和裝配，以此來達(dá)到還原實際的效果。在裝配完成后，學(xué)生可以利用相關(guān)軟件來讓這些虛擬機器人設(shè)備進(jìn)行運動和工作，進(jìn)而觀察機器人各個機械部件的運動情況。如果學(xué)生對于一些運動方式不理解或者無法深入了解運動情況，那么學(xué)生可以操作虛擬實驗平臺來將各個部件拆分開來，觀察各個部件的實際運動情況以及各個坐標(biāo)系隨杠桿運動的情況，幫助學(xué)生深入理解機器人專業(yè)中的運動原理。而后教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用相關(guān)函數(shù)推理軟件來將相關(guān)數(shù)據(jù)計算出來，再利用3D模型技術(shù)將機器人的機械部件運動方式展現(xiàn)出來，達(dá)到運動仿真的效果。

2.2 合理利用虛擬仿真技術(shù)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

機器人專業(yè)知識相對來說較為枯燥，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中會產(chǎn)生一定的厭煩心理，為了幫助學(xué)生更好的學(xué)習(xí)機器人專業(yè)知識，提高自身的學(xué)習(xí)興趣，機器人專業(yè)教師可以利用虛擬仿真技術(shù)來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將虛擬仿真技術(shù)帶到課堂上。教師在在講解一些機械臂或者其他機械部件的運動原理時，教師就可以利用一些基礎(chǔ)的三維建模軟件來將這些部件的運動方式以動畫或者其他形式展現(xiàn)出來，讓學(xué)生可以更加深入的了解相關(guān)機械臂或者其他部件的運動方式和運動原理。相比于枯燥的知識講授來說，這種可視化的教學(xué)方法可以讓學(xué)生提高自身的學(xué)習(xí)積極性，幫助學(xué)生培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)興趣，同時教師在教學(xué)的過程中還需要為學(xué)生講授這些軟件的具體操作方法以及如何構(gòu)建虛擬仿真平臺等，讓學(xué)生充分的掌握虛擬操作方法，幫助學(xué)生可以更好的完成實驗操作。另外教師還可以為學(xué)生提供多種解決問題的方法，在課堂上為學(xué)生設(shè)置一定的問題，而后讓學(xué)生在課下使用正確的方法來進(jìn)行解答，加深學(xué)生的知識印象，鍛煉學(xué)生解決問題的能力。同時，教師也可以找尋一些與機器人相關(guān)的趣味性事例，以這些事例為指引來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓機器人課程學(xué)習(xí)更加具有趣味性。

2.3 引導(dǎo)教師創(chuàng)新教學(xué)方法，豐富教學(xué)技能

在教學(xué)的過程中，教師的教是影響學(xué)生學(xué)習(xí)的重要因素之一，因此高校在進(jìn)行課程教學(xué)改革的過程中要認(rèn)識到教師教學(xué)效率的重要性。為了更好的提高機器人課堂教學(xué)效率，高校可以組織機器人專業(yè)教師去學(xué)習(xí)在虛擬仿真技術(shù)平臺進(jìn)行實驗操作的技巧，讓教師豐富自身的教學(xué)技能，同時高校方面也要引導(dǎo)機器人專業(yè)的教師創(chuàng)新自身的教學(xué)理念，改變以往枯燥的教學(xué)模式，將虛擬仿真技術(shù)引入到課堂中來，幫助教師提高自身的教學(xué)魅力，引導(dǎo)學(xué)生激發(fā)自身的學(xué)習(xí)興趣。

3 結(jié)束語

總體來說，我國當(dāng)前各個高校的機器人專業(yè)存在著一定的問題，為了更好的培養(yǎng)學(xué)生，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展，各高校和專業(yè)教師需要有效的將虛擬仿真技術(shù)利用起來，將其帶入到課堂上，利用虛擬實驗平臺培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，為學(xué)生的未來發(fā)展奠定基礎(chǔ)。