基于OBE的移動(dòng)機(jī)器人控制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)

武曉莉 周樂(lè) 介婧 劉薇

摘 要 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的有效途徑。智能倉(cāng)儲(chǔ)移動(dòng)機(jī)器人控制是智能控制的典型應(yīng)用，在OBE理念指導(dǎo)下將其開(kāi)發(fā)為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)包括6個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，15個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟。豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有助于開(kāi)展自主探究式學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)主題的選取契合行業(yè)發(fā)展需求，符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo);實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)能有效支撐所屬智能控制課程支持的畢業(yè)要求;實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程強(qiáng)調(diào)了知識(shí)學(xué)習(xí)、能力培養(yǎng)、素質(zhì)培養(yǎng)三位一體。

關(guān)鍵詞 虛擬仿真實(shí)驗(yàn);OBE;移動(dòng)機(jī)器人;智能控制;智能倉(cāng)儲(chǔ)

中圖分類號(hào)：TP242? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.32.009

Construction of Virtual Simulation Experiment of Mobile Robot

Control Based on OBE Concept

WU Xiaoli， ZHOU Le， JIE Jing， LIU Wei

（School of Automation and Electrical Engineering， Zhejiang University of Science and Technology，

Zhejiang， Hangzhou 310023）

Abstract Virtual simulation experiment is an effective way for the experimental teaching reform. Intelligent warehouse mobile robot control is a typical application of intelligent control， which is developed as a virtual simulation experiment under the guidance of the OBE concept. The virtual simulation experiment includes 6 modules and 15 steps. Abundant experimental content can stimulate students' interest， and is helpful for self-inquiry learning. The selection of the experiment theme meets the needs of the industry development and the educational objectives; the design of the experiment content can effectively support the graduation requirements supported by the intelligent control course; the experiment implementation process emphasizes the trinity of knowledge learning， ability training， and quality cultivation.

Keywords virtual simulation experiment; OBE; mobile robot; intelligent control; intelligent warehousing

引言

教育部《關(guān)于2017-2020年開(kāi)展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的通知》和2018年《關(guān)于開(kāi)展國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作的通知》，明確提出建設(shè)示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，推動(dòng)高校積極探索線上線下教學(xué)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，重點(diǎn)解決真實(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目條件不具備或?qū)嶋H運(yùn)行困難、高成本、大型綜合訓(xùn)練等問(wèn)題。[1]2019年教育部《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)》，提出實(shí)施一流本科課程“雙萬(wàn)計(jì)劃”，其中要認(rèn)定的五類課程就包括虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流課程。[2]開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)，可以拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容廣度和深度、延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和空間、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平，特別是對(duì)疫情期間“停課不停學(xué)”的線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)可提供有效保障。

盡管自動(dòng)化專業(yè)類的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目2020年才在教育部的規(guī)劃中被首次列入，我校自動(dòng)化專業(yè)及早認(rèn)識(shí)到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的重要意義，開(kāi)展了相關(guān)建設(shè)工作，于2019年設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了智能倉(cāng)儲(chǔ)移動(dòng)機(jī)器人控制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，并獲批浙江省“十三五”高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。該實(shí)驗(yàn)屬于智能控制課程的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)。移動(dòng)機(jī)器人，又稱為AGV（Automated Guided Vehicle），其進(jìn)行自主分揀投遞貨物的控制技術(shù)是目前智能倉(cāng)儲(chǔ)高效運(yùn)行的核心技術(shù)內(nèi)容，也是智能控制理論及方法的一個(gè)典型應(yīng)用場(chǎng)景。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目以菜鳥(niǎo)速遞某管理區(qū)總部的智能倉(cāng)儲(chǔ)AGV分揀投遞系統(tǒng)為模擬原型，結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)發(fā)展方向，融合智能控制課程內(nèi)容，面向?qū)W生開(kāi)發(fā)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。

在該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和持續(xù)建設(shè)過(guò)程中，始終秉承OBE（Outcome-based Education）的教學(xué)理念。OBE，即產(chǎn)出導(dǎo)向教育，亦稱成果導(dǎo)向教育、目標(biāo)導(dǎo)向教育、能力導(dǎo)向教育或需求導(dǎo)向教育，是工程教育專業(yè)認(rèn)證的三大理念之一，指教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施都以學(xué)生通過(guò)教育過(guò)程所取得的學(xué)習(xí)成果為目標(biāo)。[3]OBE遵循反向設(shè)計(jì)、正向?qū)嵤┑脑瓌t，以最終學(xué)習(xí)成果目標(biāo)為導(dǎo)向，反向進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。[4]智能倉(cāng)儲(chǔ)移動(dòng)機(jī)器人控制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)從實(shí)驗(yàn)主題選取、內(nèi)容設(shè)計(jì)到教學(xué)實(shí)施都貫徹了OBE的理念。

1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)背景及必要性

1.1 背景需求

我校為應(yīng)用型高校，地處物流業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū)。近年隨著智能物流、智能倉(cāng)儲(chǔ)的大發(fā)展，國(guó)內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)表現(xiàn)出高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，[5，6]人才需求量巨大。移動(dòng)機(jī)器人控制技術(shù)已成為控制與人工智能學(xué)科交叉的研究前沿和應(yīng)用熱點(diǎn)。以需求為導(dǎo)向，在工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)框架下，我校自動(dòng)化專業(yè)修訂了更符合學(xué)校定位、適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的培養(yǎng)目標(biāo)，主要定位于為移動(dòng)機(jī)器人、工業(yè)自動(dòng)化等重要領(lǐng)域培養(yǎng)人才。

根據(jù)OBE的反向設(shè)計(jì)原則，依據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)定畢業(yè)要求進(jìn)而設(shè)置課程，需要課程體系涵蓋控制理論、人工智能、機(jī)器人等領(lǐng)域知識(shí)。本虛擬仿真實(shí)驗(yàn)所屬的智能控制課程，是自動(dòng)化專業(yè)的一門重要專業(yè)課，其課程內(nèi)容與人工智能學(xué)科知識(shí)交叉性強(qiáng)。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)之初，經(jīng)過(guò)走訪校友和機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)、進(jìn)行調(diào)研和對(duì)比分析，最終選取了結(jié)合智能倉(cāng)儲(chǔ)分揀投遞應(yīng)用的移動(dòng)機(jī)器人控制作為仿真對(duì)象，主要依據(jù)就是該主題內(nèi)容依托的真實(shí)項(xiàng)目背景，體現(xiàn)了區(qū)域特色與產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，契合當(dāng)下信息、物流和機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。實(shí)驗(yàn)主題的選取體現(xiàn)了OBE的理念。

1.2 虛擬仿真的必要性

智能倉(cāng)儲(chǔ)分揀投遞系統(tǒng)的場(chǎng)地動(dòng)輒上千平方米，幾十甚至幾百臺(tái)AGV，不算輔助的大型設(shè)備，單每臺(tái)AGV的價(jià)格就達(dá)萬(wàn)元。真實(shí)項(xiàng)目所需的場(chǎng)地大、設(shè)備多且貴?，F(xiàn)場(chǎng)一般不對(duì)外開(kāi)放，學(xué)生要進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行學(xué)習(xí)會(huì)干擾系統(tǒng)工作，安全隱患大，因此只能遠(yuǎn)觀，無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。并且真實(shí)項(xiàng)目設(shè)備硬件固定，升級(jí)換代難，多用于觀察認(rèn)知，很難在其系統(tǒng)上調(diào)試各種智能控制方法。

在傳統(tǒng)的智能控制課程教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)一般采用MATLAB編程進(jìn)行算法實(shí)現(xiàn)、調(diào)試和驗(yàn)證，形式較枯燥，實(shí)驗(yàn)題材有局限。受經(jīng)費(fèi)和場(chǎng)地等現(xiàn)實(shí)條件所限，對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人僅能提供少量實(shí)體用于認(rèn)知學(xué)習(xí)，難以構(gòu)建多AGV協(xié)同運(yùn)行的應(yīng)用場(chǎng)景及其所需的硬件設(shè)備，缺乏實(shí)物感和現(xiàn)場(chǎng)感。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在三維虛擬空間完成場(chǎng)景搭建及設(shè)備建模，還原度高，再現(xiàn)性好，有利于更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣;開(kāi)發(fā)好后可無(wú)限次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，運(yùn)行費(fèi)用低;實(shí)驗(yàn)靈活度高，可設(shè)置不同模型及參數(shù)，獲得不同仿真結(jié)果，便于深入理解和對(duì)比分析各種智能控制方法;軟件擴(kuò)展性好，可根據(jù)需求與時(shí)俱進(jìn)更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。因此，建設(shè)虛擬仿真形式的新型智能控制實(shí)驗(yàn)勢(shì)在必行。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

智能倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境下的移動(dòng)機(jī)器人分揀投遞是個(gè)大系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)，可選的原始素材很多。如何對(duì)諸多素材進(jìn)行精選取舍、加工創(chuàng)造，使實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)豐富有特色的內(nèi)容、滿足課程需求、獲得良好的教學(xué)效果，需要有正確的教學(xué)理念指引。根據(jù)OBE的反向設(shè)計(jì)原則，鑒于實(shí)驗(yàn)所屬課程支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)重點(diǎn)在于對(duì)自動(dòng)化領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行分析和研究，因此實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)需要能呈現(xiàn)出依據(jù)工程科學(xué)原理進(jìn)行問(wèn)題分析、方法設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)解釋及獲得有效結(jié)論的過(guò)程。為此，將移動(dòng)機(jī)器人控制所需的工程科學(xué)原理（即智能控制課程中的模糊控制、專家系統(tǒng)、智能優(yōu)化等方法[7]）與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有機(jī)融合，并對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)，突出了分析研究求解問(wèn)題的過(guò)程。經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)整，最終設(shè)計(jì)了系統(tǒng)學(xué)習(xí)、AGV運(yùn)動(dòng)控制、AGV智能路徑規(guī)劃、多AGV協(xié)同調(diào)度、故障與處理、考核與評(píng)價(jià)六大實(shí)驗(yàn)?zāi)K，15個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟，具體在下文展開(kāi)介紹。

實(shí)驗(yàn)軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境是基于Unity 3D、Maya和Visual Studio平臺(tái)，仿真軟件為本校與第三方公司合作開(kāi)發(fā)，由學(xué)校和公司共同提供上線服務(wù)和維護(hù)，學(xué)校具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。開(kāi)發(fā)好的實(shí)驗(yàn)軟件保存在云端，教師、學(xué)生無(wú)須安裝任何插件就可以通過(guò)常規(guī)瀏覽器基于Web訪問(wèn)方式使用本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。開(kāi)發(fā)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景與AGV設(shè)備透視圖和運(yùn)行路徑見(jiàn)圖1。

2.1 系統(tǒng)學(xué)習(xí)模塊

本模塊包括智能倉(cāng)儲(chǔ)場(chǎng)景學(xué)習(xí)、AGV結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)及裝配、AGV功能演示三個(gè)步驟。

在場(chǎng)景學(xué)習(xí)中，實(shí)驗(yàn)者以3D場(chǎng)景漫游的方式，對(duì)實(shí)驗(yàn)中采用的智能物流分揀系統(tǒng)中的各項(xiàng)主要設(shè)備及功能進(jìn)行快速了解，包括傳送帶、上料機(jī)、下料口、收料網(wǎng)、地標(biāo)二維碼、AGV。

在AGV結(jié)構(gòu)裝配中，實(shí)驗(yàn)者結(jié)合移動(dòng)機(jī)器人實(shí)物，對(duì)實(shí)驗(yàn)中用到的設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和模塊功能進(jìn)行知識(shí)再現(xiàn)，并在3D場(chǎng)景中完成裝配一臺(tái)AGV。

在AGV功能演示中，實(shí)驗(yàn)者以3D方式觀察和熟悉AGV的各項(xiàng)功能，包括行走轉(zhuǎn)向、二維碼導(dǎo)航、投遞包裹、自動(dòng)充電。

2.2 AGV運(yùn)動(dòng)控制模塊

本模塊包括AGV循跡模糊控制、避障運(yùn)動(dòng)控制兩個(gè)步驟。

在循跡模糊控制中，實(shí)驗(yàn)者需要針對(duì)AGV運(yùn)行中由于滾輪磨損失衡等常見(jiàn)原因造成的循跡偏移問(wèn)題，設(shè)計(jì)模糊控制參數(shù)及規(guī)則，以完成AGV運(yùn)行中自動(dòng)糾偏，使其能按設(shè)定路徑正常循跡運(yùn)行。

在避障運(yùn)動(dòng)控制中，實(shí)驗(yàn)者需要針對(duì)AGV運(yùn)行中常見(jiàn)的避讓其他正常行駛的AGV現(xiàn)象，設(shè)計(jì)模糊控制參數(shù)及規(guī)則，以完成AGV運(yùn)行中自動(dòng)避障的功能。

2.3 AGV智能路徑規(guī)劃模塊

本模塊包括靜態(tài)路徑規(guī)劃參數(shù)配置、路徑規(guī)劃算法對(duì)比分析、AGV實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃三個(gè)步驟。

在靜態(tài)路徑規(guī)劃參數(shù)配置中，實(shí)驗(yàn)者需要針對(duì)AGV及攜帶的包裹任務(wù)，自由設(shè)置不同上料機(jī)位和投料口，并自由選取兩種路徑規(guī)劃算法中的一種進(jìn)行路徑規(guī)劃，設(shè)置該算法的參數(shù)，包括距離公式選擇、平滑度權(quán)重參數(shù)、AGV運(yùn)行速度參數(shù)等。

在路徑規(guī)劃算法對(duì)比分析中，實(shí)驗(yàn)者需要采用第二種路徑規(guī)劃算法進(jìn)行路徑規(guī)劃。設(shè)置該算法的參數(shù)。為保證算法可比性，默認(rèn)第二種算法的各項(xiàng)參數(shù)選擇與第一種算法相同。實(shí)驗(yàn)者需要對(duì)兩種路徑規(guī)劃算法的效果進(jìn)行比較和分析。

在AGV實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃中，實(shí)驗(yàn)者需要針對(duì)AGV運(yùn)行途中有可能遇到持久的障礙物，比如掉落的包裹等情況，自主設(shè)置持久障礙物出現(xiàn)的位置，以測(cè)試AGV在該情況下避障后重新進(jìn)行自主路徑規(guī)劃的表現(xiàn)。

2.4 多AGV協(xié)同調(diào)度模塊

本模塊包括協(xié)同調(diào)度場(chǎng)景配置、多AGV協(xié)同運(yùn)行、多AGV人工調(diào)度、多AGV智能調(diào)度四個(gè)步驟。

在協(xié)同調(diào)度場(chǎng)景配置中，實(shí)驗(yàn)者需要針對(duì)多個(gè)包裹任務(wù)、多AGV分揀投遞協(xié)同工作的場(chǎng)景進(jìn)行自由配置。配置參數(shù)包括：包裹的目標(biāo)投放點(diǎn)坐標(biāo)信息、上料機(jī)位選擇、包裹分配數(shù)量、AGV分配方式。配置結(jié)果直接影響后續(xù)仿真運(yùn)行結(jié)果。

在多AGV協(xié)同運(yùn)行中，實(shí)驗(yàn)者需要針對(duì)前一步驟設(shè)置好的包裹分揀任務(wù)及設(shè)備配置，運(yùn)行多AGV進(jìn)行協(xié)同工作，考核指標(biāo)為完成任務(wù)的時(shí)間代價(jià)性能指標(biāo)。如果性能指標(biāo)不理想，需要返回前述步驟進(jìn)行重新參數(shù)配置，并再次觀察運(yùn)行效果。

在多AGV人工調(diào)度中，實(shí)驗(yàn)者需要針對(duì)同樣的分揀任務(wù)及設(shè)備配置，進(jìn)行運(yùn)行中的人工調(diào)度，即人工自由選擇重新安排和設(shè)置已完成當(dāng)前上料機(jī)位任務(wù)的AGV的工作參數(shù)，使其去支援其他尚未完成任務(wù)的上料機(jī)位。實(shí)驗(yàn)者需要觀察在當(dāng)前人工調(diào)度策略下完成任務(wù)的時(shí)間代價(jià)性能指標(biāo)的改善情況。如改善情況不理想，可以重新進(jìn)行人工調(diào)度。

在多AGV智能調(diào)度中，實(shí)驗(yàn)者需要針對(duì)同樣的分揀任務(wù)及設(shè)備配置，進(jìn)行運(yùn)行中的智能調(diào)度，即根據(jù)算法智能安排和設(shè)置已完成當(dāng)前上料機(jī)位任務(wù)的AGV的參數(shù)，使其去支援其他沒(méi)有完成任務(wù)的上料機(jī)位。并統(tǒng)計(jì)協(xié)同運(yùn)行、人工調(diào)度、智能調(diào)度三種模式下的時(shí)間代價(jià)性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析。

2.5 故障與處理模塊

本模塊中設(shè)計(jì)了智能倉(cāng)儲(chǔ)多AGV分揀系統(tǒng)中常見(jiàn)的幾種故障，包括多臺(tái)AGV鎖死、行駛過(guò)程中電池報(bào)警、包裹丟失等，需要實(shí)驗(yàn)者對(duì)突發(fā)故障進(jìn)行及時(shí)鑒別分析及處理，避免雪崩效應(yīng)，保障系統(tǒng)流暢運(yùn)行。

2.6 考核與評(píng)價(jià)

本模塊包括測(cè)試考核、確認(rèn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果生成實(shí)驗(yàn)記錄、成績(jī)反饋及建議。設(shè)計(jì)有與本實(shí)驗(yàn)有關(guān)的智能控制算法知識(shí)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)者完成測(cè)試，并確認(rèn)之前的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)后點(diǎn)擊提交，系統(tǒng)將自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)記錄。其中確認(rèn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，如認(rèn)為之前某些步驟的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想可返回重做。退出實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)前設(shè)置有收集實(shí)驗(yàn)者的反饋建議環(huán)節(jié)。教師根據(jù)考核量規(guī)表和實(shí)驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)記錄及學(xué)生的實(shí)驗(yàn)分析報(bào)告，給出考核成績(jī)并反饋給學(xué)生，提示實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤或可提升之處。

3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施

基于OBE理念的教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)到了什么而不是教師教了什么，為此在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)正向教學(xué)實(shí)施中，構(gòu)建了知識(shí) 能力 素質(zhì)三位一體的教學(xué)模式，以保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)能達(dá)成課程目標(biāo)進(jìn)而能支持畢業(yè)要求。

知識(shí)學(xué)習(xí)層面：通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可掌握智能倉(cāng)儲(chǔ)分揀系統(tǒng)以及自主移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)備、結(jié)構(gòu)和功能等基本知識(shí)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)中多種智能控制方法在AGV運(yùn)動(dòng)控制、路徑規(guī)劃及協(xié)同工作中的運(yùn)用，掌握各種相關(guān)智能控制方法的原理和應(yīng)用。

能力培養(yǎng)層面：通過(guò)實(shí)驗(yàn)中對(duì)多種智能控制方法的不同參數(shù)及模型的自由設(shè)置和搭建，獲得不同的仿真效果，這種多因素影響沒(méi)有唯一解的復(fù)雜工程問(wèn)題，可促使學(xué)生進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)對(duì)比和分析，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的自主探究式學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)智能控制的實(shí)際應(yīng)用，從傳統(tǒng)認(rèn)知教學(xué)的“感”，上升到“悟”的階段。實(shí)驗(yàn)過(guò)程能有效培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行抽象和求解、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析、對(duì)影響因素進(jìn)行解釋、優(yōu)選設(shè)計(jì)方案并獲得有效結(jié)論的能力。

素質(zhì)培養(yǎng)層面：本虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)，在前期學(xué)校所在地的知名機(jī)器人企業(yè)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)知實(shí)習(xí)基礎(chǔ)上進(jìn)行，并結(jié)合AGV實(shí)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)，虛實(shí)結(jié)合，雙管齊下，深化學(xué)生對(duì)我國(guó)自動(dòng)化工程領(lǐng)域趨勢(shì)和熱點(diǎn)特別是機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的了解，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)“中國(guó)智造”和“工匠精神”的認(rèn)知，厚植愛(ài)國(guó)情懷，增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

目前該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)已實(shí)施運(yùn)行兩年，在教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)內(nèi)容豐富的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)改變了傳統(tǒng)單一的實(shí)驗(yàn)方式，激發(fā)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)間地點(diǎn)更自由，愿意花更多的時(shí)間進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，能更充分地發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能;虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)物現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)虛實(shí)結(jié)合相互補(bǔ)充，形成認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)—理論課—虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)鏈，有效助力培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)分析和研究自動(dòng)化領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

4 結(jié)論

為改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)，選取菜鳥(niǎo)速遞某管理區(qū)總部的智能倉(cāng)儲(chǔ)移動(dòng)機(jī)器人分揀投遞系統(tǒng)開(kāi)發(fā)為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。以三維仿真的方式，模擬實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，提供模型及控制參數(shù)選擇，供學(xué)生對(duì)此智能控制典型應(yīng)用場(chǎng)景展開(kāi)問(wèn)題分析、方法設(shè)計(jì)和方案研究。OBE理念貫穿了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的建設(shè)過(guò)程，確保了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)支撐課程目標(biāo)畢業(yè)要求、符合專業(yè)培養(yǎng)方向定位。

通訊作者：武曉莉

基金項(xiàng)目：2019年浙江省“十三五”高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目：智能倉(cāng)儲(chǔ)移動(dòng)機(jī)器人控制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目;浙江省高等教育“十三五”第二批教學(xué)改革研究項(xiàng)目（JG20190310，JG20190315）

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