基于Bluetooth技术的控制系统在工程训练中的应用与思考

摘要：机械类学生在工程训练期间，通过参加“金工杯”机械创新设计与制作比赛，在所创作的作品中，使用基于Bluetooth技术的控制系统，体会机电一体化产品创作过程，初步建立工程意识。工程素养得到培养，对机械作品创新设计的热情得到激发。

关键词：Bluetooth技术；控制系统；工程训练

中图分类号：G642文献标识码：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.04.005

Abstract： During the period of engineering training， mechanical students join the “Jing Gong Cup” game of mechanical innovation design and manufacture， and they create a few works where a control system based on Bluetooth technology is used. Mechanical students realize the creation process of mechatronics products， namely preliminary establish the engineering consciousness， and their engineering quality is trained. It stimulates their enthusiasm of the innovative design of mechanical works， and their interest to professional courses in the late study stage of university gets trained. It also gives us a certain inspiration in engineering training teaching reform， and it strengthens the teachers and students to do scientific research mission.

Keywords： mechanical students； engineering training； Bluetooth technology； control system； engineering consciousness

0引言

工科专业学生所学课程中，基础工程训练课程是一门形式特殊且非常重要的实践教育课，通过该工程训练实践课程的学习，学生能初步建立一定的工程意识[1]。根据所学专业的不同，将学生划分为三大类：机械类、近机械类、非机械类等，对于不同专业类别的学生，基础工程训练实践课程内容设置及对学生的基本要求也有所不同。

针对机械类学生，我校开设的基础工程训练课程内容主要包括：金工实习、电工实习及“金工杯”机械创新设计与制作比赛等三部分。2001年，我校创立“金工杯”机械创新设计与制作比赛，整个比赛贯穿于学生工程训练实习期间，参加工程训练的学生都需要参加该比赛，这是我校工程训练课程中的一大特色。

比赛设置两个主题，分别为“机械创新设计组”和“规定主题组”，其中在“规定主题组”中每个班级需要制作三辆能实现规定动作的遥控机器人。机械类学生在工程训练实习期间需要完成该类作品的总体机械结构方案设计、工艺设计、关键部件的加工装配、控制程序设计及整车的调试等相关工作。近三年，机器人的控制平台均采用基于Bluetooth技术的移动机器人控制平台，通过Bluetooth技术进行交互式通讯，从而实现机器人完成规定的动作[2]，其控制平台搭建如图1所示。

1采用基于Bluetooth技术控制系统的意义

1.1符合机电一体化产品智能化的发展方向

控制系统采用基于Bluetooth技术的移动机器人控制平台，能够灵活实现控制机器人前进、后退、转向、机械臂升降、机械手抓取等。学生根据自己的需求分析，在上位机上编制有效的程序。采用该控制系统，提升了档次，符合机电一体化产品智能化的发展方向[3]。

1.2符合机电一体化产品绿色化的发展方向

基于Bluetooth技术的移动机器人控制平台、8口继电器模块、舵机等部件，能够拆卸并循环利用，且不污染环境，体现了机电一体化产品绿色化的发展方向[4]。

1.3激发学生对机械作品创新设计的热情

基于舵机的转动结构，通过使用舵机部件，促使关键机构的机械创新，从而使机器人小车的机械结构更具多样化、灵活性，舵机的内部核心是一个伺服电机，与普通直流减速电机相比，经控制单元对舵机进行控制，可以灵活、精确地实现某一机械装置完成对某一动作的执行。

以“规定主题组”中的作品“摘星车”为例，见图2，基于舵机的转动结构主要有运动转向机构和机械手臂的伸缩抓取机构，舵机作为这两个机构的核心部件，对于运动转向机构，能够灵活实现小车沿着某一方向转动一定角度进行前进或后退，相比以往的运动转向方式更灵活。采用舵机部件，学生设计的“摘星车”机械手伸缩抓取机构轻巧灵活，摘星效率高且稳定。

1.4激发学生的学习兴趣

学生设计的轮式机器人是一个典型的机电一体化产品，需要完成轮式机器人的总体机械结构方案设计、工艺设计、关键部件的加工装配、控制程序设计及整车的调试等相关工作，需要克服学习困难并查阅大量资料。基于Bluetooth技术的移动机器人控制平台在工程训练中的使用，要求学生根据自己的需求分析，在上位机上编制相应的程序，查阅资料，沟通遇到的问题并予以解决，最终编制出满足需求分析的功能性程序。

通过整个工程训练实践过程，有些同学可能对机械方向更感兴趣，有些同学对控制方向更感兴趣，学生的潜力通过这样的方式得到了一定的挖掘，同时也激发学生对专业课学习的兴趣。

2相关措施

（1）在机械类学生工程训练中，所使用的基于Bluetooth技术的移动机器人控制平台，出现一些硬件损坏无法正常使用的现象，多数原因是少数学生没有严格按照规范操作使用控制平台造成的。

针对这种情况，在以后的比赛规则中规定：调试期间若出现人为原因损坏控制平台，根据加权评定比赛成绩规则，应从总成绩中扣除相应分数。目的是使学生建立工程意识中的设备安全意识、成本意识、项目管理意识等。

（2）加强对学生工程训练期间作品制作进度的管理，留出足够调试时间。八周时间内，既要完成常规的金工及电工实习，又要完成作品的创作，需要合理分配制作时间，使学生建立工程意识中的项目管理意识、时间管理意识等。

（3）进一步设置高智能化机器人比赛项目，深度挖掘学生们的潜力，促使机器人“智”能升级。智能化水平的提升伴随着机械结构的创新设计，与机械结构创新设计是相辅相成的。

机械类学生参加工程训练实训课即“金工杯”机械创新设计与制作比赛时，通过增加智能化机器人项目，结合国内机器人比赛项目内容，如“中南地区港澳特区”机器人比赛要求，单独布置相应的比赛场地，学生可以根据兴趣进行选择，通过不断的学习，循序渐进，势必促使机器人的“智”能升级，既挖掘了学生的兴趣与潜力，也是对科研工作的经验积累。

3结论

机械类学生在工程训练期间所创作的作品中，通过采用基于Bluetooth技术的控制系统，激发了学生对机械作品创新设计的热情和对专业课学习的兴趣，同时在实施工程训练教学改革中也给我们带来了一定的启发。

参考文献：

[1]苏玉波，梁莉，朱正威.工科大学生工程意识与工程素质的培养[J].西安交通大学学报（社科版），1999（2）：73-76.

[2]雷永刚，付哲.基于蓝牙的家用移动机器人控制系统研究[J].现代工业经济和信息化，2014（22）：18-22.

[3]周华昌.智能控制在机电一体化系统中的应用[J].才智，2011（31）：55.

[4]李军.绿色企业、绿色产品与机电一体化技术[J].河北工业科技，2002（3）：10-13.