探索者实验室建设及机器人开发理念

2017-04-26 08:31林彤金濯任玲
课程教育研究 2016年13期
关键词:探索者机器人机构

林彤+金濯+任玲

【中圖分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2016)37-0003-01

机器人技术作为融合了机械工程,机械自动化,单片机,计算机技术等学科的综合性的典型载体,被广泛作为我国各类高校实践性教学和研究的选题之一,并有大量有规模有组织的机器人赛事支撑着这项技术的宣传和发展。作为一所应用型的高职院校,江苏农牧科技学院开设了“机器人创新技术”这门课程,以提高学生对工程类各课程的综合理解和培养学生创新实践的能力。

一、机器人课程实验特点

机器人教育大多侧重于课堂上的讲授,理论的了解和公式的推导,实践动手,实验设计论证等方面欠缺。书本理论知识相对完善,但是创新能力和实践能力未得到锻炼,综合设计分析问题和解决问题的能力相对薄弱。缺少设计性和综合性实验的机器人课程难以让学生通过课程的学习,思考和创新的能力得到培养和提高。因此机器人实验教学的设置和探索,建立探索者实验室硬件平台对于机器人实验教学的改革十分有必要。

二、探索者平台简介

探索者平台是由机器时代推出的专业型机器人设备原型设计工具,包含了机构件,舵机,传感器以及控制模块。可用于创新教学、工程认知、工程实训、课程设计、毕业设计、工程类竞赛、新产品原理验证等。学生在创新实践,工程实训,课程设计等实践中能够更好的理解消化和掌握机械设计及制造,机械装备等基础课程中的知识,通过实践和自主设计的方式,能更好的提高实践创新的能力。传感器,主控板等控制单元能够让学生在实现机构运动的设计过程中,更全面的了解单片机PLC,计算机语言编程等学科的知识。

三、“探索者”实验室建设

机器人创新设计实验室配备十套至十五套探索者平台套件。授课学生分组进行两个阶段的学习,第一阶段完成探索者平台基础性的系统学习和模仿实验。“工作过程导向”教学模式按照完整的工作过程构建学习任务,设计学习情境并组织实施,做到“教、学、做”三统。

1.第一阶段基础学习演练的流程

第一步,熟悉探索者平台的基础部件,零件的认知及固定铰接,电机的种类及安装。

第二步,通过认知和分析各种类型的机构,并能进行机构运动简图的测绘。其中包括四个实验:

(1)典型机械装置设计实验;

(2)简易轮型机构设计实验;

(3)简易足型机构设计实验;

(4)简易关节模块设计实验。

第三步,电池、主板、电机、传感器的选择,调试及应用。其中包括传感器,主控板的编程和实际运动中的参数调节。

完成后提供设计方法理论,实际问题检测学习结果,例如:

根据图1场景中的障碍物(栅格地毯,楼梯,管道,独木桥)设计出一个能够自主通过该场地的机器人。

完成该阶段学习后,设计相应机构,运用合适的传感器,完成穿越障碍物的功能性机器人,掌握基于探索者平台机器人的设计,可进行下面的步骤。

2.使用“探索者”进行开发设计的流程

第一步,按照构思的机构、电路思路,转变为可以计算和分析的机构简图和控制流程图。

第二步,将简图转变为可以验证的“探索者”分块样机,进行验证调试。设计分块样机的能力通过教材中“模块化”的概念对学生进行训练。

第三步,对加了电池、主板、电机、传感器、结构件等的整机的结构、重心布局,电子部件布局,自动化功能,代码等进行调整和测试,完成一个完整的示意样机。

第四步,可以用标准五金零件、电子部件或自加工零件,对“探索者”的示意性零件进行实用化的工程替代,考虑工艺、材料、精度、外观等问题,变成一个实用级别的工程样机。

四、“探索者”工程开发教学意义

学生可以了解到机器人工程的整体概念,并接受工具使用、机构简图绘制、模块化设计、国标紧固件组装、传感器使用、通信模块使用、单片机与图形化、C语言编程控制等训练。综合设计能力、空间想象力也能得到拓展。“探索者”让机器人设计和机械原理、控制原理等教学产生了联系,学生完成小尺寸机器人的设计,后可放大、工程化、变成实用的机器人,让学生更容易与社会接轨。

文献参考:

[1]张建伟.现代智能机器人前景及技术[J].先进技术研究通报,2009,3.

[2]杨天博.论我国高校实践教学存在的问题及改革对策[J].文化教育,2010,4.

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