以机器人为载体的机电综合创新平台构建与实践

丁长涛 吕原君

[摘 要]以机器人为载体，从系统的角度构建了“六位一体、双向融合、三维递进”的机电综合创新平台，以期解决高职机电资源融合较弱、学生综合创新能力不强等问题。通过有效整合软件与硬件、机械类与电子类课程实训、竞赛与能力、运行机制与人文活动、师资队伍与教学方式、创新与创业等六方面内容，对学校和工作岗位的机电综合知识进行了双向融合，利用机电综合创新平台完成了理实一体化知识的学习、应用和创新。基于该平台取得了一系列创新性成果，实践表明以机器人为载体构建机电综合创新平台，能够显著提高学生的综合创新能力，是一种有效融合机电资源的重要方式。

[关键词]机电综合创新平台;机器人;六位一体;双向融合;三维递进

[中图分类号]G642.0

[文献标识码]A

[文章编号]1005-4634（2019）03-0112-04

0 引言

机器人是一个集机械设计与制造、电子信息技术、控制理论与工程、机器视觉技术、信息融合技术、交互设计等诸多学科为一体的综合学科。《中国制造2025》中提出到2025年基本实现工业化、智能化，重点发展机器人等领域。工业和信息化部、发展改革委、财政部等三部委联合出台的《机器人产业发展规划（2016-2020年）》，引导我国机器人产业快速、健康、可持续发展[1，2]。各省市也出台了一系列政策促进地方产业发展，比如，2017年浙江省发布了《浙江省“机器人+”行动计划》，提出到2020年机器人在浙江省经济社会各领域应用中需取得重大进展[3];《中国制造2025浙江行动纲要》中指出重点发展机器人等十一类产业[4]。

通过调研发现，在国家、地方发展的大背景下，目前国内大部分机电综合创新平台主要存在以下问题[5-9]：（1）平台缺少与国家地方发展的紧密联系。大部分机电综合创新平台，仅考虑了对之前课程所涉及的知识进行实训，并没有充分考虑国家宏观政策及发展需求，对工作岗位和学校现有条件的融合并不充分，大部分平台缺乏与学生就业、创业的无缝接轨，出现了与国家地方发展相脱节的现象。（2）平台智能化、现代化程度并不高。现有的大部分机电综合创新平台往往体积较大、质量较重且价格较为昂贵，设备较为传统，缺乏包括机器视觉在内的智能化知识，很难实时对相关问题进行智能化处理。（3）平台所涉及的硬件、软件较为单一。目前一些机电综合创新平台所涉及的机械类和电子类课程数量偏少，各课程之间的联系并不紧密，且存在各自为政的情况，因此很难对学生之前所学知识进行综合训练。（4）平台较难深入开展创新性工作。利用现有大部分机电综合创新平台，较难形成创新型师资队伍，不利于创新性工作的开展，对学生创新能力的培养存在一些难度。此外，现有大部分机电综合创新平台并没有紧密联系国家、省、市相关竞赛，由于缺少竞赛，创新能力很难得到长期有效提高，平台的运行容易出现“走下坡路”的情况。

1 机电综合创新平台的主要内容

1.1 “六位一体”的机电综合创新平台

图1所示为“六位一体”的机电综合创新平台，“六位”分别指“硬件+软件”“机械类相关课程实训+电子类相关课程实训”“竞赛+能力”“运行机制+人文活动”“师资队伍+教学方式”和“创新+创业”等六方面的内容;“一体”指以机器人为载体构建机电综合创新平台。

具体地讲，（1）机器人硬件主要包括单片机、传感器、电机及其驱动、电路板、传统加工制造设备、先进加工制造设备等硬件;机器人软件主要包括编程软件、视觉软件、电路板设计软件、机械设计软件等。通过设置不同的项目，综合运用上述硬件和软件，完成机器人的设计、加工、装配、调试、维护与保养等内容。（2）基于机电综合创新平台，完成机械类和电子类相关课程中知识点的实训，主要包括以下课程：《电机与拖动》《机械设计》《传感器与检测技术应用》和《单片机技术与应用》等。（3）基于机电综合创新平台，学生将参加国家、省、校等各级各类机器人竞赛，提升学生的创新能力、专业知识运用能力、解决问题能力以及团队合作能力等。（4）构建并实施机电综合创新平台的运行机制，主要包括过程控制闭环反馈调节机制、激励机制、质量评估机制、合作竞争机制、保障机制等内容，通过上述运行机制保障该平台的正常运行。此外，基于该平台举办一系列的人文活动，如茶话会、户外活动、游戏娱乐等，以增进师生友谊，营造和谐团结的氛围。（5）基于机电综合创新平台完成创新型师资队伍的组建，该队伍包括专家教授、高级工程师、高级实验室、高级技师以及富有活力的讲师与助教等。该平台将采取灵活多样的教学方式开展教学，比如老师教学生、老生教新生、小组讨论、师生互学、混合教学与传统教学方式等，从而便于不同问题的解决。（6）基于该机电综合创新平台开展诸多创新活动，比如机械类创新、电子类创新以及综合类创新等。基于该平台将开展机械类、电子类、综合类的创业活动，以便学生实现管理者、企业家的愿望。

1.2 “双向融合”的机电综合创新平台

如图2所示，学校和工作岗位中的专业知识通过机电综合创新平台进行双向融合，一方面基于以机器人为载体的机电综合创新平台，对之前所学课程的重要知识点进行复习、巩固、训练和创新，从而使得学生更容易胜任毕业后的工作崗位;另一方面对已毕业学生的工作岗位进行分析，对机电综合创新平台的相关内容进行调整、优化，进而调整课程实训的相关内容。通过机电综合创新平台对学校和工作岗位不断双向融合，实现三者稳定、协调、有序的发展。

1.3 “三维递进”的机电综合创新平台

“三维递进”的机电综合创新平台指以机器人为载体，从理实一体化知识学习，到理实一体化知识应用，直至理实一体化知识创新。如图3所示，第一层为学习层，主要学习理实一体化知识;第二层为应用层，主要实现对理实一体化知识的应用;第三层为创新层，在第一层和第二层的基础上，实现理实一体化知识的创新。通过上述“三维递进”的机电综合创新平台不断提高学生机电综合创新能力。

以机器人为载体的机电综合创新平台的构建流程如图4所示，具体来说包括以下几个步骤：（1）通过查阅资料、走访企业以及到一些兄弟院校学习取经，收集整理调研资料;（2）基于上述调研资料，分析机电综合创新平台目前现状及存在的问题，确定以机器人为载体的机电综合创新平台的主要内容;（3）宏观上制定并优化机电综合创新平台的构建方案与运行机制;（4）分步建设“六位一体、双向融合、三维递进”的机电综合创新平台;（5）机电综合创新平台的试运行，采用“三维递进”的方式锻炼学生的综合创新能力;（6）分析机电综合创新平台的运行效果，判断机电综合创新平台是否符合要求;（7）若不符合要求，需要对平台及时调整与优化;若符合要求，机电综合创新平台正式投入运行，但仍需定期对该平台检查、调整与完善，以适应国家社会日益发展的需要。

图5所示为机电综合创新平台的实施主体，本平台主要采用教师指导、学生维护、企业参与的方式实现其运行与发展。具体地说，教师结合学校和企业岗位，完成机电综合创新平台的架构与指导;学生在教师的指导下，搭建机电综合创新平台，并维护、保养机电综合创新平台的正常运转;企业结合人才需求情况以及所需要的专业知識，参与到该平台的建设中。教师、学生、企业协同工作，共同推动机电综合创新平台的发展。

3 机电综合创新平台的成效

1） 如图6所示，搭建了以机器人为载体的机电综合创新平台，该平台较为智能，比如该平台的大部分机器人具有视觉识别、路线自动规划、越障等功能。编制并优化了机电综合创新平台的相关规章制度，从而保障了机电综合创新平台的正常运行。

2） 基于机电综合创新平台，举办了校级技能文化节中的多个项目，如智能机器人竞赛等。在机器人领域获得了许多成绩，如在中国智能机器人大赛中获奖34项，其中，一等奖22项、二等奖8项。

3） 通过机电综合创新平台综合锻炼团队的创新能力，已取得诸多创新性成果，如已申请学生国家发明专利2项等。

4） 机电综合创新平台有效锻炼了学生的能力，学生就业质量得到了大幅度提高。近几年来，一批学生被知名企业录取，比如上海铁路局、杭州地铁、绍兴轨道交通、海亮集团等，许多学生在企业中发挥了技术骨干作用。此外通过机电综合创新平台的锻炼，有些学生创办了与机器人相关的企业。

5） 基于机电综合创新平台对专业课程知识进行教学，学生更容易掌握专业知识点，比如《电机与拖动》讲述机器人电机的驱动力，《传感器与检测技术》讲述机器人的各种传感器及其功能实现，《机械设计基础》讲述机器人的硬件设计等，通过机器人实物进行教学，激发了学生兴趣，取得了良好的教学效果。

4 结束语

本文以机器人为载体，采用教师指导、学生维护、企业参与的方式，构建了“六位一体、双向融合、三维递进”的机电综合创新平台，取得了一系列创新性成果。实践表明以机器人为载体构建机电综合创新平台，能够有效融合高职机电资源，提高学生综合创新能力，培养国家社会所需的优秀机电类人才。本平台为本校其他专业开展综合实训起到了示范推广作用，为兄弟院校构建机电综合创新平台提供了重要参考。

参考文献

[1]巴世光，郭湘君.面向“中国制造2025”，高职机电类专业转型与提升的路径研究[J].职教论坛，2016（ 27）：66-71.

[2]翟万江.“十三五”机器人总动员千亿元智能制造产业盛宴将开席——盘点《机器人产业发展规划（2016-2020年）》里的那些干货[J].中国科技产业，2016（ 5）：42-43.

[3]浙江省人民政府.浙江省人民政府关于印发浙江省“机器人+”行动计划的通知[EB/OL].（ 2017-07-14）[2018-12-20].http：//www.zjjxw.gov.cn/art/2017/8/8/art_1097558_5852.html.

[4]浙江省人民政府.浙江省人民政府关于印发中国制造2025浙江行动纲要的通知[EB/OL].（ 2016-02-17）[2018-12-20].http：//www.zj.gov.cn/art/2016/2/17/art_37173_261403.html.

[5]陈进熹，魏宏玲.基于学期项目的机电综合实训环节构建[J].辽宁高职学报，2015，17（ 12）：81-83.

[6]孙移.以工作过程为导向的机电综合实训课程开发与实践[J].铜陵职业技术学院学报，2011，10（ 3）：88-89.

[7]郭魂，唐国兴，张徐兵，等.机电综合实训平台的设计与开发[J].机械，2009，36（ 8）：45-47.

[8]李小兰.机电一体化综合实训系统设计[J].九江学院学报（ 自然科学版），2013，28（ 1）：34-36.

[9]胡斌.基于机械工程师能力培养的机电液综合实训平台创制[J].实验技术与管理，2012，29（ 6）：71-74.