時(shí)間：2022-09-27 10:14:21
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇機(jī)器人技術(shù)論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
機(jī)器人技術(shù)教育是指圍繞機(jī)器人而開展的教與學(xué)活動(dòng)，幼兒到成人都可以是教育對(duì)象，它以多視角、多樣化的教學(xué)模式，達(dá)到寓教于樂的教育目的。機(jī)器人技術(shù)教育的內(nèi)容，并不受限于傳統(tǒng)的教學(xué)模式。以機(jī)器人作為教學(xué)活動(dòng)的載體，不僅可以使教學(xué)具有科技含量，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、綜合實(shí)踐能力和協(xié)作能力。當(dāng)然，在近年來的各類科技活動(dòng)項(xiàng)目中，與機(jī)器人有關(guān)的項(xiàng)目不算很多，關(guān)于機(jī)器人的創(chuàng)新教學(xué)，還處于初級(jí)階段。因此，探究怎樣通過機(jī)器人教學(xué)提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，是現(xiàn)階段最迫切需要解決的問題之一。
1.機(jī)器人技術(shù)教育的意義
提升學(xué)生的創(chuàng)新能力創(chuàng)新能力作為一個(gè)國家、民族進(jìn)步和繁榮的動(dòng)力，在當(dāng)今社會(huì)，其價(jià)值不言而喻。我國的傳統(tǒng)應(yīng)試教育模式已被質(zhì)疑多年，每年培養(yǎng)出的人才雖然在數(shù)量上遠(yuǎn)超西方一些國家，但其質(zhì)量參差不齊，尤其是在創(chuàng)新能力方面不能盡如人意。盡管近幾年一直在提倡素質(zhì)教育，卻仍然無法改變現(xiàn)狀。因此，學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。隨著機(jī)器人教育活動(dòng)日益普及，它在培養(yǎng)青少年創(chuàng)造力過程中凸顯的優(yōu)勢已受到各界關(guān)注。機(jī)器人教育圍繞學(xué)生因材施教，教師只扮演引導(dǎo)者的作用，傳授最基本的理論知識(shí)，剩下的需要學(xué)生通過動(dòng)手實(shí)踐來獲取新的知識(shí)和信息。對(duì)于一些問題，學(xué)生必須給出自己的創(chuàng)新解決方案，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。
2.提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和興趣
愛因斯坦說過：“對(duì)一切來說，只有熱愛才是最好的老師，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過責(zé)任感?！边@表明了興趣的培養(yǎng)對(duì)于學(xué)習(xí)的重要性。因?yàn)橛信d趣，所以會(huì)專注，學(xué)生學(xué)習(xí)效率的高低在很大程度上取決于是否有學(xué)習(xí)興趣。機(jī)器人技術(shù)可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并改變傳統(tǒng)的教育模式和理念，以玩帶學(xué)，在娛樂中、在好奇心的驅(qū)使下，讓學(xué)生主動(dòng)去學(xué)習(xí)。
3.增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)
機(jī)器人競賽活動(dòng)所需要的知識(shí)相當(dāng)廣泛，完成這個(gè)任務(wù)需要讓學(xué)生分成組，由組內(nèi)成員一同探索學(xué)習(xí)。如果某一成員有了新發(fā)現(xiàn)，大家可以一起分享、討論、協(xié)商，共同進(jìn)步和學(xué)習(xí)，組與組之間進(jìn)行比拼。這其實(shí)就是團(tuán)體之間的競爭。學(xué)生在團(tuán)隊(duì)精神的作用下，能夠?qū)W會(huì)相互關(guān)心、相互幫助，并且在此過程中產(chǎn)生關(guān)心團(tuán)隊(duì)的責(zé)任意識(shí)，學(xué)會(huì)自覺維護(hù)團(tuán)隊(duì)的集體榮譽(yù)，還學(xué)會(huì)了如何與人溝通、相處、包容，以及約束自己的行為。采用這種培養(yǎng)方式，是讓學(xué)生在實(shí)踐中去學(xué)習(xí)，用心去感受，這種教育模式相比傳統(tǒng)的口頭說教更具有效果。
二、開展機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新教育的有效途徑和方法
1.開設(shè)相關(guān)課程補(bǔ)充專業(yè)知識(shí)
可以采取多種形式相互結(jié)合的方式補(bǔ)充相關(guān)專業(yè)知識(shí)。并且針對(duì)不同基礎(chǔ)的學(xué)生，可以開設(shè)不同的班型，課程包含一些必要的、基礎(chǔ)的專業(yè)知識(shí)，從機(jī)器人發(fā)展史到專業(yè)術(shù)語，以及機(jī)械方面的內(nèi)容，循序漸進(jìn)，由易到難。為了使學(xué)生們便于理解和學(xué)習(xí)，建議理論課學(xué)習(xí)結(jié)束后開始一些簡單的實(shí)驗(yàn)課程來提高孩子們的動(dòng)手實(shí)踐能力。
2.提高授課人的相關(guān)能力
機(jī)器人課程的開設(shè)有別于其他課程，因?yàn)檫@門課程涉及的知識(shí)面很廣，跨越多個(gè)相關(guān)專業(yè)。因此，這門課程的考核評(píng)估辦法也要區(qū)別于其他傳統(tǒng)課程。機(jī)器人課程的開設(shè)，首先要求教師要明確自己課程的目標(biāo)、內(nèi)容，以及相關(guān)課程的組織實(shí)施、課程評(píng)估。機(jī)器人課程需要學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)量大且范圍廣，這就需要授課教師時(shí)刻追蹤相關(guān)課程內(nèi)容的變化更新，并做好相關(guān)課程規(guī)劃，要了解學(xué)生參與課程的程度，并及時(shí)根據(jù)教學(xué)實(shí)際調(diào)整傳授方法。因此，課程開設(shè)后，授課人會(huì)面臨一些新的教學(xué)觀念、材料和策略的挑戰(zhàn)。這就需要教師的授課能力（包含制訂課程目標(biāo)、明確課程內(nèi)容、課程組織實(shí)施、課程評(píng)估等4個(gè)方面的能力）有全面地提高。
3.開展機(jī)器人競賽活動(dòng)
關(guān)鍵詞：上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人 青島大學(xué)碩士開題報(bào)告范文 青島論文 開題報(bào)告
一、 選題的目的和意義
據(jù)統(tǒng)計(jì),我國60 歲以上的老年人已有1.12 億。伴隨老齡化過程中明顯的生理衰退就是老年人四肢的靈活性不斷下降，進(jìn)而對(duì)日常的生活產(chǎn)生了種種不利的影響。此外，由于各種疾病而引起的肢體運(yùn)動(dòng)性障礙的病人也在顯著增加，與之相對(duì)的是通過人工或簡單的醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行的康復(fù)理療已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足患者的要求。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這個(gè)特殊群體已得到更多人的關(guān)注，治療康復(fù)和服務(wù)于他們的產(chǎn)品技術(shù)和質(zhì)量也在相應(yīng)地提高，因此服務(wù)于四肢的康復(fù)機(jī)器人的研究和應(yīng)用有著廣闊的發(fā)展前景。
目前世界上手功能康復(fù)機(jī)器人的研究出于剛起步狀態(tài)，各種機(jī)器人產(chǎn)品更是少之又少，在國內(nèi)該領(lǐng)域中尚處于空白狀態(tài)，臨床應(yīng)用任重而道遠(yuǎn)，因此對(duì)手功能康復(fù)機(jī)器人的研究有廣闊的應(yīng)用前景和重要的科學(xué)意義。
目前大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備存在以下一些問題：康復(fù)訓(xùn)練過程中，缺乏對(duì)關(guān)節(jié)位置、關(guān)節(jié)速度的觀測和康復(fù)力的柔順控制，安全性能有待提高;大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備沒有拇指的參與;感知功能差，對(duì)康復(fù)治療過程的力位信息和康復(fù)效果不能建立起有效地評(píng)價(jià)。本課題針對(duì)以上問題，采用氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的手指康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人實(shí)現(xiàn)手指康復(fù)訓(xùn)練的多自由度運(yùn)動(dòng)，不僅降低了設(shè)備成本，更重要的是提高了系統(tǒng)對(duì)人類自身的安全性和柔順性，且具有體積小，運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度和速度易調(diào)整等特點(diǎn)。
課題的研究思想符合實(shí)際國情和康復(fù)機(jī)器人對(duì)系統(tǒng)柔順性、安全性、輕巧性的高要求 。它將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于患者的手部運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)，研究一種柔順舒適、可穿戴的手功能康復(fù)機(jī)器人，輔助患者完成手部運(yùn)動(dòng)功能的重復(fù)訓(xùn)練，其輕便經(jīng)濟(jì)、穿卸方便，尤其適于家庭使用，既可為患者提供有效的康復(fù)訓(xùn)練，又不增加臨床醫(yī)療人員的負(fù)擔(dān)和衛(wèi)生保健。
綜上所述，氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)手指康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的設(shè)計(jì)是氣壓驅(qū)動(dòng)與機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合在康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的新應(yīng)用，具有重要的科學(xué)意義。
二、 國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)
2.1 國外研究動(dòng)態(tài)
美國是研究氣動(dòng)肌肉機(jī)構(gòu)最多的國家，主要集中在大學(xué)。
華盛頓大學(xué)的生物機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室從生物學(xué)角度對(duì)氣動(dòng)肌肉的特性作了深入研究，從等效做功角度建模，并進(jìn)行失效機(jī)理分析，制作力假肢和仿人手臂用于脊椎反射運(yùn)動(dòng)控制研究。
vanderbilt 大學(xué)認(rèn)知機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室(cognitive robotics lab, crl)研制了首個(gè)采用氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的爬墻機(jī)器人，并應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器人(intelligent soft-arm control, isac)的手臂。
伊利諾伊大學(xué)香檳分校的貝克曼研究所對(duì)圖像定位的5自由度soft arm 機(jī)械手采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高精度位置控制和軌跡規(guī)劃。亞利桑那州立大學(xué)設(shè)計(jì)了并聯(lián)彈簧的新結(jié)構(gòu)氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)器，可以同時(shí)得到收縮力和推力，并與工業(yè)界合作開發(fā)了多種用于不同部位肌肉康復(fù)訓(xùn)練的小型醫(yī)療設(shè)備。
英國salford 大學(xué)高級(jí)機(jī)器人研究中心對(duì)氣動(dòng)肌肉的應(yīng)用作了長期的系統(tǒng)研究，開發(fā)了用于核工業(yè)的操作手、靈巧手、仿人手臂以及便攜式氣源和集成化氣動(dòng)肌肉，目前正在研究10 自由度的下肢外骨骼以及仿人手的遠(yuǎn)程控制。
法國國立應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(instituted national dissidences appliqués, insa)研究了氣動(dòng)肌肉的動(dòng)靜態(tài)性能和多種控制策略，目前正在研制新型驅(qū)動(dòng)源的人工肌肉以及在遠(yuǎn)程醫(yī)療上的應(yīng)用。
比利時(shí)布魯塞爾自由大學(xué)制作了新型的折疊式氣動(dòng)肌肉用于驅(qū)動(dòng)兩足步行機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)控制。
日本bridgestone 公司在rubber tauter 之后又發(fā)明了多種不同結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)肌肉。德國festoon 公司發(fā)明了適合工業(yè)應(yīng)用的氣動(dòng)肌腱fluidic muscle，壽命可達(dá)1000萬次以上，同時(shí)還對(duì)氣動(dòng)肌肉的應(yīng)用作了許多令人耳目一新的工作。英國shadow 公司研制了目前世界上最先進(jìn)的仿人手。美國的kinetic muscles 公司與亞利桑那州立大學(xué)合作開發(fā)了多種用于肌肉康復(fù)訓(xùn)練的小型醫(yī)療設(shè)備。
lilly采用基于滑動(dòng)模的參數(shù)自適應(yīng)控制策略，實(shí)現(xiàn)了單氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)位置控制。
2.2 國內(nèi)研究動(dòng)態(tài)
自20 世紀(jì)90 年代以來，我國陸續(xù)開始了氣動(dòng)肌肉的研究。
北京航空航天大學(xué)的宗光華較早開始?xì)鈩?dòng)肌肉的研究，分析了其非線性特性、橡膠管彈性及其自身摩擦對(duì)驅(qū)動(dòng)模型的影響，并應(yīng)用于五連桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)，通過剛度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)柔順控制。
上海交通大學(xué)的田社平等運(yùn)用零極點(diǎn)配置自適應(yīng)預(yù)測控制、非線性逆系統(tǒng)控制以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，實(shí)現(xiàn)單自由度關(guān)節(jié)的快速、高精度位置控制。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王祖溫等分析了氣動(dòng)肌肉結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)性能的影響、氣動(dòng)肌肉的靜動(dòng)態(tài)剛度特性以及與生物肌肉的比較，提出將氣動(dòng)肌肉等效為變剛度彈簧，設(shè)計(jì)了氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的具有4 自由度的仿人手臂、外骨骼式力反饋數(shù)據(jù)手套和6 足機(jī)器人，采用輸入整形法解決關(guān)節(jié)階躍響應(yīng)殘余震蕩問題。
北京理工大學(xué)的彭光正等先后進(jìn)行了單根人工肌肉、單個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)以及3 自由度球面并聯(lián)機(jī)器人的位置及力控制，采用了模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多種智能控制算法，并設(shè)計(jì)了6 足爬行機(jī)器人和17 自由度仿人五指靈巧手。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)氣動(dòng)中心的隋立明博士也通過實(shí)驗(yàn)得到了氣動(dòng)人工肌肉的一個(gè)更簡潔的修正模型和經(jīng)驗(yàn)公式并對(duì)兩根氣動(dòng)人工肌肉組成的一個(gè)簡單關(guān)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)建模和采用位置閉環(huán)的控制方法進(jìn)一步驗(yàn)證氣動(dòng)人工肌肉的模型。
上海交通大學(xué)的林良明也對(duì)氣動(dòng)人工肌肉的軌跡學(xué)習(xí)控制進(jìn)行了仿真研究給出了學(xué)習(xí)的收斂性的初步結(jié)論為下一步的學(xué)習(xí)控制奠定了基礎(chǔ)。其中田社平通過對(duì)氣動(dòng)人工肌肉收縮在頻率域上的數(shù)學(xué)模型并對(duì)它的結(jié)構(gòu)及其靜動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了理論分析建立了相應(yīng)的靜態(tài)力學(xué)方程。
2003年付大鵬等，以機(jī)械手抓取物體為分析對(duì)象，采用矩陣法來描述機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)問題，以四階方陣變換三維空間點(diǎn)的齊次坐標(biāo)為基礎(chǔ)，將運(yùn)動(dòng)、變換和映射與矩陣計(jì)算聯(lián)系起來建立了機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，并提出了機(jī)械手運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的新方法，這種方法對(duì)機(jī)械手的精密設(shè)計(jì)和計(jì)算具有普遍適用意義。
2005年車仁煒，呂廣明，陸念力對(duì)5自由度的康復(fù)機(jī)械手進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，將等效有限元的方法應(yīng)用到開式的5自由度的康復(fù)機(jī)械手的動(dòng)力分析中，這種方法比傳統(tǒng)的分析方法建模效率高、簡單快捷，極其適合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展，的除了機(jī)械臂的動(dòng)力響應(yīng)曲線，為機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計(jì)及控制提供理論依據(jù)。
2008年北京聯(lián)合大學(xué)張麗霞，楊成志根據(jù)拿取非規(guī)則物品的任務(wù)要求，采用轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了五指型機(jī)器手，手指彎曲電機(jī)與指間平衡電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器手的多角度張開、抓握運(yùn)動(dòng)方式,對(duì)實(shí)用型仿人機(jī)器手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有參考意義。
2009年楊玉維等人對(duì)輪式懸架移動(dòng)2連桿柔性機(jī)械手進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)研究與仿真，。采用經(jīng)典瑞利.里茲法和浮動(dòng)坐標(biāo)法描述機(jī)械手彈性變形與參考運(yùn)動(dòng)間的動(dòng)力學(xué)耦合問題， 綜合利用拉格朗日原理和牛頓.歐拉方程并在笛卡爾坐標(biāo)系下，以矩陣、矢量簡潔的形式構(gòu)建了該移動(dòng)柔性機(jī)械手系統(tǒng)的完整動(dòng)力學(xué)模型并進(jìn)行仿真。
2009年羅志增，顧培民研究設(shè)計(jì)了一種單電機(jī)驅(qū)動(dòng)多指多關(guān)節(jié)機(jī)械手，能夠很好的實(shí)現(xiàn)靈巧、穩(wěn)妥的抓取物體，這個(gè)機(jī)械手共有4指12個(gè)關(guān)節(jié)。每個(gè)手指有3個(gè)指節(jié)，由兩個(gè)平行四邊形的指節(jié)結(jié)構(gòu)確保手指末端做平移運(yùn)動(dòng)，這種設(shè)計(jì)方案很好的實(shí)現(xiàn)了控制簡單、抓握可靠的目的。
從目前來看，國內(nèi)對(duì)氣動(dòng)人工肌肉的研究仍處于剛起步的階段。有關(guān)氣動(dòng)人工肌肉的研究與國外還有相當(dāng)?shù)牟罹鄬?duì)氣動(dòng)人工肌肉中的許多問題，還沒有進(jìn)行深入的研究。此外，采用氣動(dòng)人工肌肉作為機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的研究還不成熟。
三、 主要研究內(nèi)容和解決的主要問題
目前大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備存在以下一些問題:康復(fù)訓(xùn)練過程中，缺乏對(duì)關(guān)節(jié)位置、關(guān)節(jié)速度的觀測和康復(fù)力的柔順控制，安全性能有待提高;大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備沒有拇指的參與;感知功能差，對(duì)康復(fù)治療過程的力位信息和康復(fù)效果不能建立起有效地評(píng)價(jià)。為此，課題主要研究內(nèi)容：設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單，易于穿戴，并且安全、柔順、低成本，使用方便的氣動(dòng)手功能康復(fù)設(shè)備。對(duì)氣動(dòng)手指康復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、用mat lab軟件對(duì)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的康復(fù)治療過程的力位信息進(jìn)行仿真分析。
要實(shí)現(xiàn)上述的目標(biāo)，系統(tǒng)中需要著重解決的關(guān)鍵技術(shù)有：
(1)基于已有上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人外骨骼機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)，對(duì)手指康復(fù)訓(xùn)練方法分析和提煉。 主要包括：人手部的手指彎曲抓握動(dòng)作分析，氣壓驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)自由度的優(yōu)化配置。使機(jī)械手能夠?qū)崿F(xiàn)手指的彎曲、物體的抓握等手部癱瘓患者不能實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作。
(2)對(duì)機(jī)器人機(jī)械機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。主要包括：氣壓驅(qū)動(dòng)的手指關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)械機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。
(3)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的力位信息仿真。主要包括：用mat lab軟件進(jìn)行機(jī)器人氣壓驅(qū)動(dòng)終端的力位信息 仿真。
根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)以及工作量的要求，外附骨骼機(jī)械手系統(tǒng)是上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的一部分，本文主要是研究手指康復(fù)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析工作。
四、論文工作計(jì)劃與方案
論文工作計(jì)劃安排：
2010年9月——2011年6月準(zhǔn)備課題階段：
主要工作：學(xué)習(xí)當(dāng)今最先進(jìn)的機(jī)器人設(shè)計(jì)技術(shù);學(xué)習(xí)用matlab軟件進(jìn)行計(jì)算仿真及優(yōu)化，查閱國內(nèi)外的資料，對(duì)康復(fù)機(jī)械手作初步了解。
2011年7月——2011年9月課題前期階段
主要工作：課題方案設(shè)計(jì)，擬寫開題報(bào)告，開題。
2011年10月——2012年7月課題中期階段
主要工作：開始具體課題研究工作，根據(jù)已有上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人外骨骼機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)，對(duì)手指康復(fù)訓(xùn)練方法分析和提煉。研究手指康復(fù)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析工作。
2012年8月——2012年12月課題后期階段
主要工作：對(duì)手指康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行模擬仿真，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善課題。
2013年1月——2013年4月結(jié)束課題階段
主要工作：整理相關(guān)資料，撰寫論文，準(zhǔn)備進(jìn)行畢業(yè)論文答辯。
2013年5月——2013年6月論文答辯階段
主要工作方案：
1. 完成學(xué)位課與非學(xué)位課學(xué)習(xí)的同時(shí)，進(jìn)行市場調(diào)研，對(duì)手指康復(fù)機(jī)械手作初步了解。
2. 查閱資料，了解氣動(dòng)手指康復(fù)機(jī)器人的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。
3. 分析已有上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人外骨骼機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)的部分設(shè)計(jì)。
4. 對(duì)現(xiàn)有手指康復(fù)訓(xùn)練方法設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和提煉，分析其優(yōu)缺點(diǎn)。
5. 開始具體設(shè)計(jì)工作。
【關(guān)鍵詞】水下機(jī)器人；視景仿真；運(yùn)動(dòng)模型；OGRE0.引言
發(fā)展海洋是新時(shí)代的必然趨勢，水下機(jī)器人對(duì)海洋開發(fā)、海洋調(diào)查測繪及相當(dāng)多水下作業(yè)都有舉足輕重的作用。水下機(jī)器人系統(tǒng)的研究和開發(fā)中，仿真技術(shù)可以縮短其研制周期、提高研發(fā)質(zhì)量和減少經(jīng)費(fèi)，避免因系統(tǒng)故障時(shí)導(dǎo)致其丟失的嚴(yán)重后果。三維視景仿真技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍事、航海、航空航天、游戲及醫(yī)療等領(lǐng)域，是集圖形學(xué)、圖像處理、模式識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)等計(jì)算機(jī)技術(shù)高度發(fā)展的一門綜合性技術(shù)。
3Dmax與OGRE（Open-source Graphics Rendering Engine）是近年來得到迅速發(fā)展的嵌入Windows三維模型仿真技術(shù)。它性能卓越，API具有良好的可移植性。本文通過3Dmax建模和OGRE 3D引擎作為仿真平臺(tái)，及Qt設(shè)計(jì)窗口，在Visual Studio2008環(huán)境下完成仿真。
首先配置好VS2008和OGRE開發(fā)環(huán)境，主要是一些插件和動(dòng)態(tài)鏈接庫，定義OGRE將要使用的資源，選擇并設(shè)置渲染系統(tǒng)。通過初始化使用一些資源，并用這些建立一個(gè)場景，啟動(dòng)渲染循環(huán)。
1.仿真的一般流程
通常我們先用軟件Creator、3Dmax、Photoshop和Auto CAD等畫出一維、二維及三維的仿真圖形庫。一些特殊的如仿生魚水下機(jī)器人建立時(shí)圖形仿真時(shí)用到了自由變形計(jì)軸變形及其他樣條曲線理論的支持完成。到最后顯示的視景仿真一般都是通過Vega或者OpenGL再通過Visual studio編譯執(zhí)行寫好的虛擬現(xiàn)實(shí)代碼等來實(shí)現(xiàn)仿真，而且3D仿真大都需要進(jìn)行碰撞檢測。為了設(shè)計(jì)窗口的方便可能運(yùn)用MFC或其它工具來設(shè)計(jì)人機(jī)交互窗口，最終形成一個(gè)完整的仿真系統(tǒng)。
2.模型的建立
通過3Dmax所得到的水下機(jī)器人三維模型。
根據(jù)國際水池會(huì)議推薦，建立固定坐標(biāo)系（慣性坐標(biāo)系）和運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系（附體坐標(biāo)系）上圖的水下機(jī)器人也將按此坐標(biāo)系[1]。
由于完整的六自由度運(yùn)動(dòng)方程具有極強(qiáng)的非線性和耦合性，所以需要我們進(jìn)行解耦進(jìn)而進(jìn)行求解。對(duì)于方程的簡化與求解大多數(shù)專家并沒有給出，不過我們通常根據(jù)不同的水下機(jī)器人的形狀等特點(diǎn)來適當(dāng)減少式中的未知量及個(gè)數(shù)，一般將各方向的運(yùn)動(dòng)都簡化為平面運(yùn)動(dòng)。簡化得到的方程式不但有的時(shí)候能讓我們更容易的得到未知量來實(shí)現(xiàn)仿真，而且對(duì)于水動(dòng)力系數(shù)等得求解也簡單的多。三自由度、五自由度及六自由度的操縱性方程是最常見的，有的為了方便甚至直接簡化為一維的線性方程，再通過一些其他的算法來趨緊真實(shí)的結(jié)果。
水動(dòng)力模型相對(duì)復(fù)雜，最簡單就是力、力矩對(duì)速度、加速度、舵角等的一階偏導(dǎo)數(shù)即線性流體水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)。這里就不諸一列舉各項(xiàng)研究所用的水動(dòng)力方程，水動(dòng)力系數(shù)的選取與獲得現(xiàn)在一般是通過經(jīng)驗(yàn)公式、拖曳實(shí)驗(yàn)及CFD技術(shù)。其中拖曳實(shí)驗(yàn)應(yīng)該是最準(zhǔn)確的，但是它也受到實(shí)驗(yàn)環(huán)境及未知因素的影響。CFD技術(shù)已經(jīng)被張赫等人驗(yàn)證了其具有一定的準(zhǔn)確性[2]。
其中附加質(zhì)量及附加質(zhì)量所形成的力及力矩經(jīng)常被放到質(zhì)量矩陣?yán)锩?。張赫也提過用面緣法來對(duì)慣性水動(dòng)力系數(shù)進(jìn)行估算。張曉頻采用現(xiàn)有的比較成熟的商業(yè)流體力學(xué)軟件FLUENT模擬潛水器的粘性繞流流場，模擬阻力試驗(yàn)、斜航試驗(yàn)和平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)（PMM）試驗(yàn)，求解操縱性水動(dòng)力系數(shù)。建立多功能潛水器六自由度運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，編寫仿真程序，預(yù)報(bào)其操縱性能[3]。
帶有均衡潛伏系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立，推進(jìn)器的推力模型，舵的水動(dòng)力系數(shù)模型及升降系數(shù)模型，海流模型、海浪模型及帶纜的數(shù)學(xué)模型等。這些模型有的時(shí)候?qū)Ψ抡嫦到y(tǒng)的仿真結(jié)果影響不大，有的時(shí)候卻是起到主要影響作用，因此我們要視情況而定以達(dá)到仿真的最佳效果。梁宵構(gòu)建了舵、翼、槳聯(lián)合操縱的微小型水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)，討論P(yáng)DCE運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要組成部分并通過外場試驗(yàn)來驗(yàn)證其可行性及可靠性[4]。
3.視景仿真的應(yīng)用
不論我們研究什么理論到最后都要進(jìn)行試驗(yàn)的驗(yàn)證，仿真就是為了使得試驗(yàn)更簡單，更直觀，風(fēng)方便，甚至可以做到一些現(xiàn)實(shí)中無法做到的假設(shè)試驗(yàn)。
張赫過定常流動(dòng)和非定常流動(dòng)這兩種情況進(jìn)行不同試驗(yàn)形式的模擬計(jì)算，在得到模擬結(jié)果的同時(shí)，給出相應(yīng)循環(huán)水槽試驗(yàn)結(jié)果，最后做出對(duì)比結(jié)果的分析。其中定常運(yùn)動(dòng)包括模擬直航試驗(yàn)和模擬斜航試驗(yàn)，非定常試驗(yàn)包括模擬平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的五種操縱性試驗(yàn)。最后在結(jié)論分析中對(duì)上述三種數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了總體的比較和分析，并由試驗(yàn)結(jié)果給出了用于建立潛水器空間運(yùn)動(dòng)方程的各個(gè)系數(shù)。為了我們的研究需要，可以發(fā)揮我們自己的想象合理的去做仿真試驗(yàn)，會(huì)得到意想不到的好處與突破創(chuàng)新。
4.結(jié)論
建立了動(dòng)力學(xué)模型，研究了對(duì)象的水動(dòng)力性能，得到運(yùn)動(dòng)方程所需的水動(dòng)力、重力、浮力、推進(jìn)器作用力等，并在此基礎(chǔ)上建立了以推進(jìn)器為主要操縱方式的運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)，對(duì)水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)完成視景仿真，得到視景仿真的效果圖。我們不但可以做不同的試驗(yàn)來獲得水下機(jī)器人的操縱性能、適航性及受力變化情況，還可以此來對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)上分析與設(shè)計(jì)。之后我們還可以將水下機(jī)器人的高度智能化進(jìn)行視景仿真來驗(yàn)證與設(shè)計(jì)。還可以對(duì)某些重要的系數(shù)進(jìn)行參數(shù)識(shí)別的仿真實(shí)驗(yàn)，還要繼續(xù)加強(qiáng)視景仿真的真實(shí)性，來適應(yīng)需求更高的仿真。 [科]
【參考文獻(xiàn)】
[1]賈欣樂，楊延生.船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型.大連海事大學(xué)出版社，1999.
[2]張曉頻.多功能潛水其操縱性能與運(yùn)動(dòng)仿真研究.哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.
“多媒體設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)”支撐下的教學(xué)模式優(yōu)化“一支粉筆、一塊黑板”的教學(xué)模式,這種教育裝備的飛速發(fā)展是人所共知的。但提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力、科技創(chuàng)新能力所必需的教育裝備也是十分重要和緊迫的,這一點(diǎn)并未被廣泛了解或引起重視。
建立“創(chuàng)新型國家”是我們的國策;“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”是多年前已經(jīng)形成的共同認(rèn)識(shí);培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是素質(zhì)教育改革的一個(gè)重要方面。很多理由讓我們了解到,為中小學(xué)生提供豐富的動(dòng)手實(shí)踐、科技創(chuàng)新的現(xiàn)代化技術(shù)裝備也應(yīng)是提高中小學(xué)裝備的重點(diǎn)。
實(shí)際上,經(jīng)過近幾年努力,普通中小學(xué)在這方面也有飛速發(fā)展。以本人所在的北京市昌平區(qū)前鋒學(xué)校為例。服務(wù)于“動(dòng)手實(shí)踐、科技創(chuàng)新”的教育裝備每年都在增加。現(xiàn)在,這些技術(shù)裝備已經(jīng)初步形成系列,可以很好地為學(xué)生提供動(dòng)手實(shí)踐、科技創(chuàng)新方面提供硬件支撐。
以“機(jī)器人”為例。2003年,前鋒學(xué)校自己用6萬元購置了紫光機(jī)器人套裝。此后,每年都投入一部分財(cái)力,補(bǔ)充器材。2009年更是利用市教委的專款購置了兩種共計(jì)25套現(xiàn)在主流的機(jī)器人教育套裝。有了這些硬件的支撐,前鋒學(xué)校從2003年開始,就在本校的小學(xué)、初中、高中分別成立興趣小組,開展了機(jī)器人活動(dòng)。也就是從2003年開始,前鋒學(xué)校機(jī)器人興趣小組的學(xué)生一次獲得全國二等獎(jiǎng),三次獲北京市一等獎(jiǎng),多人次獲市、區(qū)級(jí)其它獎(jiǎng)項(xiàng)。隨著在最近幾年機(jī)器人硬件數(shù)量、質(zhì)量的增加以及活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)的積累,前鋒學(xué)校將機(jī)器人開設(shè)成科技類校本課程,使更多的學(xué)生有機(jī)會(huì)體會(huì)現(xiàn)代技術(shù)魅力,有機(jī)會(huì)動(dòng)手搭建機(jī)器人、體驗(yàn)程序控制機(jī)器人、進(jìn)行機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
以輔導(dǎo)學(xué)生“科技創(chuàng)新”為例。我們知道創(chuàng)造潛能越早越容易激發(fā),在學(xué)生時(shí)代進(jìn)行小發(fā)明、小制作、小研究有助于將來他們成為科技方面的專家、學(xué)者,成為有突出貢獻(xiàn)的創(chuàng)新型人才。前鋒學(xué)校很早就認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。從2000年購置模型制作工具、海模、航模模型開始,每年都有計(jì)劃地添置工具、設(shè)備、儀表提高設(shè)計(jì)、制作、加工方面的水平。2005年北京市科協(xié)、教委在前鋒學(xué)校設(shè)立了“動(dòng)手做俱樂部”;2008年,上級(jí)在前鋒學(xué)校建設(shè)了“數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室”;2009年,前鋒學(xué)校利用市教委的專項(xiàng)資金購置了太陽能電池板80塊、遙控與接收機(jī)10套、曲線鋸10套、風(fēng)速計(jì)等多種用于學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)踐的裝備。在這此硬件的支持下,很多學(xué)生都在教師的輔導(dǎo)下利用學(xué)校的工具、設(shè)備、專用實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科技創(chuàng)新,每年都產(chǎn)生多項(xiàng)科技小論文、科技小發(fā)明。在北京市青少年科技創(chuàng)新大賽中,前鋒學(xué)校的學(xué)生有多次獲得二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)。在活動(dòng)中也有很多學(xué)生動(dòng)手制作的東西;實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)論并不先進(jìn)不能獲獎(jiǎng),有的甚至是幼稚的、錯(cuò)誤的。但這些小發(fā)明、小論文對(duì)于他們的成長、成材是一個(gè)重要的開端。所以鋒學(xué)校提供這么多的人力、裝備用于學(xué)生的科技創(chuàng)新,目的不是一定要獲獎(jiǎng),而是要使更多的孩子,更早的接觸創(chuàng)新、更早的激發(fā)創(chuàng)造潛能。
以前教過初、高中物理、輔導(dǎo)過學(xué)生科技活動(dòng)。最近兩年,本人教“通用技術(shù)”這門課程。由于有輔導(dǎo)科技活動(dòng)的經(jīng)歷,我深刻感到開設(shè)“通用技術(shù)”這門課是認(rèn)識(shí)上的一個(gè)突破,具有里程碑的意義。從2008年開始,用很短的幾個(gè)月的時(shí)間,上級(jí)部門為前鋒學(xué)校配備了通用技術(shù)4個(gè)實(shí)驗(yàn)室的裝備。小到鉗子、扳手,大到激光雕刻機(jī)、數(shù)控機(jī)床應(yīng)有盡有,配備速度之快、力度之大前所未有。
這體現(xiàn)了,從上到下認(rèn)識(shí)到:中小學(xué)不僅要重視科學(xué)課程也要重視技術(shù)課程,既要重視培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng),也要重視學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)。這種認(rèn)識(shí)、這種決心使得通用技術(shù)裝備基本上一步到位。由于“通用技術(shù)”裝備到位,前鋒學(xué)校能夠立即開設(shè)通用技術(shù)課,前鋒學(xué)校的學(xué)生能夠立即接受到“技術(shù)設(shè)計(jì)1”、“技術(shù)設(shè)計(jì)2”等課程,能夠利用“通用技術(shù)”裝備動(dòng)手實(shí)踐技術(shù)設(shè)計(jì)、體驗(yàn)技術(shù)理念。
關(guān)鍵詞：機(jī)器人 奇異點(diǎn) 奇異路徑
中圖分類號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）04（a）-0038-02
風(fēng)洞是在符合一定設(shè)計(jì)要求的管道系統(tǒng)內(nèi)用動(dòng)力裝置控制管道內(nèi)的氣流，采用風(fēng)洞模型支撐系統(tǒng)[1]。風(fēng)洞并聯(lián)模型支撐系統(tǒng)具有剛度大、承載能力強(qiáng)、誤差小、精度高、自重負(fù)荷比小、動(dòng)力性能好、控制容易等優(yōu)點(diǎn)，正引起世界各國研究人員的濃厚興趣[2]。要使得并聯(lián)支撐在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，需要對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)一步的研究，其中包括奇異性分析[3]。目前，一般的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的奇異位形的研究，到目前為止仍沒有一個(gè)非常通用的方法。黃真[4]等學(xué)者采用的速度雅克比矩陣與力雅克比矩陣互為轉(zhuǎn)置的關(guān)系，對(duì)奇異位形進(jìn)行研究。本文也采用此種方法研究奇異位置處的運(yùn)動(dòng)可控性，從而提高并聯(lián)機(jī)構(gòu)的性能。
1 風(fēng)洞4_PUS并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡化模型
風(fēng)洞4_PUS并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡化模型如圖（1）所示，該機(jī)構(gòu)由直線導(dǎo)軌、四個(gè)帶有直線電機(jī)的滑塊、四個(gè)拉桿、動(dòng)平臺(tái)組成。四個(gè)拉桿的上端通過虎克鉸與滑塊相聯(lián)；下端通過球鉸與位于動(dòng)平臺(tái)對(duì)稱的四個(gè)端點(diǎn)、、、相聯(lián)。直線導(dǎo)軌位于、所在的直線上，四個(gè)滑塊由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)沿著直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)模型的位姿變換。
由空間機(jī)構(gòu)學(xué)理論可知，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)，所有運(yùn)動(dòng)構(gòu)件數(shù)之間的運(yùn)動(dòng)副總數(shù)，由球鉸數(shù)為4，虎克鉸數(shù)為4，移動(dòng)副數(shù)為4，轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)為4，故運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)自由度，則：
即本機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)為4個(gè)。這四個(gè)自由度分別為繞X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)、繞Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)、沿X軸的移動(dòng)、沿Z軸的移動(dòng)。
2 奇異位置分析
2.1 四自由度并聯(lián)機(jī)器人力雅克比矩陣
本文所研究的四自由度并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)的桿的兩端的運(yùn)動(dòng)副均為球面副，機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)力矢經(jīng)過上下球面副的中心，因此可以運(yùn)用螺旋理論建立機(jī)構(gòu)平衡方程。采用速度投影法求雅克比矩陣，忽略滑塊與上頂板之間的摩擦力，分析動(dòng)平臺(tái)的受力情況，4個(gè)拉桿上的力螺旋之和應(yīng)與動(dòng)平臺(tái)的四維廣義力平衡，故可以建立以下螺旋方程：
（1）
其中，為第桿受到的軸力，為第桿軸線的單位線矢量，為動(dòng)平臺(tái)上作用力的主矢，為動(dòng)平臺(tái)上的主矩。式（1）所建立的螺旋方程可改寫為矩陣形式：
（2）
其中，
，
，為一階靜力影響系數(shù)。
（3）
依據(jù)受力平衡可求得：
（4）
單位矢量的偶部可表示為： （5）
由（2）～（5）可得4_PUS并聯(lián)支撐機(jī)器人的力雅可比矩陣為：
（6）
2.2 奇異位置分析
依據(jù)機(jī)構(gòu)學(xué)中的重要定律：速度雅克比矩陣與力雅克比矩陣互為轉(zhuǎn)置。當(dāng)秩小于4時(shí)，機(jī)構(gòu)發(fā)生奇異，式（6）的某幾行或某幾列完全相等。顯然拉桿所在的直線的向量在軸上的分量值為零時(shí)，機(jī)構(gòu)發(fā)生奇異。動(dòng)平臺(tái)的尺寸可以得到動(dòng)平臺(tái)與拉桿連接點(diǎn)在靜坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值如下：
（7）
（8）
（9）
由拉桿的長度約束方程可得：
（10）
其中i=2，取正值，i=1，3，4時(shí)取負(fù)值。因此發(fā)生此種奇異時(shí)必有，，或。故這三個(gè)條件是判斷該類奇異是否發(fā)生的充分條件。
3 路徑優(yōu)化
以支鏈1為例進(jìn)行路徑優(yōu)化，動(dòng)平臺(tái)鉸點(diǎn)在全局坐標(biāo)系中的位置可表示為：
（11）
由充分條件可以得出，點(diǎn)在動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的過程中經(jīng)過或者接近點(diǎn)時(shí)，隨著工作空間的變化，導(dǎo)致位姿軌跡變化呈現(xiàn)間斷式跳躍。要滿足點(diǎn)的位姿軌跡經(jīng)過或者接近，且位姿軌跡能夠連續(xù)運(yùn)動(dòng)，故引入優(yōu)化方程：
設(shè)為所引起的奇異點(diǎn)，設(shè)為以為中心、半徑為R的微小體積域，當(dāng)R很小且對(duì)位姿路徑精度影響不大能夠連續(xù)的運(yùn)動(dòng)，，建立的優(yōu)化方程如下：
（12）
顯然當(dāng)R越小時(shí)，位姿路徑精度越高，若要滿足最小位姿路徑，則應(yīng)該從方程（12）中選取球面的其中一條軌跡。球面上，球心對(duì)稱的兩點(diǎn)最短軌跡為半圓。過點(diǎn)作法向量的方程，則：
，
（13）
過點(diǎn)法平面向量為的空間平面方程為（動(dòng)點(diǎn)為）：
（14）
將（12）式和（14）式聯(lián)立可得到最優(yōu)路徑軌跡。
4 結(jié)語
該文提出了一種新型的風(fēng)洞4_PUS并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡化模型，并在此基礎(chǔ)上對(duì)其奇異位置進(jìn)行了分析，然后對(duì)風(fēng)洞四自由度并聯(lián)機(jī)器人奇異位形進(jìn)行了研究，對(duì)四自由度并聯(lián)機(jī)器人的路徑優(yōu)化，使得可以按照指定的位姿路徑運(yùn)動(dòng)，并建立相關(guān)的優(yōu)化方程，用MATLAB仿真出優(yōu)化路徑的軌跡（圖2）。
參考文獻(xiàn)
[1] 張浩.六自由度并聯(lián)風(fēng)洞模型支撐系統(tǒng)機(jī)構(gòu)優(yōu)化[D].清華大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011.
[2] 戰(zhàn)培國.國外風(fēng)洞試驗(yàn)的新機(jī)制、新概念、新技術(shù)[J].流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)與測量，2004，18（4）：2-6.
【關(guān)鍵詞】三輪全向機(jī)器人 運(yùn)動(dòng)控制 軌跡跟蹤 無刷直流電機(jī)
一、背景
三輪全向移動(dòng)機(jī)器人以其全方位的移動(dòng)方式在工業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著普遍的應(yīng)用，其運(yùn)動(dòng)的相關(guān)特性和控制技術(shù)也日臻完善。本文從削減硬件電路的角度出發(fā)，僅靠簡單的比例控制使其運(yùn)動(dòng)特性及軌跡跟蹤獲得良好效果。
二、原理介紹
（一）三輪全向移動(dòng)機(jī)器人模型
三輪全向移動(dòng)機(jī)器人其驅(qū)動(dòng)輪由三個(gè)全向輪組成，徑向?qū)ΨQ安裝，各輪互成120°角，滾柱垂直于各主輪。三個(gè)全向輪的大小和質(zhì)量完全相同，而且由性能相同的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
（二）三輪全向移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型
（三）三輪全向移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制：
圖 2基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的分層控制框圖
圖2所示的是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的分層控制系統(tǒng)框架，主要是分為上下兩層分別是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的運(yùn)動(dòng)控制以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制。上層主要是對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)控制器轉(zhuǎn)達(dá)機(jī)器人相關(guān)的速度、基本信息的考慮，所以一般而言它是不需要考慮動(dòng)力學(xué)特征的，下層的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制相對(duì)上層控制器是透明的。在模塊開發(fā)上面這兩層是可以區(qū)別開來的，可以分別進(jìn)行開發(fā)，這樣就可以運(yùn)用模塊的形式進(jìn)行開發(fā)，有利于節(jié)省時(shí)間提高效率，同時(shí)一定程度上也提高機(jī)器的整體的狀態(tài)，減輕設(shè)計(jì)難度，有利于控制算法的更新。
三、模型建立
（一）電機(jī)轉(zhuǎn)速模型和輸入曲線生成模型的建立
在進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)之前，首先要對(duì)電機(jī)建模，這里選用的是瑞士的MAXON公司的無刷直流電機(jī)EC-4pole 30（ order number 305014）。
1.無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，其等效電路如圖3所示：
圖3 無刷直流電機(jī)等效電路圖
三相（無中線）無刷直流電機(jī)的瞬態(tài)電壓方程：
然后根據(jù)無刷直流電機(jī)的特性可以得出以下三個(gè)方程：
電壓方程：
轉(zhuǎn)矩方程：
運(yùn)動(dòng)方程：
2.Matlab的建模實(shí)現(xiàn)
Matlab的建模實(shí)際上就是以上公式得仿真實(shí)現(xiàn)，根據(jù)模塊化建模思想，將控制系統(tǒng)分割為各個(gè)功能獨(dú)立的子模塊，主要包括：電機(jī)本體模塊、反電動(dòng)勢構(gòu)造模塊、邏輯換相模塊。
3.無刷直流電機(jī)仿真模型的驗(yàn)證
（二）運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊的建立
（三）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)圖像的輸出
（四）控制器的設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)控制器時(shí)我們沒有考慮底層控制器，直接由控制器產(chǎn)生電壓的信號(hào)輸出。在實(shí)際應(yīng)用中由于底層控制器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電路相連，底層控制器往往會(huì)因?yàn)殡姍C(jī)的過載等情況而燒毀。本文模型跳過底層控制器，直接采用比例控制的方法對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。
以下是完整的simulink控制框圖：
參考文獻(xiàn)：
機(jī)器人競賽
機(jī)器人競賽是一項(xiàng)很好的科技創(chuàng)新活動(dòng)，形式繁多，內(nèi)容豐富。設(shè)計(jì)方案的開放性，也為學(xué)生的創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。參賽者可以用不同的方法實(shí)現(xiàn)同一個(gè)項(xiàng)目，通過比賽，激發(fā)其對(duì)機(jī)器人的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)他們積極探索機(jī)器人新科技，為其自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供良好的平臺(tái)。中國機(jī)器人大賽暨RoboCup公開賽：1999年，在RoboCup國際委員的支持和授權(quán)下，首屆中國機(jī)器人大賽暨RoboCup公開賽在中國重慶舉辦，目前是中國機(jī)器人最具影響力的賽事，比賽共設(shè)立12類65項(xiàng)賽事。機(jī)器人競賽種類多、規(guī)模大、水平高，為大學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)提供了很好的平臺(tái)。“未來伙伴”杯中國智能機(jī)器人大賽（暨國際機(jī)器人滅火比賽中國賽區(qū)選拔賽），是中國人工智能機(jī)器人專業(yè)委員會(huì)等多個(gè)單位主辦的一項(xiàng)全國性賽事。大賽包含機(jī)器人救火大賽、機(jī)器人足球比賽、機(jī)器人創(chuàng)新大賽、機(jī)器人搜救大賽、機(jī)器人擂臺(tái)賽和機(jī)器人舞蹈戲劇大賽等6個(gè)主題項(xiàng)目。其中機(jī)器人救火大賽是國際賽制機(jī)器人滅火比賽（暨國際機(jī)器人滅火比賽中國賽區(qū)選拔賽）。“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽，由教育部委托高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)主辦。競賽分競速賽與創(chuàng)意賽兩類比賽。自2006年首次舉辦以來，“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽已經(jīng)成功舉辦了6屆。
機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)的具體實(shí)施
機(jī)器人競賽、創(chuàng)新實(shí)踐是一項(xiàng)很好的科技創(chuàng)新活動(dòng)，機(jī)器人的趣味性易于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和研究的興趣，同時(shí)將創(chuàng)新實(shí)踐、競賽引入教學(xué)過程，使學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)和研究。“機(jī)器人項(xiàng)目教學(xué)法”的一般教學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示：“項(xiàng)目教學(xué)法”最顯著的特點(diǎn)是“以項(xiàng)目為主線、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體”，改變了以往“教師講，學(xué)生聽”被動(dòng)的教學(xué)模式，創(chuàng)造了學(xué)生主動(dòng)參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型教學(xué)模式。本文以參加2012年中國機(jī)器人大賽暨RoboCup公開賽的醫(yī)療與服務(wù)機(jī)器人組的項(xiàng)目為例，在比賽初期確定人員，將不同專業(yè)和不同年級(jí)的學(xué)生組成一個(gè)競賽小組，研究競賽規(guī)則、制定項(xiàng)目方案、機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、程序調(diào)試，學(xué)生分工合作，過程中集思廣益、取長補(bǔ)短、團(tuán)結(jié)協(xié)作。這種在探索中學(xué)習(xí)的過程是其他教學(xué)環(huán)節(jié)無法實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力非常重要。本文以一種醫(yī)療與服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)為導(dǎo)向的項(xiàng)目教學(xué)法，按照以下六個(gè)教學(xué)步驟進(jìn)行：1.項(xiàng)目的申請(qǐng)根據(jù)學(xué)院參加機(jī)器人競賽的實(shí)際情況，中國機(jī)器人大賽暨RoboCup公開賽，作為全國最具影響力的機(jī)器人比賽。本學(xué)院主要參加了醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人、機(jī)器人游中國、擂臺(tái)等機(jī)器人項(xiàng)目，學(xué)生可以針對(duì)感興趣的比賽項(xiàng)目，或者根據(jù)江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃，申報(bào)項(xiàng)目，填寫申請(qǐng)書。教師針對(duì)學(xué)生申報(bào)的項(xiàng)目，分析學(xué)生的實(shí)際情況，建議選擇項(xiàng)目規(guī)模和難度適中的項(xiàng)目。中國已經(jīng)進(jìn)入了老齡化社會(huì)，而且在今后幾年內(nèi)老齡人口數(shù)量將會(huì)呈上升趨勢，老齡化將更加嚴(yán)重。老齡化使社會(huì)的勞動(dòng)力減少，一些老年人不僅不能參加勞動(dòng)，而且有的甚至失去了自理能力，需要人照顧，這就增加了他們的子女以及社會(huì)的負(fù)擔(dān)。年輕人為了工作日益繁忙，在目前服務(wù)行業(yè)工作者稀缺的背景下，在醫(yī)院時(shí)不時(shí)會(huì)有行動(dòng)不便的病人需要護(hù)士和家人的攙扶。而在沒有人幫助的情況下，行動(dòng)不便的病人寸步難行，稍有不慎就有可能摔倒受傷。所以筆者建議學(xué)生選擇參加醫(yī)療與服務(wù)機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制作賽項(xiàng)，設(shè)計(jì)一種醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人更好的服務(wù)病人。2.項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的建立建立學(xué)生團(tuán)隊(duì)，營造互相競爭、互相幫助的學(xué)習(xí)氛圍，學(xué)生在做項(xiàng)目過程中攜手合作，彌補(bǔ)相互間的不足，遇到問題大家一起討論解決，這讓學(xué)生體會(huì)到團(tuán)隊(duì)的重要性，做到共同進(jìn)步。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)的學(xué)生分工明確，每人負(fù)責(zé)項(xiàng)目的某一部分，使學(xué)生真正參與到項(xiàng)目中，整個(gè)項(xiàng)目的完成，離不開每一個(gè)學(xué)生，學(xué)生為使項(xiàng)目不會(huì)因?yàn)樽约贺?fù)責(zé)的部分沒有完成而主動(dòng)學(xué)習(xí)，主動(dòng)查資料，可以培養(yǎng)和提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。學(xué)生團(tuán)隊(duì)的建立，應(yīng)考慮學(xué)生的專業(yè)，年紀(jì)，特長等因素。教師確定一名隊(duì)長，根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)，隊(duì)長可以自己招學(xué)生，實(shí)現(xiàn)學(xué)生管理學(xué)生。參加醫(yī)療與服務(wù)機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制作賽項(xiàng)，筆者選擇了5名學(xué)生，隊(duì)長由09級(jí)的一名學(xué)生擔(dān)任，該生組織能力比較強(qiáng)，專業(yè)能力也比較脫出，由他負(fù)責(zé)整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)展，匯報(bào)工作。其他學(xué)生分別是1名2009級(jí)的，2名2010級(jí)的，1名2011級(jí)的，專業(yè)分別是自動(dòng)化、測控、電氣。3.項(xiàng)目任務(wù)、計(jì)劃的制定團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人制定機(jī)器人項(xiàng)目工作計(jì)劃，確定工作步驟。機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的智能儀器。本次設(shè)計(jì)的醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人由小組討論決定，醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人外形像輪椅，病人能夠獨(dú)自駕駛?cè)セ?yàn)室拿取報(bào)告，去門診找醫(yī)生復(fù)診，降低護(hù)士工作量及病人家屬的負(fù)擔(dān)。為使醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人更好的服務(wù)病人，該團(tuán)隊(duì)為機(jī)器人設(shè)置了兩種模式：座椅模式和病床模式，免去了病人就診、休息時(shí)需要被移動(dòng)到病床上的麻煩。機(jī)器人將現(xiàn)場鍵盤控制和遠(yuǎn)程控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)護(hù)士對(duì)病人的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)，機(jī)器人在前進(jìn)過程中，檢測到前方有障礙物時(shí)就會(huì)立刻停下，減少不必要的事故。同時(shí)機(jī)器人配備了機(jī)械手，可以幫助病人取物品，最大程度幫助病人。根據(jù)團(tuán)隊(duì)中學(xué)生的專業(yè)、特長等分配任務(wù)，負(fù)責(zé)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的學(xué)生需要畫圖紙、電焊等來完成機(jī)器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、機(jī)械手的設(shè)計(jì)；電路設(shè)計(jì)的學(xué)生制作包括單片機(jī)電路、電源穩(wěn)壓電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、紅外避障電路、鍵盤輸入電路；測控專業(yè)的學(xué)生負(fù)責(zé)電路的測試、場地的制作等工作；程序編寫的學(xué)生，完成程序的設(shè)計(jì)、調(diào)試；控制界面的設(shè)計(jì)由另外一個(gè)學(xué)生負(fù)責(zé)，主要是VB編寫上位機(jī)、WIFI攝像頭的調(diào)試、藍(lán)牙通信的調(diào)試。根據(jù)機(jī)器人項(xiàng)目的特點(diǎn)，學(xué)生在制作過程中可適當(dāng)?shù)刈饕恍┱{(diào)整。根據(jù)項(xiàng)目完成的時(shí)間確定工作步驟，進(jìn)行時(shí)間分配。最終得到教師的認(rèn)可才能執(zhí)行。4.項(xiàng)目制作學(xué)生自己確定各自在小組中的分工，然后按照已確立的工作步驟和程序工作?；跈C(jī)器人項(xiàng)目的作品成果形式多種多樣，可以是調(diào)查報(bào)告、實(shí)物模型、演講稿、論文等。通過展示作品成果，可反映學(xué)生在項(xiàng)目完成過程中所掌握的技能。本次設(shè)計(jì)的醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人成果包括機(jī)器人模型一個(gè)、機(jī)器人設(shè)計(jì)與使用說明書一份、演講稿一份。在本項(xiàng)目比賽結(jié)束后，指導(dǎo)學(xué)生按照他們?cè)O(shè)計(jì)的醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人撰寫論文、申請(qǐng)專利。5.項(xiàng)目檢查評(píng)估整個(gè)項(xiàng)目檢查評(píng)估采用答辯的形式向教師匯報(bào)，首先由隊(duì)長對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行匯報(bào)總結(jié)，再由隊(duì)員對(duì)自己負(fù)責(zé)的工作進(jìn)行匯報(bào)和自我評(píng)估，并且對(duì)設(shè)計(jì)的醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人進(jìn)行展示，教師根據(jù)團(tuán)隊(duì)成員的表現(xiàn)、研究成果表述和作品的展示進(jìn)行檢查，為到現(xiàn)場比賽作準(zhǔn)備。針對(duì)項(xiàng)目中出現(xiàn)的問題，師生共同討論，教師引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考問題，解決問題。學(xué)生通過對(duì)比師生評(píng)價(jià)結(jié)果，找出造成結(jié)果差異的原因6.項(xiàng)目資料歸檔或應(yīng)用為使學(xué)生養(yǎng)成良好的習(xí)慣，項(xiàng)目結(jié)束后，教師監(jiān)督學(xué)生將項(xiàng)目工作資料整理歸檔，材料包括項(xiàng)目申報(bào)書、進(jìn)度表、機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)圖、程序設(shè)計(jì)流程、機(jī)器人控制程序、項(xiàng)目結(jié)項(xiàng)書、項(xiàng)目報(bào)告講義等。
機(jī)器人項(xiàng)目教學(xué)的成果
機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐是一個(gè)綜合性、高難度的科技制作過程，有利于提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。在教師指導(dǎo)下，學(xué)生通過自己查閱資料、提出有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)方案，選擇合適的元件，設(shè)計(jì)、焊接電路，編程、測試程序等，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力，使學(xué)生在實(shí)踐中進(jìn)一步提高自己的綜合能力。有助于將學(xué)生的興趣應(yīng)用到教師的科研中，使學(xué)生們熱愛科技，投身科技，在學(xué)校形成良好的科技學(xué)術(shù)氣氛。本校參加機(jī)器人競賽源于2010年，當(dāng)時(shí)參賽的賽事為“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽、中國機(jī)器人大賽暨RoboCup公開賽、江蘇省機(jī)器人大賽、“未來伙伴”杯機(jī)器人競賽，并因此開設(shè)了機(jī)器人技術(shù)、機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐與競賽等公共選修課；制定了《大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目負(fù)責(zé)制實(shí)施辦法》，針對(duì)項(xiàng)目采取一系列措施，保證學(xué)生能在項(xiàng)目的過程中鍛煉自己的能力，同時(shí)能保證創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的創(chuàng)新性。實(shí)踐教學(xué)效果顯著，本校代表隊(duì)在2012年第七屆“飛思卡爾”杯華東賽區(qū)比賽中，獲得攝像頭組第一名，晉級(jí)參加全國決賽的隊(duì)伍，獲得全國攝像頭組特等獎(jiǎng)。2012年中國機(jī)器人大賽暨RoboCup公開賽獲得3項(xiàng)季軍，2010年“未來伙伴杯”獲得滅火比賽冠軍，受邀參加在美國舉辦的國際機(jī)器人滅火比賽。五、結(jié)論實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和初步的科學(xué)研究能力。機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)以其高度的實(shí)踐性被越來越多的高校引入實(shí)踐教學(xué)。本校自動(dòng)化學(xué)院機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)的具體實(shí)施，促進(jìn)了學(xué)院各學(xué)科綜合發(fā)展，提高了教師的理論、實(shí)踐教學(xué)水平和科研水平，使學(xué)生對(duì)機(jī)器人相關(guān)課程融會(huì)貫通，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新和團(tuán)隊(duì)合作等綜合能力，推動(dòng)了學(xué)院實(shí)踐教學(xué)體系的發(fā)展和完善。
本文作者：毛麗民劉叔軍李鑫戴梅工作單位：常熟理工學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院
關(guān)鍵詞：高職院校 工業(yè)機(jī)器人 課程建設(shè) 資源共享
課 題：本文系遼寧省現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育學(xué)會(huì)科研項(xiàng)目（2015XH01-23）研究成果。
在“中國制造2025”戰(zhàn)略背景下，機(jī)器人作為制造業(yè)先進(jìn)方向的杰出代表，迎來了千載難逢的發(fā)展機(jī)會(huì)。為滿足現(xiàn)代企業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)人才的迫切需求，筆者院校開設(shè)了工業(yè)機(jī)器人課程，培養(yǎng)具備工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程、機(jī)器人自動(dòng)線維護(hù)、工業(yè)機(jī)器人安裝調(diào)試和售后服務(wù)等典型崗位能力的專業(yè)技能型人才。
一、精選教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)精品資源共享課程建設(shè)目標(biāo)
1.課程內(nèi)容選取
依據(jù)“以服務(wù)為宗旨，以就業(yè)為導(dǎo)向”的職業(yè)教育發(fā)展目標(biāo)，通過機(jī)器人企業(yè)調(diào)研，將工業(yè)機(jī)器人各行業(yè)典型工作崗位的技能要求進(jìn)行分析和分類，找出與工業(yè)機(jī)器人知識(shí)體系的關(guān)聯(lián)性，對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行編排和重組；精選了工業(yè)機(jī)器人入門、工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)、工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)、工業(yè)機(jī)器人環(huán)境感覺技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)、串聯(lián)機(jī)器人操作及應(yīng)用、并聯(lián)機(jī)器人操作及應(yīng)用七個(gè)典型項(xiàng)目。課程內(nèi)容貼近生產(chǎn)崗位，體現(xiàn)“精練”和“實(shí)用”的特點(diǎn)，使學(xué)生能更快地掌握專業(yè)技術(shù)，更好地勝任崗位工作。
2.課程資源建設(shè)
課程資源庫集紙質(zhì)、電子和網(wǎng)絡(luò)等多種資源于一體，包括教學(xué)指導(dǎo)文件、CAI課件、教學(xué)錄像、動(dòng)畫資源、課程網(wǎng)站等要素。其中教學(xué)指導(dǎo)文件包括課程標(biāo)準(zhǔn)、授課計(jì)劃等，向?qū)W習(xí)者提供宏觀的學(xué)習(xí)指導(dǎo)，確定教學(xué)目標(biāo)、基本教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法與步驟、教學(xué)進(jìn)程安排等；在教學(xué)課件建設(shè)上，增強(qiáng)了CAI教學(xué)課件的美觀度和實(shí)用性，使其內(nèi)容更豐富、制作更精美，在國內(nèi)高職院校同類課程中居于前列。
教學(xué)錄像作為教材和課件的補(bǔ)充，使學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解，為此筆者學(xué)校錄制了六軸機(jī)器人點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)、六軸機(jī)器人連續(xù)軌跡（直線、圓?。┻\(yùn)動(dòng)、機(jī)器視覺的應(yīng)用等典型實(shí)操環(huán)節(jié)的課程錄像。在動(dòng)畫資源建設(shè)中，建設(shè)了六軸機(jī)器人工作原理、圖像采集系統(tǒng)的工作原理、典型機(jī)器人氣壓、液壓驅(qū)動(dòng)回路、機(jī)器人伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)及控制、搬運(yùn)機(jī)器人工作站等豐富的二維、三維動(dòng)畫資源。
精品資源共享課程網(wǎng)站中包括課程介紹、課程標(biāo)準(zhǔn)、教師信息、教學(xué)材料、課程通知、答疑討論、課程問卷調(diào)查、課程作業(yè)、試題試卷庫、在線測試、課程管理等欄目，該網(wǎng)站可供校際、校企間工業(yè)機(jī)器人課程的交流。
二、以職業(yè)崗位能力為中心，開發(fā)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，提高學(xué)生技能
筆者學(xué)?，F(xiàn)擁有工業(yè)機(jī)器人及智能視覺系統(tǒng)（型號(hào)：FD-MS01）單元設(shè)備1套。該系統(tǒng)能夠完成PLC編程與調(diào)試、工業(yè)機(jī)器人示教單元使用、工業(yè)機(jī)器人基本指令操作與位置點(diǎn)設(shè)置、工業(yè)機(jī)器人工件的跟蹤抓取、工業(yè)機(jī)器人成品組裝與入庫、工業(yè)機(jī)器人綜合應(yīng)用、圖像識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用、機(jī)器視覺原理與技術(shù)等實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。
通過理實(shí)一體化的教學(xué)實(shí)踐模式，使學(xué)生掌握典型工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)控制、軟件編程和離線仿真等環(huán)節(jié)，具備工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)分析的能力，能夠解決工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場運(yùn)行時(shí)的各種故障及檢測與維修方法，能夠勝任工業(yè)機(jī)器人編程及調(diào)試、工業(yè)機(jī)器人項(xiàng)目管理、工業(yè)機(jī)器人及周邊維護(hù)工程師、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)支持、工業(yè)機(jī)器人銷售等崗位的工作。
三、加強(qiáng)多元考核機(jī)制的構(gòu)建，引入機(jī)器人職業(yè)技能認(rèn)證項(xiàng)目
在課程的考核方式上，要突出機(jī)器人職業(yè)崗位能力，建立與“項(xiàng)目導(dǎo)向，任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)模式對(duì)應(yīng)的課程考核方案。在考核題目的設(shè)計(jì)上，選題要與企業(yè)的生產(chǎn)項(xiàng)目相對(duì)接，突出學(xué)生的能力檔次劃分，鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。此外要積極探索靈活多樣的考核方法，采用課程設(shè)計(jì)、論文撰寫、市場調(diào)研、項(xiàng)目開發(fā)與制作、技能競賽等與平時(shí)課堂表現(xiàn)相結(jié)合的考核方式，注重過程考核，使學(xué)生樹立素質(zhì)教育的考試觀，促進(jìn)學(xué)生個(gè)人能力的全面提高。此外，采用“雙證書”機(jī)制，引入機(jī)器人企業(yè)職業(yè)技能認(rèn)證項(xiàng)目，在企業(yè)課堂、遠(yuǎn)程教室、模擬車間組織教學(xué)，學(xué)生取得機(jī)器人企業(yè)頒發(fā)的職業(yè)技能證書方能畢業(yè)。
四、小結(jié)
關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)器人；教學(xué)方案；教學(xué)目標(biāo)；知識(shí)體系
中圖分類號(hào)：G642.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）46-0106-03
隨著現(xiàn)代機(jī)械和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，形成了一個(gè)以作物栽培為基礎(chǔ)，以生物技術(shù)為先導(dǎo)，集機(jī)械化作業(yè)、自動(dòng)化栽培設(shè)施、人工可控環(huán)境等尖端技術(shù)為一體的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。為適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，國內(nèi)外農(nóng)林類高校紛紛開設(shè)“農(nóng)業(yè)機(jī)器人”課程，尤其在農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專業(yè)的諸多專業(yè)課中，“農(nóng)業(yè)機(jī)器人”是農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域最新技術(shù)水平的代表性課程，是機(jī)械設(shè)計(jì)、控制技術(shù)、測試技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)等課程的集中體現(xiàn)和綜合運(yùn)用，因此，開展“農(nóng)業(yè)機(jī)器人”課程教學(xué)方案的研究和探討，快速培養(yǎng)適應(yīng)21世紀(jì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展趨勢的創(chuàng)新人才，對(duì)于改善傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式、促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。本文針對(duì)我校相關(guān)專業(yè)本科和碩士專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和要求，分析“農(nóng)業(yè)機(jī)器人”在專業(yè)課程體系中的定位和作用，研究農(nóng)業(yè)機(jī)器人課程的知識(shí)模塊、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和考核方法，形成了一套適合本科和碩士研究生專業(yè)的教學(xué)方案。
一、課程目的和定位
“農(nóng)業(yè)機(jī)器人”課程是浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院林業(yè)工程、農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化和機(jī)械工程專業(yè)面向本科和研究生開設(shè)的一門專業(yè)核心前沿課程，它主要講述農(nóng)業(yè)機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)和農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用實(shí)例兩大部分內(nèi)容；通過分析農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)，讓學(xué)生了解目前各種農(nóng)業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)、基本組成和應(yīng)用狀況。其目的是使學(xué)生掌握目前世界各國用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各種機(jī)器人，把握農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中的高新技術(shù)，開拓視野，拓寬思路，為學(xué)生將來從事相關(guān)工作建立寬廣的知識(shí)結(jié)構(gòu)和思維空間。本課程在農(nóng)林類高校的大機(jī)械類專業(yè)、特別是在農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專業(yè)課程體系中既是諸多課程知識(shí)點(diǎn)（機(jī)械設(shè)計(jì)類、機(jī)電類、信息控制類）的集中體現(xiàn)和有機(jī)融合，又是后續(xù)畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)論文前期的直接專業(yè)訓(xùn)練和前期預(yù)演，在學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和專業(yè)能力的提高等方面具有重要的作用，其承上啟下的作用如圖1所示。
二、知識(shí)和評(píng)價(jià)體系
“農(nóng)業(yè)機(jī)器人”課程知識(shí)體系基于現(xiàn)有正式出版的教材有：徐麗明主編，《生物生產(chǎn)系統(tǒng)機(jī)器人》，北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2009；（日本）近藤直（日本）門田充司（日本）野口伸譯者：喬軍，陳兵旗，孫明等，《農(nóng)業(yè)機(jī)器人（全2冊(cè)）》，第1版，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2010；同時(shí)還有根據(jù)“農(nóng)業(yè)機(jī)器人”課程教學(xué)小組近幾年的教學(xué)實(shí)踐而形成的教案。它由概論、農(nóng)業(yè)機(jī)器人的基本組成、農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用實(shí)例分析等循序漸進(jìn)的幾部分內(nèi)容組成，在知識(shí)的傳輸過程中穿插實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)，實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)安排在“農(nóng)業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室”進(jìn)行和到吉峰農(nóng)機(jī)杭州分公司參觀，考核評(píng)價(jià)體系本科生和碩士生要求有所區(qū)別，“農(nóng)業(yè)機(jī)器人”課程知識(shí)體系和評(píng)價(jià)體系如圖2所示。
三、教學(xué)要求和模式
“農(nóng)業(yè)機(jī)器人”課程面向本科生和碩士研究生同時(shí)開設(shè)，課時(shí)分配、重點(diǎn)難點(diǎn)、目標(biāo)要求、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等均有所不同。本科生和研究生教學(xué)要求比較如表1所示。
四、教學(xué)成效
“農(nóng)業(yè)機(jī)器人”課程教學(xué)方案通過2012、2013兩年的本科生和研究生的教學(xué)實(shí)踐，成效顯著，具體體現(xiàn)在以下幾方面，如表2所示。
“農(nóng)業(yè)機(jī)器人”課程教學(xué)方案探討充分體現(xiàn)了以技能素質(zhì)培養(yǎng)為導(dǎo)向的工程類高等人才辦學(xué)宗旨，其在課程目的和定位、知識(shí)和評(píng)價(jià)體系、教學(xué)要求和模式以及教學(xué)成效上，以應(yīng)用為主的本科生和以科學(xué)研究為主的研究生均有所不同，但是，作為學(xué)校唯一的一支教學(xué)團(tuán)隊(duì)，教學(xué)資源、教學(xué)內(nèi)容等方面又幾乎一致，然而，通過2年的教學(xué)實(shí)踐，均取得了應(yīng)有的效果。根據(jù)教師的科研活動(dòng)和教學(xué)研究活動(dòng)的深入開展，結(jié)合“農(nóng)業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室”的不斷建設(shè)，“農(nóng)業(yè)機(jī)器人”課程的軟硬件基礎(chǔ)條件不斷完善，今年有望編寫出新的適合學(xué)校特色的“農(nóng)業(yè)機(jī)器人”教材，“農(nóng)業(yè)機(jī)器人”課程教學(xué)方案也將日益走向成熟。
參考文獻(xiàn)：
[1]徐麗明.生物生產(chǎn)系統(tǒng)機(jī)器人[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2009.
[2][日]近藤直，門田充司，野口伸共，著.農(nóng)業(yè)機(jī)器人I·基礎(chǔ)與理論[M].喬軍，等，譯.北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2009.
我是一名有著xxx年教齡的教師，中學(xué)教育一級(jí)職稱，來到xx中學(xué)任教之前，一直工作在xx中學(xué)。一下是我對(duì)自己多年從事教師工作的自我評(píng)價(jià)。
在xx年的教育教學(xué)實(shí)踐中，通過自己的努力和各學(xué)科老師的幫助，逐步形成了自己的教學(xué)風(fēng)格，注重身教，師生相處和諧，有較強(qiáng)的課堂組織調(diào)控能力和課程創(chuàng)新能力。積極參加教科研活動(dòng)，XX年參加了合肥市首批新課程改革試驗(yàn)，并在省教科所體育教研組的帶領(lǐng)下，參與了國家級(jí)課題《xxxxxxxxx》的研究，榮獲國家二等獎(jiǎng)，撰寫的論文中，《xxxx》一文發(fā)表在《xxxx》xxxx年第二期，《xxxxxx》在XX年合肥市電化教學(xué)論文評(píng)比中獲二等獎(jiǎng)，《xxxxxxx》一文榮獲XX年度合肥中市區(qū)教育學(xué)會(huì)舉辦的教育教學(xué)論文評(píng)比二等獎(jiǎng)。在學(xué)科競賽中，XX年獲合肥市首屆體育教師（初中組）基本功比賽一等獎(jiǎng)，同年參加安徽省第二屆中小學(xué)體育教師教學(xué)基本功比賽，獲初中組個(gè)人總分二等獎(jiǎng)。xxxx-xxxx年獲合肥市學(xué)校體育工作先進(jìn)個(gè)人，XX年被xx區(qū)任命為首批“骨干教師”并保持至今，XX年獲合肥市電化教育（現(xiàn)代教育技術(shù)）工作先進(jìn)個(gè)人。
四十三中學(xué)工作期間，除了從事體育教育工作之外，還擔(dān)任其他一些工作，也獲得了一些成績。自95年開始，一直擔(dān)任學(xué)校團(tuán)委書記一職，親手創(chuàng)立的“中學(xué)生團(tuán)校”在xxxx年獲得安徽省優(yōu)秀中學(xué)生團(tuán)校示范團(tuán)校（當(dāng)年合肥唯一），同年獲得安徽省中學(xué)共青團(tuán)工作先進(jìn)個(gè)人稱號(hào)；是合肥市第十二次團(tuán)代會(huì)代表，也是安徽省第十一次團(tuán)代會(huì)代表。擔(dān)任學(xué)校科技活動(dòng)小組組長其間，在小組全體師生共同努力下，xxxx年獲“首屆全國青少年電腦機(jī)器人競賽”優(yōu)秀輔導(dǎo)員稱號(hào)，并獲得中學(xué)組創(chuàng)意賽二等獎(jiǎng)輔導(dǎo)員獎(jiǎng)；xxxx年獲安徽省青少年電腦機(jī)器人比賽第一名（領(lǐng)隊(duì)兼教練）；xxxx年x月，輔導(dǎo)學(xué)生參加合肥市第四屆中小學(xué)電腦制作初中組機(jī)器人競賽，榮獲合肥市初中組一等獎(jiǎng)。
在體育專業(yè)上，我擅長籃球、排球和羽毛球；在素質(zhì)拓展中，我曾參加過北大青鳥accp專業(yè)的學(xué)習(xí)，并獲得北大青鳥和國家勞動(dòng)部聯(lián)合辦法的“初級(jí)軟件工程師”證書，比較精通網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，側(cè)重于動(dòng)態(tài)網(wǎng)站的建設(shè)和管理，能熟練運(yùn)用office軟件和dreamweaver、flash等軟件，曾獨(dú)自為xx區(qū)司法局和組織部建立了單位網(wǎng)站。
在xx中學(xué)富有特色教育教學(xué)管理模式的熏陶下，在這溫馨和諧的大家庭里，我一定充分發(fā)揮自己的優(yōu)點(diǎn)，積極投身xx中教育，成為一名優(yōu)秀的教師。
【關(guān)鍵詞】機(jī)器人教學(xué)；高中；常態(tài)課；“四個(gè)結(jié)合”策略
【中圖分類號(hào)】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B
【論文編號(hào)】1671-7384（2013）07/08-0068-03
國內(nèi)機(jī)器人教學(xué)基本情況分析
自21世紀(jì)初北京市景山學(xué)校在國內(nèi)率先開展中小學(xué)機(jī)器人課程教學(xué)，以及中國科協(xié)舉辦首屆中國青少年電腦機(jī)器人競賽以來，智能機(jī)器人所具備的綜合性、前瞻性、實(shí)踐性和創(chuàng)新性，逐漸為廣大學(xué)校和教育工作者認(rèn)識(shí)、接受和歡迎，機(jī)器人活動(dòng)正以多種形式邁入中小學(xué)校。
借助文獻(xiàn)閱讀與實(shí)地考察，可得知目前國內(nèi)所開展的機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)一般有以下幾種形式。
機(jī)器人競賽。作為促進(jìn)中小學(xué)機(jī)器人教育普及與發(fā)展的主要手段，機(jī)器人競賽活動(dòng)亦是目前學(xué)校開展機(jī)器人教學(xué)的一種主流形式，但參賽對(duì)象一般需經(jīng)過篩選，缺乏普及性。
實(shí)驗(yàn)學(xué)校、實(shí)驗(yàn)班級(jí)。目前我國已有部分地區(qū)建立了機(jī)器人教學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)校，一些學(xué)校設(shè)置了機(jī)器人教學(xué)實(shí)驗(yàn)班級(jí)，并開發(fā)與之相應(yīng)的機(jī)器人校本課程，然而這些地區(qū)或?qū)W校大都條件較好或得到了相關(guān)部門政策與資金支持，機(jī)器人教育多成為“貴族教育”而缺乏公平性[1]。
高中技術(shù)課程選修模塊。2003年頒布的《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》將“人工智能初步”[2]及“簡易機(jī)器人制作”[3]分別列入信息技術(shù)與通用技術(shù)課程選修內(nèi)容，不過理論比重較大，實(shí)踐活動(dòng)較少，加之受技術(shù)課程地位的影響，使開展教學(xué)活動(dòng)的效度和難度加大。
研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)。在研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)中以機(jī)器人為課題開展學(xué)習(xí)研究，也是很多師生樂意選擇的形式，不過由于缺乏系統(tǒng)的教學(xué)與指導(dǎo)，其隨意性較大，時(shí)間也難以保證。
分析以上幾種形式，可得出機(jī)器人教學(xué)存在的問題及其原因：應(yīng)試教育背景下技術(shù)類課程地位不高，機(jī)器人學(xué)科難以成為一門規(guī)范的、系統(tǒng)的及時(shí)間上有保證的課程；智能機(jī)器人及相關(guān)環(huán)境設(shè)施的采購、建設(shè)與維護(hù)的費(fèi)用大，使許多地區(qū)、學(xué)校對(duì)其“望而卻步”；大多數(shù)學(xué)校或教師對(duì)智能機(jī)器人的認(rèn)識(shí)和利用存在誤區(qū)，認(rèn)為智能機(jī)器人作為一種高端產(chǎn)品僅適用于技能類的特長教育，而忽略了其在培養(yǎng)全體學(xué)生的邏輯思維、綜合知識(shí)應(yīng)用、協(xié)作交流、科學(xué)探究及實(shí)踐創(chuàng)新諸多方面的價(jià)值，使機(jī)器人教學(xué)的效益不能得到最大發(fā)揮。這些問題的存在，制約了機(jī)器人教學(xué)的常態(tài)發(fā)展、普及發(fā)展和良性發(fā)展。[4]
依托課題與“四結(jié)合”，機(jī)器人進(jìn)入常態(tài)課
2011年起，筆者所在學(xué)校的信息技術(shù)和通用技術(shù)學(xué)科組教師共同開展了教研課題《在高中階段技術(shù)領(lǐng)域開設(shè)智能機(jī)器人常態(tài)課的研究》，作為一種對(duì)機(jī)器人常規(guī)教學(xué)的探索，這在省內(nèi)尚屬首例。針對(duì)制約機(jī)器人教學(xué)良性發(fā)展的環(huán)境、資金及觀念等瓶頸問題，課題組在實(shí)踐研究中采用了“四結(jié)合”策略，保證了機(jī)器人教學(xué)的可行性與有效性。
1. 信息技術(shù)與通用技術(shù)課程結(jié)合，保證機(jī)器人常態(tài)課的系統(tǒng)性
機(jī)器人學(xué)科領(lǐng)域涉及了機(jī)器人概況（概念、原理、歷史與發(fā)展）、機(jī)器人編程、機(jī)器人硬件和機(jī)器人應(yīng)用等多個(gè)知識(shí)模塊，然而目前尚缺少接受完全規(guī)范培訓(xùn)的專職教師[5]。在這樣的情況下，由信息技術(shù)、通用技術(shù)或物理等單一學(xué)科的教師來授課都是有局限性的，且各學(xué)科又都有自己的必修與選修課程任務(wù)，難以兼顧。因此，課題組將信息技術(shù)與通用技術(shù)學(xué)科局部整合，安排信息技術(shù)教師在高一的信息技術(shù)課上開設(shè)《機(jī)器人與編程》課程，安排通用技術(shù)教師在高二的通用技術(shù)課上開設(shè)《機(jī)器人硬件和實(shí)踐》課程，共20個(gè)課時(shí)。同時(shí)，由信息技術(shù)與通用技術(shù)學(xué)科教師合編校本教材《智能機(jī)器人讀本》和制作教學(xué)網(wǎng)站《機(jī)器人課題網(wǎng)站》輔助教學(xué)。機(jī)器人教學(xué)的系統(tǒng)性、學(xué)習(xí)的連續(xù)性以及基本的教學(xué)資源與平臺(tái)得以保證（見表1）。
2. 實(shí)體與虛擬機(jī)器人結(jié)合，降低資金與設(shè)備的耗費(fèi)問題
目前，教學(xué)機(jī)器人價(jià)格虛高是一個(gè)被普遍認(rèn)同的現(xiàn)象。一個(gè)簡單配置的教學(xué)機(jī)器人可被賣到幾百元到上千元不等。大量購買無疑加重了學(xué)校的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，加之如果使用范圍是大數(shù)量學(xué)生的話，其損耗率的增高也大大加重了教師的維護(hù)工作。這些，無疑嚴(yán)重阻礙了機(jī)器人教學(xué)的普及。
課題組在課堂教學(xué)中采用了實(shí)體與虛擬機(jī)器人結(jié)合（見圖1～圖3）。其中，“實(shí)體”為2010年我校建成的機(jī)器人活動(dòng)室，配備智能機(jī)器人基礎(chǔ)設(shè)備（車體、電池、驅(qū)動(dòng)模塊、下載線、充電器）62臺(tái)，升級(jí)設(shè)備（紅外測障、灰度測地等不同功能傳感器）各62塊，足球及滅火場地各一個(gè)，及其他配套設(shè)施（如電腦、機(jī)器人儲(chǔ)存充電柜等）若干?！疤摂M”則是采用仿真平臺(tái)“快暢教學(xué)機(jī)器人軟件”學(xué)習(xí)LOGO語言及程序設(shè)計(jì)，利用3D仿真系統(tǒng)“NSTRSS”模擬搭建機(jī)器人及機(jī)器人比賽場地。
如在上《讓機(jī)器人行走規(guī)定路線》一課時(shí)，我們首先讓全體學(xué)生在電腦室里通過集體學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)傳感器、理解算法并運(yùn)行“快暢教學(xué)機(jī)器人軟件”設(shè)計(jì)控制程序，再到機(jī)器人活動(dòng)室組成學(xué)習(xí)小組，借助活動(dòng)室中的學(xué)生電腦調(diào)試程序、下載程序到實(shí)體機(jī)器人中、讓實(shí)體機(jī)器人下地行走。使用虛擬機(jī)器人進(jìn)行集體學(xué)習(xí)和使用實(shí)體機(jī)器人進(jìn)行分組實(shí)踐的做法既實(shí)現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)，又大大降低了設(shè)備的使用率和損耗率，也使得教師可以對(duì)故障設(shè)備做到課上及時(shí)更換、課下及時(shí)維護(hù)。
3. 基礎(chǔ)學(xué)習(xí)與拓展探究結(jié)合，實(shí)現(xiàn)面向全體的教學(xué)目標(biāo)
由于機(jī)器人教學(xué)尚未真正實(shí)現(xiàn)普及，無論在哪個(gè)學(xué)段開展機(jī)器人教學(xué)，所面向的學(xué)生基本上都是零起點(diǎn)的。另外，同樣作為技術(shù)課程，機(jī)器人教學(xué)與信息技術(shù)課程一樣，由于家庭條件、技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、興趣愛好等的差異，教學(xué)對(duì)象也具有明顯的能力分層特點(diǎn)。再者，本課題的對(duì)象為高中生，大部分已具備主動(dòng)思考與探究學(xué)習(xí)的意識(shí)和能力。因此，為使機(jī)器人教學(xué)實(shí)現(xiàn)真正面向全體學(xué)生的目標(biāo)，我們?cè)诿總€(gè)教學(xué)單元中設(shè)置難度分級(jí)的學(xué)習(xí)內(nèi)容與任務(wù)，既涵蓋了機(jī)器人的基礎(chǔ)知識(shí)與技能，又提供了拓展探究的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，使得不同能力與興趣的學(xué)生都能滿足學(xué)習(xí)的需求。以《重復(fù)命令與重復(fù)結(jié)構(gòu)》一課為例，我們就設(shè)置了三級(jí)學(xué)習(xí)內(nèi)容與任務(wù)，見表2。
4. 量化評(píng)價(jià)與質(zhì)性評(píng)價(jià)結(jié)合，發(fā)揮機(jī)器人教學(xué)的最大效益
機(jī)器人教學(xué)的魅力不僅在于它能普及機(jī)器人這一信息時(shí)代高科技產(chǎn)物的知識(shí)與技能，更在于它能培養(yǎng)青少年一代的開放思維能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和科學(xué)學(xué)習(xí)興趣[6]。因此，在機(jī)器人教學(xué)中不僅應(yīng)關(guān)注學(xué)生對(duì)知識(shí)技能的掌握，更應(yīng)關(guān)注其學(xué)習(xí)過程中意識(shí)、能力的形成。可采用量化評(píng)價(jià)與質(zhì)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的手段，對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)行診斷的同時(shí)實(shí)現(xiàn)激勵(lì)與促進(jìn)。
如在《機(jī)器人行走迷宮》一課中，教師制定學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)表，利用“量規(guī)自評(píng)”對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，利用“教師點(diǎn)評(píng)”對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程給予質(zhì)性反饋（見表3）。
機(jī)器人教學(xué)未來展望
目前，《在高中階段技術(shù)領(lǐng)域開設(shè)智能機(jī)器人常態(tài)課的研究》已接近結(jié)題，但我們對(duì)于機(jī)器人常態(tài)教學(xué)的探索仍會(huì)繼續(xù)，因?yàn)樵跈C(jī)器人教學(xué)的課堂上，學(xué)生們專注的求知目光與快樂實(shí)踐的身影總是深深地感染著我們每一個(gè)人，我們看到了機(jī)器人教學(xué)在素質(zhì)教育中實(shí)實(shí)在在的價(jià)值。
因?yàn)檫m應(yīng)教育信息化的大背景和符合倡導(dǎo)素質(zhì)教育的時(shí)代要求，機(jī)器人教學(xué)的優(yōu)勢日益突出，在廣大中小學(xué)普及機(jī)器人教學(xué)的曙光初現(xiàn)，愿本文能拋磚引玉，讓更多的教育工作者為機(jī)器人教學(xué)的普及和良性發(fā)展共享經(jīng)驗(yàn)與策略，使機(jī)器人教學(xué)成為下一項(xiàng)熠熠生輝的素質(zhì)教育工程。
（作者單位：廣東汕頭華僑中學(xué)）
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廖伯琴，張大昌.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）解讀[M].湖北：湖北教育出版社，2004.
【關(guān)鍵詞】自動(dòng)擦窗機(jī)器人 設(shè)計(jì) 便捷
一、引言
在現(xiàn)代都市中，高層建筑越來越多，各種各樣的摩天大樓成為現(xiàn)代都市中一道亮麗的風(fēng)景。在建筑業(yè)，由于玻璃的采光性好，保溫防潮性能好，玻璃實(shí)用美觀，高層建筑的外壁越來越多地采用玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，但是為了保證建筑外觀的整潔美麗，時(shí)間一長，就需要對(duì)玻璃進(jìn)行清洗，以美化市容市貌。許多開放性城市都規(guī)定，每年應(yīng)對(duì)高樓清洗若干次。自動(dòng)擦窗機(jī)器人是面向普通家庭和辦公室的，為其提供電動(dòng)擦窗器，主要擦拭平開窗。自動(dòng)擦窗機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)主要是能夠自行擦拭玻璃的外側(cè)，不需要人站在窗臺(tái)上擦拭，保證了人的安全；同時(shí)該擦窗器不需要人的操縱，減少了人的體力勞動(dòng)，其能夠自行擦完整塊玻璃，方便易操作，其價(jià)格便宜。自動(dòng)擦窗機(jī)器人正是在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生。它的出現(xiàn)將極大降低高層建筑的清洗成本，改善工人的勞動(dòng)環(huán)境，提高生產(chǎn)效率，也必將極大地推動(dòng)清洗 業(yè)的發(fā)展，帶來相當(dāng)?shù)纳鐣?huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益。
二、自動(dòng)擦窗機(jī)器人需求分析
各類玻璃窗在家庭、辦公樓、酒店等得到了廣泛的使用，但由于工作的繁忙、生活節(jié)奏的不斷加快，玻璃外窗的清洗越來越成為一大生活問題。最原始的外窗清洗方法就是手拿濕毛巾爬上窗戶將手伸出窗外進(jìn)行擦洗。其擦洗難度之大、危險(xiǎn)性之高可想而知。因此人們想了個(gè)辦法利用一根竿子代替人手綁一塊擦布伸出窗外進(jìn)行外窗的清洗，如此危險(xiǎn)性降低了，但效率和擦洗效果大大的降低了。于是另一種擦洗方法隨即出現(xiàn)，那就是磁石式雙面玻璃擦洗器，但其主要缺點(diǎn)就是擦洗的高度為一人舉手的高度，要擦洗較高的地方就要站到梯子上，如此甚為不便。 當(dāng)今社會(huì)，人們住在高樓大廈之中，頻頻發(fā)生因擦窗而墜樓身亡的事件。為了安全問題，也為了改善住宅環(huán)境，人們迫切需要一個(gè)全自動(dòng)的能實(shí)現(xiàn)雙面同時(shí)擦洗的擦窗器。
三、自動(dòng)擦窗機(jī)器人現(xiàn)狀
目前市場已經(jīng)有了自動(dòng)擦窗機(jī)器人，使用的人反饋的問題很多，有人認(rèn)為自動(dòng)擦窗機(jī)器人工作時(shí)噪音太大影響別人的正常交談和工作以及休息。這是由空氣泵工作產(chǎn)生的，空氣泵的作用是抽出空氣形成真空狀態(tài)讓自動(dòng)擦窗機(jī)器人吸在玻璃上的，這是現(xiàn)有的自動(dòng)擦窗機(jī)器人的硬傷，也是我們改進(jìn)的方向?，F(xiàn)有的自動(dòng)擦窗機(jī)器人受電源線的影響，工作時(shí)自動(dòng)擦窗機(jī)器人是會(huì)繞圈的有可能會(huì)把電線繞起來，影響不大。由于自動(dòng)擦窗機(jī)器人工作時(shí)容易出現(xiàn)小故障，人沒有辦法離開，一旦離開了自動(dòng)擦窗機(jī)器人出現(xiàn)了故障那么擦窗工作就無法順利進(jìn)行了?？偟膩碚f，現(xiàn)有的自動(dòng)擦窗機(jī)器人缺點(diǎn)還很多我們可以設(shè)計(jì)更好的自動(dòng)擦窗機(jī)器人。
四、自動(dòng)擦窗機(jī)器人設(shè)計(jì)方向
通過對(duì)現(xiàn)有市場調(diào)查與問卷調(diào)查和文獻(xiàn)研究，研究自動(dòng)擦窗機(jī)器人設(shè)計(jì)方向。不少使用者反應(yīng)自動(dòng)擦窗機(jī)器人的工作時(shí)產(chǎn)生的噪音太大了，自動(dòng)機(jī)器人工作時(shí)會(huì)被電源線影響，還有的人第一次完全沒有辦法自己一個(gè)人去用自動(dòng)擦窗機(jī)器人。我們得出以下結(jié)論：將自動(dòng)擦窗機(jī)器人的產(chǎn)生的噪音減少到人們能夠接受的范圍內(nèi)減少電源線對(duì)自動(dòng)擦窗機(jī)器人的影響設(shè)計(jì)出十分簡單的操作，讓用戶容易上手。
五、自動(dòng)擦窗機(jī)器人設(shè)計(jì)趨勢
自動(dòng)擦窗機(jī)器人在未來生活有一定的作用，人們的生活越來越追求品質(zhì)，更需要智能化的機(jī)器幫助人們生活和工作。高效率設(shè)計(jì)、智能化設(shè)計(jì)、易操作設(shè)計(jì)、美觀的外形的設(shè)計(jì)是未來的自動(dòng)擦窗機(jī)器人主流設(shè)計(jì)。高效率設(shè)計(jì)：現(xiàn)有的擦玻璃的機(jī)器效率太低，工作時(shí)間長，工作時(shí)的速度慢，在高效率的社會(huì)中高效率的設(shè)計(jì)一定會(huì)受人歡迎的。智能化設(shè)計(jì)：智能選定工作路線，遇到突發(fā)狀況能夠很好地處理讓人對(duì)自動(dòng)擦窗機(jī)器人更加放心。易操作設(shè)計(jì)：操作簡單，不用人花大量的時(shí)間去學(xué)習(xí)怎么使用自動(dòng)擦窗機(jī)器人，上手一定要快。美觀的外形設(shè)計(jì)：一個(gè)現(xiàn)代化、簡單、美觀的設(shè)計(jì)，讓人喜歡的設(shè)計(jì)。
六、總結(jié)
本課題的研究目標(biāo)，是通過對(duì)現(xiàn)有市場調(diào)查研究與問卷調(diào)查研究，輔以文獻(xiàn)研究的方式，研究自動(dòng)擦窗機(jī)器人在生活中的運(yùn)用?；谝陨险{(diào)查分析結(jié)果運(yùn)用于設(shè)計(jì)實(shí)踐中。
通過本課題的研究探討，得出以下結(jié)論：
我們需要一個(gè)優(yōu)良設(shè)計(jì)的自動(dòng)擦窗機(jī)器人來代替人工作，解放人又沒有人去擦玻璃產(chǎn)生的危險(xiǎn)還能擁有干凈的玻璃。順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，設(shè)計(jì)優(yōu)良的自動(dòng)擦窗機(jī)器人改善人們的生活。生活中需要這樣的產(chǎn)品，我們的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)就是改變生活中點(diǎn)點(diǎn)滴滴，哪怕是很不起眼的地方，有改進(jìn)的地方我們就可以去思考，去想象，去設(shè)計(jì)。希望我的設(shè)計(jì)能夠很好的解決擦玻璃的問題，讓擦玻璃不再難，改善人們生活中的一小點(diǎn)，也是我們?cè)O(shè)計(jì)師的義務(wù)。
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