智能机器人创新设计课程改革探究
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作者:宫赤坤 陈雄武
摘要：智能机器人创新设计课程对培养学生创新设计能力有很大帮助。本文对智能机器人创新设计课程现状进行剖析，指出目前教学中存在的一系列问题，针对所提出的问题设置相应教学课程与改革方案，为改革探究智能机器人课程的高校提供一定参考。
关键词：智能机器人;教学课程;改革方案
Research on the Reform of Intelligent Robot Innovation Design Course
GONG Chi-kun CHEN Xiong-wu
（University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China）
【Abstract】The intelligent robot innovative design course is of great help to train students' innovative design ability. This article analyzes the current status of the intelligent robot innovative design courses， points out a series of problems in the current teaching， and sets up corresponding teaching courses and reform schemes for the proposed problems， providing a certain reference for the reform of universities exploring intelligent robot courses.
【Key words】Intelligent robot; teaching course; reform plan
智能机器人创新设计课程是与机器人设计、制造、应用相关的学科，是研究机器人的基础和重点。本课程以 “智能机器人”为载体，组织学生对智能机器人的机械系统、电气系统、软件系统进行设计研究，引导学生掌握机器人结构设计、编程、调试技能，熟悉相应的采购、加工、装配流程。本文以上海理工大学机械工程学院机器人工程专业为例，提出一种针对智能机器人专业课程设置和建设的探究思路。
一、国内智能机器人创新设计课程教学现状
在国外，机器人教育进入课堂的时间较早。我国机器人工程专业设置虽较晚，但对机器人教学的研究却已拥有很长一段时间。如今，国内各大高校在本科和研究生阶段均开设机器人方面的相关课程。
国内开设机器人方面的相关课程最早在研究生阶段，面向对象主要包括高校中的机械、电气、自动化、计算机等理工科专业。此类专业开设机器人课程时大多以机器人概论、机器人学、机器人基础为主，通过理论学习使学生掌握机器人机构学、运动学、动力学、轨迹规划、控制学等各方面内容。但机器人学科是一门交叉性很强的学科，单单在一个课程内讲述机器人知识往往不切实际。
二、智能机器人创新设计课程教学中存在的问题
1.理论知识深，学生理解难
智能机器人创新设计课程的理论知识较深，需有数学、力学基础，尤其在运动学、动力学、控制原理方面，要求学生具备良好的逻辑性，否则在学习时会感到非常抽象。通过一段时间的教学探究，按传统课程设置讲授机器人理论会严重削减学生对智能机器人课程的兴趣，机器人课程教学中抽象又繁琐的理论确实不利于学生吸收和应用，在某种程度上反而引起学生的畏惧。
2.讲授方式死板，学生兴趣不高
高校课程主要以“教授讲，学生听”为主，教学过程过于死板。当今科技飞速发展，科幻电影层出不穷，课本上的智能机器人过于陈旧，毫无创新优势。在学生眼里，智能机器人绝不是书上的连杆、关节等机械结构。相反，学生更喜欢创新型甚至自己独立设计的智能机器人。
3.教学用书不明确，规划设计不科学
智能机器人创新设计课程在国内没有统一规范的授课教材，部分高校开展智能机器人创新设计课程只是一味地跟风机器人教育，整个教学过程没有合理的教材和科学的教学规划设计，个别学校甚至将一些公司的产品说明书作为教材进行教授，教学活动随意性太强。
4.知识应用不足，忽略創新
智能机器人创新设计课程是交叉性非常强的学科，学生在学习智能机器人创新设计课程前须具备机械设计、机械原理、电子电工、控制工程基础、传感技术、测试技术等基础课程知识，否则在学习时会遇到很大的阻力。然而在目前课程教学中，有的学生不能将智能机器人结构与机械设计、机械原理知识相结合，有的学生不能运用矩阵知识解决机器人的位姿变换，还有的学生对传感技术一无所知，这些都体现出缺乏或难以应用所学知识的现象。其次，教师过多侧重理论教学、片面忽略创新。对于智能机器人的机械本体设计，只是基于原结构而未积极引导学生基于理论设计基础进行结构方面的创新，没有让学生独立思考，动手操作，探索优化。
三、智能机器人创新设计课程教学内容设置
智能机器人创新设计课程包括基础理论、编程、项目实践三部分，如表1所示。第一部分以理论知识为主，通过该阶段学习学生可掌握机器人运动学、动力学、轨迹规划三大核心理论知识，教学时可利用机器人器材搭建简易模型，通过模型激发学生学习兴趣，培养学生的逻辑思维和创新能力;第二部分以学习软件为主，机器人机械结构设计中牵扯到大量矩阵运算，学习MATLAB可大大减少运算量，把更多精力投入机器人结构创新中去。此外MATLAB还有专门的机器人模块，能为机器人研究提供巨大方便。第三部分将基于项目将所学变为所用，在已有理论知识和编程能力基础上制作双足机器人。动手实践是一个知识运用与创新思考过程，它可以培养学生的实践能力，同时对巩固知识体系、加深理论理解有巨大帮助。
四、结语
引入智能机器人创新设计课程，一方面，不仅可以调动学生学习兴趣，也可以加深学生对机器人理论知识的理解，更能提高学生的动手操作能力，真正达到学以致用效果;另一方面，还可以让学生充分发挥自主创新能力，从自主设计到动手调试全方位认识智能机器人，让各个方面的能力得到全面锻炼。
参考文献：
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