緒論：寫作既是個人情感的抒發(fā)，也是對學(xué)術(shù)真理的探索，歡迎閱讀由發(fā)表云整理的11篇機器人實驗室范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發(fā)。

篇（1）

智能機器人作為一個最為典型的工程系統(tǒng)對象，涵蓋了機械、電氣、信息、通訊、控制、系統(tǒng)等所有現(xiàn)代工程專業(yè)的內(nèi)容，因此機器人作為一個典型的系統(tǒng)對象，是所有創(chuàng)新工程專業(yè)教育改革的理想載體，可以貫穿工程訓(xùn)練、專業(yè)基礎(chǔ)教育和專業(yè)創(chuàng)新教育的全過程，是教學(xué)實驗和研究的最理想的平臺。智能機器人實驗室是一個涉及多學(xué)科，測、控充分結(jié)合的實驗室，集各種傳感與執(zhí)行機構(gòu)于一體，又是一個測控一體化的綜合實驗對象。

首都師范大學(xué)智能機器人實驗室是專門服務(wù)于智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科教學(xué)和實踐的系統(tǒng)平臺，是高年級智能機器人、模式識別等專業(yè)課程的實踐創(chuàng)新基地。經(jīng)過近10年的建設(shè)發(fā)展，我們在實驗室建設(shè)、實驗體系研究、目標定位等方面積累了一定的經(jīng)驗。

1 實驗室建設(shè)定位和配置

智能機器人與模式識別是智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的特色，其中，智能機器人重點培養(yǎng)學(xué)生在智能機器人設(shè)計與開發(fā)、智能機器人傳感器技術(shù)、智能控制、多傳感器信息采集與融合等方面的實際應(yīng)用能力；模式識別是基于信號處理、人工智能、計算機等技術(shù)，用機器代替人去識別和辨識客觀事物，用數(shù)學(xué)技術(shù)方法來研究模式的自動處理和判讀的學(xué)科內(nèi)容，其相關(guān)系統(tǒng)理論和方法的研究近年來迅速發(fā)展，因此實驗室的建設(shè)主要圍繞這兩門課程的實踐教學(xué)和科研活動展開。

實驗室自2005年創(chuàng)建，占地面積約150m2。根據(jù)教學(xué)實踐需要，實驗室設(shè)備配置包括通用計算機系統(tǒng)、小型組足球機器人、輪式智能移動機器人平臺、大學(xué)生創(chuàng)新實踐中級套件、示教型教學(xué)工業(yè)機器人、各種傳感器等。軟件系統(tǒng)包括Matlab、機器人編程系統(tǒng)、通用編程語言環(huán)境、模式識別工具箱等，在這些設(shè)備的基礎(chǔ)上，開展智能科學(xué)與技術(shù)的實踐教學(xué)。隨著設(shè)備的老化，根據(jù)課程發(fā)展的需要，實驗室即將購進人形機器人、滅火機器人、游歷機器人以及自主設(shè)計機器人的各類配件。

2 實驗室創(chuàng)新實驗體系

2.1 通用創(chuàng)新實驗體系

根據(jù)智能科學(xué)與技術(shù)的學(xué)科特點，智能機器人實驗室提供循序漸進的系統(tǒng)訓(xùn)練課程：初級課程、中級課程、高級課程，具體開課情況見表1。

（1）針對低年級學(xué)生的系統(tǒng)化基礎(chǔ)工程訓(xùn)練：學(xué)生可以利用該平臺，進行學(xué)科基本能力的培養(yǎng)，包括計算思維能力、算法設(shè)計與分析能力、程序設(shè)計能力、開發(fā)應(yīng)用能力等；并能夠動手組裝和調(diào)試簡單電路；編寫控制軟件；獲得全方位的、系統(tǒng)化的基礎(chǔ)工程訓(xùn)練。

（2）針對中年級學(xué)生：可以利用該平臺，進行系統(tǒng)能力的培養(yǎng)，要求學(xué)生能夠站在系統(tǒng)的全局去看問題、分析問題和解決問題，從而更加深入地學(xué)習(xí)并實踐自動控制、電子電路、微機原理接口技術(shù)及應(yīng)用、單片機原理與應(yīng)用等學(xué)科知識與試驗學(xué)習(xí)結(jié)合起來。

（3）針對高年級學(xué)生：利用該平臺，深入研究目前前沿的學(xué)科知識，進行人工智能、圖像處理、語音識別、機器人自主導(dǎo)航、運動控制、機械設(shè)計、機械電子學(xué)、電機拖動、機器人學(xué)、自動控制、數(shù)字控制、先進控制、智能控制、傳感器、傳感器信息融合、信號處理、模式識別、人工智能、面向?qū)ο缶幊獭④浖こ獭D像處理、語音識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等多學(xué)科的研究驗證，進行創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

2.2 智能機器人課程實踐教學(xué)體系

智能機器人是首都師范大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)高年級學(xué)生的重要專業(yè)課程，涉及的學(xué)科范圍包括力學(xué)、機器人拓撲學(xué)、機械學(xué)、電子與微電子學(xué)、控制論、計算機、生物學(xué)、人工智能、系統(tǒng)工程等諸多課程，是理論性、實踐性和綜合性很強的課程，也是培養(yǎng)學(xué)生具有機械設(shè)計能力、能夠直接解決實際問題的課程。該課程授課課時為36學(xué)時，實驗課時為36學(xué)時，達到了1：1的比例。

第一階段，教師以最為典型的能力風(fēng)暴機器人、示教—再現(xiàn)機器人為教學(xué)對象，讓學(xué)生掌握基本程序的編制，掌握電機的控制方法，掌握最簡系統(tǒng)的組裝、編程、調(diào)試的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)基本系統(tǒng)的各種控制，實現(xiàn)機器人走正方形、機器人邊唱邊跳等經(jīng)典控制項目，從而對機構(gòu)設(shè)計、軟件編制以及優(yōu)化有一定的認識。

第二階段，設(shè)計和開發(fā)自己的機器人運動機構(gòu)，完成機器人綜合組裝、調(diào)試工作，在第一階段的基礎(chǔ)上增加一些標準傳感器知識，學(xué)生可以通過對典型傳感器，如紅外傳感器、光敏傳感器、碰撞開關(guān)、光電編碼器等使用學(xué)習(xí)，完成機器人跟人走、避障等實驗。另外，學(xué)生熟練掌握完整智能控制系統(tǒng)的編程與應(yīng)用方法，為拓展其他各種傳感器與功能模塊的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

第三階段，學(xué)生可以在以上基礎(chǔ)上增加其他各種擴展芯片、傳感器、大學(xué)生創(chuàng)新模塊套件及執(zhí)行機構(gòu)，熟練應(yīng)用不同傳感器，設(shè)計方案以及試驗環(huán)境來實現(xiàn)不同功能，例如完成語音控制機器人小車、加工車床等試驗。通過這個環(huán)節(jié)，學(xué)生可以深入掌握不同傳感器及執(zhí)行機構(gòu)的工作原理與應(yīng)用方法，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。

第四階段，面向競賽和學(xué)生科研課題，學(xué)生獨立進行自主創(chuàng)意或完成指定項目的設(shè)計。在這個階段，學(xué)生可以對人工智能、圖像處理、自主導(dǎo)航、遺傳算法等前沿學(xué)科進行深入研究及驗證，例如火星隕石標本采集概念機器人的設(shè)計、智能圖書存取系統(tǒng)設(shè)計等。

2.3 模式識別課程實踐教學(xué)體系

模式識別課程是首都師范大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)高年級學(xué)生的重要專業(yè)課程，其目的是通過對模式識別基本理論、概念和方法的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠靈活運用所學(xué)知識，借助計算機解決實際工程應(yīng)用中的自動識別問題，其主要任務(wù)是使學(xué)生掌握對物體進行分類的有關(guān)理論和方法。實驗課是本課程重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，目的是使學(xué)生掌握模式識別基本分類方法的算法設(shè)計及其驗證方法。提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。本課程授課課時36學(xué)時，實驗課時時。

第一類實驗是安裝并使用模式識別工具箱。本次實驗可以讓學(xué)生了解模式識別軟件的具體形態(tài)、基本設(shè)置以及運行流程，了解基本識別方法的工作過程。

第二類實驗使用常用分類算法進行實驗，例如，貝葉斯分類算法的原理和使用、最近鄰算法的分析試驗。

第三類實驗為課程設(shè)計，例如用支持向量機進行人臉識別。本次實驗可以讓學(xué)生掌握支持向量機的運行機理、參數(shù)選擇與快速算法等，了解在實際分類中學(xué)習(xí)樣本庫的重要性。

3 實驗室發(fā)展成果

3.1 提高科研水平，促進實驗室良性發(fā)展

實踐證明，科研項目的研究對改善學(xué)科軟硬件條件作用重大。在帶動實驗室建設(shè)上，科研課題以優(yōu)勢、特色學(xué)科為基地，購置大量先進的儀器設(shè)備，構(gòu)建起堅實的實驗條件，在完成科研任務(wù)的同時，轉(zhuǎn)化為學(xué)科教學(xué)、科研發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，為培養(yǎng)高水平本科人才提供物質(zhì)支撐。首都師范大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)先后申請主持國家自然科學(xué)基金項目等國家級項目4項、省部級項目近20項，校級項目若干，發(fā)表包括SCI、EI檢索在內(nèi)的學(xué)術(shù)論文一百多篇，從而極大促進了智能機器人的實驗室建設(shè)，為實驗室的長期發(fā)展創(chuàng)造堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)和持續(xù)的科研動力。

3.2 開展學(xué)生科研，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)堅持以智能機器人實驗室為依托，鼓勵學(xué)生申報、開展各級各類學(xué)生科研項目，進行專業(yè)實習(xí)、完成畢業(yè)設(shè)計，并按照本科生的學(xué)習(xí)發(fā)展階段，為學(xué)生規(guī)劃科研申報體系，如圖1所示。

近四年來，我們積極組織學(xué)生申請全國級大學(xué)生創(chuàng)新實驗計劃6項，參與學(xué)生近30人。申請校級各類學(xué)生科研項目近20項，參與學(xué)生近百人。通過有組織地、循序漸進地開展學(xué)生科研，學(xué)生極大地發(fā)揮了鉆研精神和創(chuàng)新能力。

3.3 通過學(xué)科競賽，調(diào)動學(xué)生實踐積極性

篇（2）

中圖分類號：TP212文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）02-0297-02

1 引言

機器人是21世紀技術(shù)前沿課題，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機器人在社會各領(lǐng)域的作用越來越大。對機器人的研究已成為熱門課題。智能尋跡機器人是一種被廣泛研究的機器人，而且國內(nèi)外都有許多重要的比賽。它是在給定的區(qū)域內(nèi)延著軌跡完成對各個目標點的訪問。其主要指標是速度和順利完成訪問得分點的能力。智能尋跡機器人涉及到傳感器技術(shù)，單片機控制、信號處理、電機驅(qū)動、人工智能、驅(qū)動電源的設(shè)計等諸多領(lǐng)域。本文描述的智能尋跡機器人采用的是雙龍公司的單片機，利用紅外傳感器感知外界信號、光電編碼器和C語言編程控制尋線行走姿態(tài)。

2 紅外傳感器概述

紅外傳感器的測量原理是將發(fā)射信號經(jīng)調(diào)制后送紅外管發(fā)射，光敏管接收調(diào)制的紅外信號。用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測出黑線繼而輸出高電平。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本能夠滿足要求，但是工作不夠穩(wěn)定，且容易受外界光線的影響，因此對試驗的環(huán)境要求較高。但光的反射受到多種因素的影響，如反射表面的形狀、顏色、光潔度，日光、日光燈照射等不確定因素。如果直接用發(fā)射和接收管進行測量將因為干擾產(chǎn)生錯誤信號，采用對反射光強進行測量的方法可以提高系統(tǒng)的可靠性和準確性。

3 機器人輪式機器人尋跡的思想

這里的尋跡是指機器人輪式機器人在白色地板上沿著黑線行走，通常采用的方法是紅外探測法。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點，在輪式機器人行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時發(fā)生漫反射，反射光被裝在 輪式機器人上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，輪式機器人上的接收管接收不到紅外光。單片機就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來確定黑線的位置和輪式機器人的行走路線。紅外探測器探測距離有限，一般最大不應(yīng)超過3cm。

3.1 使用一個紅外傳感器（如圖3）

原理:輪式機器人在黑線上前進,跑出黑線(假設(shè)向左編偏離黑),輪式機器人向右轉(zhuǎn)2單位角度,判是否回到黑線,回到黑線則前進,若沒有回到黑線,則向左轉(zhuǎn)過4單位角度,再判斷執(zhí)行，如此反復(fù)試探進行尋跡。

理論圖樣：

3.2 使用兩個紅外傳感器（如圖4、5）

原理：用兩個紅外傳感器有兩種情況。其一，傳感器之間距大于黑線寬度，輪式機器人在黑線上前進，假如輪式機器人右邊的傳感器接觸黑線，則輪式機器人自動調(diào)整左轉(zhuǎn)，直到兩個傳感器感應(yīng)的都是白線。其二，傳感器之間的距離小于黑線的距離，輪式機器人在黑線上前進，假如輪式機器人左邊的傳感器跑出黑線，則輪式機器人自動調(diào)整右轉(zhuǎn)，直到兩個傳感器都在黑線上。

理論圖樣：

3.3 使用三個紅外傳感器（如圖6）

三個紅外傳感器的設(shè)計排列較多，在這里我們只對三個紅外傳感器排成一行設(shè)計進行討論。

原理：中間的傳感器探測的是黑線，兩邊的傳感器探測的是白底。輪式機器人在黑線上前進，假設(shè)輪式機器人向右偏離，即中間傳感器探測的是白底，且左邊的探測器探測的是黑線，則輪式機器人制動調(diào)整左轉(zhuǎn)，直到中間探測的是黑線，兩邊探測的是白底。反之，輪式機器人制動調(diào)整右轉(zhuǎn)，直到中間探測的是黑線，兩邊探測的是白底。輪式機器人繼續(xù)前進。

理論圖樣：

圖6 三個傳感器尋跡解圖

4 結(jié)束語

本文結(jié)合實驗室的研究科目，對輪式機器人尋跡中使用紅外傳感器做了多次測試，尋跡非常成功，并且針對尋跡定位精度要求高和紅外傳感器的使用個數(shù)這兩個關(guān)鍵問題提出了相應(yīng)的解決方案，通過一段時期的測試運行，取得了很好的實驗效果。

隨著紅外傳感器技術(shù)的日益成熟，定位精度日益提高，在不久的將來，紅外傳感器的使用范圍更廣，輪式機器人尋跡也會相應(yīng)的應(yīng)用到各個領(lǐng)域。

篇（3）

Breazeal認為：“它（機器人）不僅要具有自然的溝通能力，還要能理解人類的思維方式。每當(dāng)我們體驗這個世界，做決定并采取行動，我們當(dāng)然會考慮相關(guān)信息，但我們也會考慮其他因素。機器人可以有社交功能，也能有真情實感，更是實實在在的物體。不僅如此，只要支持人類全面體驗的技術(shù)越多，人類自身的本領(lǐng)就會越強大。社交機器人可以算是歷史上首次在上述所有這些層面內(nèi)對人類體驗的一種綜合體現(xiàn)。”

多年以來，Breazeal一直在研究人性化的機器人，希望賦予他們?nèi)穗H交往的技巧，探究它們?nèi)绾瓮七M兒童教育、醫(yī)治慢性病、高級護理等各種類型的工作。甚至，社交機器人還可以幫助家庭成員更好地相處、互動。例如利用相關(guān)技術(shù)，它們可以讓住在千里之外的祖父看到自己的孫女，并且和她玩實時游戲。

Breazeal介紹，除了增進交互，機器人技術(shù)也能有效地鼓勵人們改進言行。機器人可以扮演教練，指導(dǎo)用戶鍛煉身體。Breazeal發(fā)現(xiàn)，和人類相似的外形、溝通手段、動作和互動方式可以產(chǎn)生比其他技術(shù)形式更持久、更重要并且更符合人們期望的成果。

篇（4）

摘要：在對課外教學(xué)和教學(xué)設(shè)計策略概念加以界定的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了機器人課外教學(xué)設(shè)計策略，包括機器人課外教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織、教學(xué)評價共四個方面的內(nèi)容，明確了機器人教學(xué)的教育目的、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)目標，探討了機器人課外教學(xué)組織模式的構(gòu)建。

關(guān)鍵詞 ：機器人；課外教學(xué)設(shè)計；組織模式；教學(xué)評價

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5727( 2014) 02-0124-03

機器人教育是時代和社會發(fā)展的必然，是學(xué)校培養(yǎng)科技創(chuàng)新型人才的重要載體，對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新精神有著至關(guān)重要的作用。機器人課程日益受到重視，在各類機器人競賽的推動下，機器人課外教學(xué)也在如火如荼地開展。但是，為競賽而競賽、學(xué)生管理的自主狀態(tài)、師資配置不足、缺乏系統(tǒng)管理等問題在機器人課外教學(xué)中也是客觀存在。因此，機器人課外教學(xué)迫切需要重新審視，堅持以培養(yǎng)人為中心，認真分析機器人課外教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標、教學(xué)組織、教學(xué)評價等，系統(tǒng)研究機器人課外教學(xué)設(shè)計策略。

概念界定

關(guān)于課外教學(xué)的概念國際教育界對“課外”的英文詞語不外乎兩種：“extra-curricular（課程之外）”或“extra-class（課堂之外）”。教學(xué)是教育目的規(guī)范下的、教師的教與學(xué)生的學(xué)共同組成的一種教育活動。從系統(tǒng)性和完整性的角度，本研究將“課外”界定于extra-class．同時把課外教學(xué)納入課程范疇。根據(jù)教學(xué)定義，進一步明確：課外教學(xué)應(yīng)該包括“教(teach)”和“學(xué)(learn)”兩種不同性質(zhì)的活動，教學(xué)實施過程中的行為主體包括教師和學(xué)生，課外教學(xué)是在教學(xué)目標指引下，由教師的教與學(xué)生的學(xué)系統(tǒng)組成的一種教育活動。

關(guān)于教學(xué)設(shè)計策略的概念策略是為達到某種目的使用的手段或方法。所謂教學(xué)策略，是在教學(xué)目標確定以后，根據(jù)已定的教學(xué)任務(wù)和學(xué)生的特征，有針對性地選擇與組合相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織形式、教學(xué)方法和技術(shù)，形成的具有效率意義的特定教學(xué)方案。教學(xué)策略根據(jù)教學(xué)活動的內(nèi)容分為教學(xué)設(shè)計策略、教學(xué)實施策略和教學(xué)反思策略。教學(xué)設(shè)計是教學(xué)的首要環(huán)節(jié)，主要包括教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織、教學(xué)評價四個方面的內(nèi)容。

機器人課外教學(xué)的教學(xué)目標與教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

確定機器人課外教學(xué)目標首先要確定機器人教育目的和意義。從學(xué)生能力結(jié)構(gòu)上，可以將“機器人教育目的”理解為：推進素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力、團體意識和合作精神、設(shè)計能力和研究能力以及跨專業(yè)綜合應(yīng)用能力。

教學(xué)目標設(shè)計是對教學(xué)活動預(yù)期所要達到的結(jié)果的規(guī)劃，是教學(xué)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。合理的教學(xué)目標是保證教學(xué)活動順利進行的必要條件。教學(xué)目標設(shè)計應(yīng)與教學(xué)內(nèi)容緊密相連，應(yīng)以教學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)，教學(xué)內(nèi)容的組織和實施應(yīng)能促進教學(xué)目標的實現(xiàn)。教學(xué)內(nèi)容是學(xué)生所系統(tǒng)學(xué)習(xí)內(nèi)化的間接經(jīng)驗和直接經(jīng)驗的總和。根據(jù)建構(gòu)主義教學(xué)理論，教學(xué)目標設(shè)計應(yīng)促進學(xué)生主動學(xué)習(xí)而不是被動接收，應(yīng)激發(fā)學(xué)生思維，促進知識內(nèi)化為技能，促進學(xué)生建構(gòu)自己的知識體系。

因此，機器人課外教學(xué)內(nèi)容需要教師認真進行選擇、加工、組織，遵循連續(xù)性、遞進性和整合性的原則，同時教學(xué)內(nèi)容組織要考慮邏輯順序和心理順序。根據(jù)實踐，現(xiàn)將機器人課外教學(xué)的教學(xué)目標和教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式加以總結(jié)，如表1所示。

機器人課外教學(xué)組織模式

教學(xué)組織形式，就是教學(xué)活動中教師與學(xué)生的組合結(jié)構(gòu)形式，或者說是教師與學(xué)生共同活動在人員、程序、時空關(guān)系上的組合結(jié)構(gòu)形式。機器人課外教學(xué)因其靈活性、開放性、綜合性的特點，給課外教學(xué)的組織增加了難度。但通過實踐，逐步形成了以科技社團為載體、以社團組織課外教學(xué)活動開展為主線、以充分盤活資源為核心、以科技競賽為動力的師生互聯(lián)全員互動的機器人課外教學(xué)組織模式。機器人課外教學(xué)組織模式如圖1所示。

（一）機器人課外教學(xué)組織模式發(fā)展溯源

我們的研究最早從1996年開始，引進了日本機器人教育的先進經(jīng)驗，結(jié)合我國的具體國情，在機器人教育方面進行了探索，并取得了一定的經(jīng)驗，成功地組織了多屆大學(xué)生小型機器人設(shè)計和制作比賽。將機器人教育與教學(xué)改革相結(jié)合，完成了全國職業(yè)技術(shù)師范教育委員會“九五”教育科學(xué)研究課題“電類專業(yè)現(xiàn)代職業(yè)技能開發(fā)一增設(shè)‘小型機器人設(shè)計和制作’的教學(xué)內(nèi)容”項目的研究工作。

我們以“小型機器人設(shè)計與制作”為課題，組織自控、機械、電子、計算機、工業(yè)設(shè)計等專業(yè)的教師組成跨學(xué)科的指導(dǎo)教師小組，吸收以上專業(yè)大學(xué)三年級以上的學(xué)生參加，進行畢業(yè)設(shè)計改革試點。同時，在制作多臺不同結(jié)構(gòu)和功能的教學(xué)用智能機器人的基礎(chǔ)上，按照低成本、模塊化、系統(tǒng)集成的設(shè)計思想，研制了多種通用機器人設(shè)計和制作的標準化模塊及多種傳感器模塊。系統(tǒng)采用開放式結(jié)構(gòu)，根據(jù)設(shè)計任務(wù)需要，學(xué)生也可進行特定的模塊設(shè)計。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進行系統(tǒng)模塊配置，模塊設(shè)計，機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計安裝、制作、調(diào)試、模塊軟件編程等環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，設(shè)計并制作小型機器人進行比賽。

此項教育改革將機器人教學(xué)與第二課堂相結(jié)合，利用學(xué)生的課余時間延長畢業(yè)設(shè)計時間，提高了畢業(yè)設(shè)計課題的綜合性。該項學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的研究成果在第五屆“挑戰(zhàn)杯”天津市大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技競賽中獲科技制作類一等獎。

1997年，我們成立了電子工程師搖籃協(xié)會，組織開展電子競賽等科技活動：1999年，成立了機器人俱樂部，自主研制機器人模塊化設(shè)計開發(fā)平臺和各種機器人功能模塊，致力于機器人開發(fā)和研究，同時不斷研究和設(shè)計適合中國國情的比賽規(guī)劃。在星火創(chuàng)業(yè)協(xié)會成立后，以上三個學(xué)生科技社團合并成立了大學(xué)生科技實踐中心，開展各項課外科技活動。

（二）機器人課外教學(xué)組織模式的形成

層層選拔，循序漸進課外科技活動的實踐證明，科技社團是機器人課外教學(xué)實踐的重要載體。科技社團與活動開展的思路逐步形成：電子工程師搖籃協(xié)會負責(zé)組織機器人相關(guān)培訓(xùn)、講座、參觀等，進行機器人現(xiàn)成產(chǎn)品研究（包括實驗、驗證等），并通過小型科技競賽選拔學(xué)生到機器人俱樂部，開發(fā)機器人模塊化設(shè)計平臺，自主設(shè)計與制作機器人。同時選拔學(xué)生到專家實驗室、研究所參與機器人相關(guān)課題研發(fā)，并參加全國的機器人大賽。堅持循序漸進的教學(xué)原則，如模式圖中的主線自下而上，對應(yīng)的機器人課外教學(xué)的難度從低到高設(shè)置，為不同專業(yè)、不同年級、不同興趣和特長的學(xué)生提供了多層面的選擇空間和學(xué)習(xí)平臺。科技競賽成為選拔、培養(yǎng)學(xué)生的重要手段。在教師的全面指導(dǎo)下，學(xué)生通過活動、競賽等進階選拔，接觸到從社團骨干到科技輔導(dǎo)員、從研究生到專家教授等多層面的輔導(dǎo)和培訓(xùn)，專業(yè)技能和綜合能力逐步提高。

全員參與，分工協(xié)作資源是機器人課外教學(xué)實施的重要保證。盤活資源能有效保證機器人課外教學(xué)質(zhì)量，有力提升資源效能，推動機器人課外教學(xué)的各項實踐活動。人是影響教學(xué)質(zhì)量的根本因素，教師在機器人課外教學(xué)中具有不可替代的作用。充分發(fā)揮教師作用的關(guān)鍵是全員參與。全員參與需要全體教師都能圍繞“機器人課外教學(xué)”明白自己該做什么、怎樣做、為什么這樣做、如何做得更好。在實踐中，學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)帶頭高度重視課外教學(xué)工作，系統(tǒng)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)模式，宏觀指導(dǎo)機器人課外教學(xué)工作，同時提供機器人課外教學(xué)必需的專家、教授、科技輔導(dǎo)員等人力資源和實驗室設(shè)備場地等資源的大力支持。我們在實踐中率先設(shè)立了科技輔導(dǎo)員崗位，負責(zé)指導(dǎo)科技社團的各項活動，培養(yǎng)選拔科技人才，促進學(xué)生科技水平提升和綜合實踐能力提高。同時設(shè)立了班級實踐委員，構(gòu)建了以班級為依托的學(xué)生科技實踐環(huán)境，改變了傳統(tǒng)意義上的班干部結(jié)構(gòu)，在班上設(shè)立了實踐委員。實踐委員負責(zé)在班里營造科技實踐氣氛，開展科技實踐活動，推薦并協(xié)助選拔學(xué)生進入科技社團。實踐委員對科技輔導(dǎo)員負責(zé)，接受科技輔導(dǎo)員的指導(dǎo)。同時，科技輔導(dǎo)員指導(dǎo)社團的骨干力量對班級的科技活動給予相應(yīng)的支持和幫助。專家、教授不僅為科技社團做培訓(xùn)和講座、指導(dǎo)學(xué)生參加科技競賽，而且從科技社團選拔挑選學(xué)生參與實驗室課題研發(fā)，安排研究生參與活動中，指導(dǎo)研究生與本科生互助，快速提高、快速成長。此外，還通過校企合作，引入西門子獎學(xué)金，用于舉辦應(yīng)用創(chuàng)新類科技活動，并舉辦了“西門子杯”應(yīng)用創(chuàng)新類學(xué)生競賽。

機器人課外教學(xué)評價

篇（5）

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）28-0268-02

機器人是一個多學(xué)科交叉的綜合產(chǎn)物，涉及機械工程、電子技術(shù)、檢測技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制理論以及人工智能等多個學(xué)科領(lǐng)域，代表了當(dāng)今機電一體化的最高成就。當(dāng)前，工業(yè)機器人、醫(yī)療機器人已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用；隨著人口的老齡化，服務(wù)機器人也成為了研究的熱點。在此背景下，越來越多的高校開設(shè)了機器人課程并給予較高的重視。機器人課程具有涉及學(xué)科廣泛、實踐性強、探索性豐富等特點，是面向高等學(xué)校機械工程學(xué)科機械工程及機械電子工程專業(yè)的本科生和一年級研究生開設(shè)的專業(yè)課。

根據(jù)應(yīng)用型本科的教學(xué)定位，本著“技術(shù)強校，應(yīng)用為本”的辦學(xué)指導(dǎo)方針，華南理工大學(xué)廣州學(xué)院以機械工程實驗中心的機器人資源為依托，面向機械類專業(yè)學(xué)生開展了機器人實驗課程并不斷探索更好的教學(xué)方法，著力培養(yǎng)滿足用人需求的技術(shù)應(yīng)用型人才。

在此，本文在分析國內(nèi)機器人實驗課程現(xiàn)有問題的基礎(chǔ)上，總結(jié)自身的教學(xué)實踐經(jīng)驗，提出了“項目式”強化訓(xùn)練的機器人實驗教學(xué)方法。該方法以具體的項目任務(wù)為依托，促使學(xué)生在完成項目任務(wù)的過程中“既動腦又動手”，得到了較好的教學(xué)效果。

一、機器人實驗教學(xué)的現(xiàn)有問題

目前，機器人教學(xué)在國內(nèi)各高等學(xué)校迅速發(fā)展，相當(dāng)一部分的高校建立了機器人實驗室并開展了機器人實驗課程。雖然機器人教學(xué)工作發(fā)展迅速，但是完整的教學(xué)體系尚未形成，在機器人實驗教學(xué)仍然存在不少值得關(guān)注的問題。

1.實驗平臺單一。目前，阻礙機器人實驗教學(xué)發(fā)展的一個重要原因就是搭建機器人實驗平臺所需的器材費用非常高。譬如：一套安川小型工業(yè)機器人高達十幾萬元，一套包括控制器、傳感器、馬達和零部件等的樂高機器人教學(xué)專用套裝一般需要六七千元。另外，機器人的組裝和維護所需的硬件設(shè)備和人力投入也是一筆龐大的開銷。由于受到經(jīng)費等原因的限制，相當(dāng)一部分的學(xué)校只能購買并搭建一到兩種機器人實驗平臺，因而能夠讓學(xué)生動手操作、親身體驗的實驗資源非常有限，也難以開展多種機器人實驗，導(dǎo)致機器人實驗的教學(xué)內(nèi)容比較單調(diào)，缺乏“廣度”，對學(xué)生的吸引力不強。

2.教學(xué)手段傳統(tǒng)。機器人實驗不僅要求學(xué)生要動手，還要求學(xué)生要動腦，但目前機器人實驗的開展以教師進行實驗演示和學(xué)生按照步驟操作為主。這樣的教學(xué)手段使得學(xué)生按照明確的步驟即可完成實驗，無須自行查找資料、思考并解決問題、進行團隊合作。在機器人實驗的過程中，學(xué)生缺乏主動實踐的機會，難以激發(fā)學(xué)生對機器人進行學(xué)習(xí)和操作的主動性和積極性。學(xué)生在實驗結(jié)束后往往很快就遺忘所學(xué)的內(nèi)容，在整個實驗課程結(jié)束后收獲不多，甚至印象不深，從而導(dǎo)致機器人實驗的教學(xué)效果較差。另外，對學(xué)生實驗課程的評價依據(jù)只能是學(xué)生能否按時上課和完成實驗，不能有效地區(qū)分出部分動手能力強、創(chuàng)新意識較強的學(xué)生并給予較高的評價。不具有一定挑戰(zhàn)性的按部就班式的實驗操作，也不能激發(fā)學(xué)生爭先創(chuàng)優(yōu)的競爭心理，這也導(dǎo)致了機器人實驗的教學(xué)效果并不理想。

3.教師資源匱乏。機器人課程融合了多個學(xué)科的知識，涉及到相當(dāng)多前沿領(lǐng)域的技術(shù)。因此，機器人實驗教學(xué)對教師有著比較高的要求，要求教師具備多學(xué)科知識背景、較強的動手能力和指導(dǎo)學(xué)生對新事物進行探索實踐的能力。然而，由于機器人教學(xué)在我國起步較晚，完整的機器人教學(xué)體系尚未形成，教師隊伍尚在建設(shè)中，專門進行機器人教學(xué)活動的教師較少，在機器人實驗教學(xué)方面具有豐富經(jīng)驗的教師就更少了。所以，在開展機器人實驗教學(xué)方面，各高校的教師資源嚴重匱乏。

二、“項目式”強化訓(xùn)練的實驗教學(xué)方法

針對已發(fā)現(xiàn)的問題，華南理工大學(xué)廣州學(xué)院探索總結(jié)了一套“項目式”強化訓(xùn)練的機器人實驗教學(xué)方法。

1.進行項目訓(xùn)練的教學(xué)。為了推行“項目式”強化訓(xùn)練的教學(xué)模式，華南理工大學(xué)廣州學(xué)院安排了工業(yè)自動化強化訓(xùn)練Ⅰ和Ⅱ兩個課程。其中，強化訓(xùn)練Ⅰ是可編程控制器和單片機的基礎(chǔ)課程，以教師課堂授課和安排實驗為主。強化訓(xùn)練Ⅱ是后續(xù)課程，以項目任務(wù)為教學(xué)內(nèi)容，將機器人作為可編程控制器和單片機的學(xué)習(xí)平臺，以機器人各種工作站的搭建為具體任務(wù)，開展機器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)集成等教學(xué)，整個環(huán)節(jié)以學(xué)生操作為主。教師設(shè)計有多個不同的項目任務(wù)，供學(xué)生自行組隊、自由選擇。每個小組根據(jù)選定的項目任務(wù)，自行進行組內(nèi)分工和安排工作日程，查閱相關(guān)資料進行程序或輔助設(shè)備的設(shè)計和實驗。

通過豐富具體的項目任務(wù)驅(qū)動學(xué)生的機器人學(xué)習(xí)，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣和水平選擇項目任務(wù)，這可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和團隊意識。“既要動腦又要動手”的項目任務(wù)加強了學(xué)生對機器人的認識，強化了學(xué)生對知識的運用，學(xué)生對學(xué)到、用到的知識印象深刻，從而提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率。

例如：教師設(shè)計了一個“基于工業(yè)機器人的生產(chǎn)線分揀系統(tǒng)設(shè)計”的項目任務(wù)，要求學(xué)生在4周時間內(nèi)搭建一個生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)，能夠自動對傳輸帶上的不同顏色（黑色和白色）、不同材質(zhì)（金屬和塑料）的物件進行識別，并將不同的物件從傳輸帶上搬運到指定的區(qū)域。學(xué)生在小組內(nèi)自行協(xié)商項目分工和安排項目進度，利用實驗室現(xiàn)有資源搭建了由PLC控制的生產(chǎn)線，實現(xiàn)了PLC與機器人的通信，對機器人進行了示教編程，并對整個系統(tǒng)進行了調(diào)試。教師每周對學(xué)生的項目進度進行1～2次監(jiān)督檢查，并及時對學(xué)生遇到的問題給予指導(dǎo)。

2.推動實踐項目的開展。在課外時間，進行以教師為指導(dǎo)、學(xué)生為主要參與者的實踐項目活動，是培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主創(chuàng)新思維的重要方式，也是“項目式”實驗教學(xué)方法的一種實踐形式。華南理工大學(xué)廣州學(xué)院自2009年起，建立了一個可容納50人的機器人實驗室，每年參加ROBOCON全國機器人大賽，以比賽項目為依托鼓勵學(xué)生設(shè)計和應(yīng)用機器人。此外，學(xué)校開展了大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（SRP），并積極鼓勵學(xué)生參加廣東省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和挑戰(zhàn)杯等實踐活動。不少學(xué)生以機器人為主題進行創(chuàng)新和實踐，并取得了較好的成績。

3.加強實驗平臺的建設(shè)。“項目式”強化訓(xùn)練的實驗教學(xué)方法重在實踐，離不開完善的實驗平臺。針對上述由于價格昂貴而導(dǎo)致“實驗平臺單一”的問題，華南理工大學(xué)廣州學(xué)院依托機械工程實驗中心的現(xiàn)有機器人教學(xué)資源，將其進行優(yōu)化整合，建立了機器人創(chuàng)新實驗室，搭建了多個機器人實驗教學(xué)平臺，包括三菱和西門子PLC培訓(xùn)、單片機培訓(xùn)兩個基礎(chǔ)平臺，廣州數(shù)控機器人和日本MOTOMAN-SV3X工業(yè)機器人平臺，以及基于機器人比賽開發(fā)的智能車機器人實驗平臺。加強實驗平臺的建設(shè)，既為學(xué)生提供了基礎(chǔ)理論的實踐平臺，也為機器人項目式訓(xùn)練和比賽項目實踐等方面提供了必要的資源。

4.優(yōu)化交叉課程的教學(xué)。機器人學(xué)科綜合性很強，涉及多個學(xué)科，推動機器人實驗教學(xué)須要優(yōu)化交叉課程的教學(xué)。交叉課程教學(xué)的優(yōu)化能夠提高機器人實驗的教學(xué)質(zhì)量，而機器人實驗課程又能為交叉課程的教學(xué)提高實驗平臺，學(xué)生能夠在機器人的實驗中驗證和運用交叉課程的知識，從而起到相輔相成的作用，形成良性循環(huán)。

華南理工大學(xué)廣州學(xué)院機械學(xué)院將機器人控制系統(tǒng)作為PLC和單片機強化訓(xùn)練項目來開展，使得學(xué)生在PLC和單片機的學(xué)習(xí)過程中能夠借助機器人的實驗了解控制系統(tǒng)和理解一些較為復(fù)雜的控制原理，在完成機器人項目任務(wù)的過程中運用并進一步學(xué)習(xí)PLC和單片機的知識，因而取得了較好的教學(xué)效果。

5.著力教師素質(zhì)的提高。“項目式”強化訓(xùn)練的實驗教學(xué)方法不但要求教師具備有較強的動手能力和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，還要求教師具備多學(xué)科知識背景，對教師有著較高的要求。為此，華南理工大學(xué)廣州學(xué)院通過多種形式著力提高機器人實驗教師的綜合素質(zhì)，例如：組織教師參加機器人高峰研討會，開展各種教研沙龍和網(wǎng)絡(luò)教研活動，與優(yōu)秀的教師團隊交流學(xué)習(xí)；組織教師前往廣州數(shù)控設(shè)備有限公司等企業(yè)進行參觀學(xué)習(xí)，了解當(dāng)前市場上的機器人產(chǎn)品；對積極指導(dǎo)學(xué)生完成項目任務(wù)的教師進行獎勵，提高教師的工作積極性。

三、結(jié)語

“項目式”強化訓(xùn)練的機器人實驗教學(xué)方法采用以學(xué)生為中心，教師為指導(dǎo)的教學(xué)模式，在整合機器人實驗資源的基礎(chǔ)上，通過豐富具體的項目任務(wù)帶動學(xué)生進行機器人的學(xué)習(xí)。教學(xué)實踐表明，該方法能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，強化學(xué)生的知識應(yīng)用，提高學(xué)生的團隊合作意識和創(chuàng)新能力，從而提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率。

參考文獻：

[1]雷靜桃，劉亮，張海洪.“機器人學(xué)”課程教學(xué)改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2013，（05）.

篇（6）

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）19-0247-01

1 引言

人形交互式服務(wù)機器人是具備人類外形特征和行動能力，并且能完成有益于人類服務(wù)工作的機器人。隨著當(dāng)今運動學(xué)和動力學(xué)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)、行動規(guī)劃、應(yīng)用工程和人工智能等學(xué)科的發(fā)展，機器人學(xué)和機器人技術(shù)也不斷發(fā)展創(chuàng)新。人類可以賦予機器人人類外形和人類的一些特征，使之可以更好的適應(yīng)人類工作環(huán)境和更好的服務(wù)于人類，甚至成為人類親密的好朋友[1]。人形交互式服務(wù)機器人因此誕生 。近些年來對人形交互式服務(wù)機器人的研究取得了很大進展，但仍存在技術(shù)上的難點，面臨著巨大的挑戰(zhàn)。本文針對近些年國內(nèi)國外機器人的研究現(xiàn)狀和發(fā)展做了總結(jié)和概括，通過分析當(dāng)前關(guān)鍵技術(shù)研究，探討了人形交互式服務(wù)機器人研究思路和發(fā)展趨勢。

2 人形交互式服務(wù)機器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國外研究現(xiàn)狀

20世紀60年代后期，人形機器人進入研究視野，最初目標是使機器人可以模仿人類進行雙足行走。1999年日本本田率先研究雙足仿人機器人的預(yù)測運動控制，并在 2000 年了首款 ASIMO 機器人[2]麻省理工研制的機器人Kismet，能通過眼、鼻、耳等處的傳感器識別外界感情信號，可以識別喜、怒、哀、樂等感情表達，并作出相應(yīng)的表情動作[3]。國際上MIT 計算機科學(xué)和智能實驗室、日本本田公司機器人研究中心、德國宇航中心機器人研究室等研究機構(gòu)都致力于人形交互式服務(wù)機器人的發(fā)展。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)人形交互式服務(wù)機器人研究起步較晚，但機器人技術(shù)發(fā)展迅速。2000年國內(nèi)第一臺人形雙足機器人“先行者”研制成功，可以實現(xiàn)前進后退，轉(zhuǎn)彎前行和手臂擺動等基本動作。西安超人雕塑研究院仿人機器人“索芙亞”具有聲音識別和眼部控制機構(gòu)，實現(xiàn)眨眼、微笑、點頭等迎賓服務(wù)動作[4]。北京理工大學(xué)研制的“匯童”BHR機器人[5]和浙江大學(xué)研制的Wu&Kong實現(xiàn)與人乒乓球?qū)Υ颍瑢Υ蚧睾洗螖?shù)高達200多回合。

3 人形交互式服務(wù)機器人關(guān)鍵技術(shù)

3.1 仿生學(xué)材料與結(jié)構(gòu)

人形交互式服務(wù)機器人從仿生學(xué)角度出發(fā)，具有仿造人體生物結(jié)構(gòu)、性狀、原理及其行為的特點。其中仿生學(xué)材料和結(jié)構(gòu)是機器人重要的關(guān)鍵技術(shù)和組成部分，通過對生物體材料構(gòu)造與形成過程進行研究和仿生，使組成機器人所用的材料具有與構(gòu)成人體的生物材料強度、韌性及一些類似的生物特性，這將大大提高機器人對人工作環(huán)境的適應(yīng)能力。當(dāng)前仿生皮膚和人造肌肉成為機器人仿生材料領(lǐng)域的研究熱點。人體有諸多骨骼支撐，骨骼由關(guān)節(jié)和肌肉韌帶連接，這可以確保人體的靈活運動，對該結(jié)構(gòu)的仿生是人形交互式服務(wù)機器人研究的最高目標。張永軍等根據(jù)人體上肢結(jié)構(gòu)原理 ， 提出一種上肢仿生機構(gòu) ， 并針對所提出的機構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計和運動學(xué)分析，為制造出靈巧方便的上肢仿生機構(gòu)提供了理論依據(jù)[6]。

3.2 智能交互性

人與服務(wù)機器人之間的交互主要分為認知互和物理互。兩者相互作用才能完成人與機器人之間的互相配合。

3.2.1 認知互

認知互是指人與機器人通過力覺、觸覺、聽覺、視覺等感官性的接觸、肢體語言和語言交流，使機器人與人進行理解性的溝通。符合人類審美的外觀、對人類生存環(huán)境的高度適應(yīng)性以及能與人類進行有效準確的信息交流、人性化的情感交互是人形交互式服務(wù)機器人最為關(guān)鍵的功能。

認知互的實現(xiàn)需要仿生結(jié)構(gòu)、機械設(shè)計、電子傳感等技術(shù)相結(jié)合例如表情機器人，在結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，建立和表情機器人結(jié)構(gòu)相匹配的面部柔性體模型，利用有限元分析方法對面部皮膚柔性體模型進行分析和仿真，模擬仿人機器人的幸福、悲傷、驚奇、憤怒等基本面部表情，進而通過位移載荷，控制區(qū)域，實現(xiàn)人的表情動作[3]。

3.2.2 物理互

人與機器人的工作距離越來越近，兩者直接的相互接觸越來越多。當(dāng)機器人本體工作時，會與人類相互接觸，這種情形稱之為物理互。為了使人形交互式服務(wù)機器人得到更廣泛的應(yīng)用，機器人本體不僅需要具有友好的認知互能力，還需要具有良好的人機肢體接觸交互能力。物理互主要分為主動接觸交互和被動接觸交互。

在人機被動接觸交互的過程中，剛度控制的不合理、不準確可能會對機器人自身或者交互對象造成嚴重的損傷。鑒于此，機器人的柔順性控制值得重視。其關(guān)鍵在于被動柔順系統(tǒng)及柔順關(guān)節(jié)設(shè)計。如熊根良等利用關(guān)節(jié)力矩傳感器，阻抗控制策略和力反饋的軌跡規(guī)劃構(gòu)成了人機交互的柔順系統(tǒng)，有效地降低了碰撞瞬間的沖擊力。因此，被動柔順系統(tǒng)及柔順關(guān)節(jié)設(shè)計值得進一步研究[7]。

3.3 安全性

人形交互式服務(wù)機器人要想長時間的存在于人們的日常生活中，就必須保證機器人使用的安全性。機器人與人發(fā)生碰撞是機器人應(yīng)用過程中造成傷害的源頭。若交互時機器人不能滿足平衡性約束條件，就很容易導(dǎo)致機器人平衡穩(wěn)定性差甚至摔倒；若人機交互時手臂采用完全的剛性控制容易導(dǎo)致手臂的彎曲甚至折斷。因此，為了保證人和機器人的安全，有必要對人機肢體接觸交互時的安全性問題和機器人平衡性問題進行深入研究[8]。

關(guān)于碰撞檢測與碰撞避免的研究說明百分之百的避免碰撞很難做到，因此必須有其他安全保證策略。通過設(shè)計輕型機械臂、被動柔順系統(tǒng)、設(shè)計柔順關(guān)節(jié)、設(shè)計被動機器人系統(tǒng)等方式，可以增加機器人的安全性。提高機器人認知性以及設(shè)計合理的交互控制參數(shù)也是提高機器人安全性的重要途徑。

4 人形交互式服務(wù)機器人發(fā)展趨勢

人形交互式服務(wù)機器人發(fā)展迅速，應(yīng)用前景廣闊，并已取得一定的研究成果，但仍然存在著一些技術(shù)上的難題，比如，如何提高機器認本體交互功能準確性、智能性、靈活性，如何控制智能交互性和物理交互性的相互協(xié)調(diào)，以及如何保證機器人使用的安全性的問題等等。因此，人形交互式服務(wù)機器人的發(fā)展應(yīng)以認知互為前提，物理互為目的，并使兩者相互配合、相互協(xié)調(diào)。例如在觸覺傳感器感知外界環(huán)境特性（軟和硬），語音識別判斷交互需求的基礎(chǔ)上，機器人可進行物理互時的柔順性控制。人形交互式服務(wù)機器人發(fā)展趨勢有以下幾點：

（1）將傳統(tǒng)材料、結(jié)構(gòu)與仿生學(xué)材料、結(jié)構(gòu)有機結(jié)合，提升機器人對環(huán)境的適應(yīng)能力。

（2）深入研究開發(fā)傳感器技術(shù)，提升傳感器精度，為機器人的結(jié)構(gòu)提供基本技術(shù)基礎(chǔ)。

（3）深入研究柔順性技術(shù)，并由剛性結(jié)構(gòu)向剛性結(jié)構(gòu)與柔性結(jié)構(gòu)相結(jié)合的一體化結(jié)構(gòu)發(fā)展。

（4）通過開發(fā)新型材料和控制技術(shù)來減小碰撞對安全性問題的不利影響。

相信隨著理論水平的不斷提高和關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新開發(fā)，上述問題會得到一一解決，人形交互式服務(wù)機器人的整體性能將更加全面，工作效率將進一步提高。

參考文獻

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篇（7）

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009―8097(2009)07―0138―02

一 前言

近年來,我國的機器人教育有了很大的發(fā)展,機器人技術(shù)課程逐步成為高校綜合性實踐課程[1]。在傳統(tǒng)的教學(xué)方法中,我國機器人教育普遍存在著重視知識傳授、輕視能力培養(yǎng),重視理論教學(xué)、輕視實踐環(huán)節(jié)的問題,使得學(xué)生只滿足于死記硬背知識點,沒有注重學(xué)生獨立動手能力、綜合分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)[2]。

在實驗和實踐教學(xué)方面,機器人課程的實驗教學(xué)基本上是圍繞基礎(chǔ)理論的驗證性實驗,缺少設(shè)計性和綜合性實驗,不能給學(xué)生提供一個創(chuàng)新意識自由發(fā)揮的空間。學(xué)生很少有機會進行思考和創(chuàng)意,創(chuàng)新意識和創(chuàng)新潛能無法得到充分的培養(yǎng)[3]。

因此,對機器人技術(shù)課程的實驗教學(xué)改革與探索是非常必要的,而德國慧魚模型的出現(xiàn),為機器人實驗教學(xué)改革提供了良好的載體。

二 慧魚模型簡介

慧魚模型是由德國發(fā)明家Arthur Fischer博士在1964年從其專利“六面拼接體”的基礎(chǔ)上發(fā)明的[3-4]。慧魚模型是由機械構(gòu)件、電氣構(gòu)件、傳感器、氣動構(gòu)件、電腦控制器及軟件所組成的系統(tǒng)[5];模型采用模塊式設(shè)計,可無限擴充,可反復(fù)拆裝;產(chǎn)品系統(tǒng)化,種類多樣化,可逼真地表現(xiàn)機械系統(tǒng)的構(gòu)成和控制過程及科學(xué)原理,便于對機器人原理、組成、控制的全面認識;以機械傳動為核心,融傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、機器人技術(shù)為一體的教學(xué)及仿真模型。該智能模型能夠展示科學(xué)原理和技術(shù)過程,緊密聯(lián)系研究設(shè)計和生產(chǎn)實踐過程,不斷創(chuàng)新,不斷發(fā)展,學(xué)生可以通過自己動手搭建機械、氣動、傳感器部件,熟悉并掌握機器人產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、工作原理,并可在此基礎(chǔ)上利用PLC、計算機接口或單片機接口板進行自動控制,培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)知識交叉融合、用于解決具體問題的能力,同時培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力。該模型也代表了高科技的許多領(lǐng)域,受到國內(nèi)外各地教育工作者的關(guān)注和思考。

三 慧魚模型在機器人實驗教學(xué)中的應(yīng)用方案

東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院2006年購進慧魚模型,建立機器人創(chuàng)意實驗室。結(jié)合機器人技術(shù)課程的教學(xué)安排與慧魚模型的特點,將機器人實驗在內(nèi)容上分為以下五部分:機器人技術(shù)入門實驗、移動機器人實驗、氣動機器人實驗、仿生機器人實驗和工業(yè)機器人實驗。實驗分為必選和選修兩部分內(nèi)容,將機器人入門實驗列為必選實驗,機器人基本的實驗原理、編程及控制方法在必選實驗中得到訓(xùn)練,使學(xué)生了解慧魚機器人的制作與控制過程,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識;將難度較大的移動機器人實驗、氣動機器人實驗、仿生機器人實驗、工業(yè)機器人實驗列為選修實驗,學(xué)生可根據(jù)興趣進行選擇,通過對各種專用機器人的制作與控制,進一步發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新意識,提高學(xué)生的動手能力。

每個實驗的完成過程大致按三個階段進行:首先是模仿學(xué)習(xí)階段,學(xué)生通過對提供的資料、圖片、教具進行觀察、研究和琢磨,進行自主的學(xué)習(xí)模仿性實驗,獲取大量感性認識,根據(jù)實驗指導(dǎo)書上的提示制作慧魚機器人,學(xué)習(xí)各種經(jīng)典的機構(gòu)組合方式,結(jié)合電腦語言編程,對設(shè)計的機器人進行編程和控制;第二階段是改進階段,在已制作好的機器人基礎(chǔ)上進行改進,使之實現(xiàn)更多地動作,培養(yǎng)想象力和創(chuàng)造力;第三階段是創(chuàng)新階段。擺脫實驗指導(dǎo)書的束縛,創(chuàng)造出具有新的機構(gòu)和功能的機器人。

四 移動機器人實驗創(chuàng)意組合實踐

如何利用慧魚模型進行機器人的創(chuàng)新實驗,如何能使學(xué)生的創(chuàng)意得到很好的發(fā)揮,是在進行實驗課程之前值得認真思考的問題。東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)機器人創(chuàng)意實驗室通過實施模仿、改進和創(chuàng)新三個階段,完成慧魚模型組合的三個過程,取得了良好的實踐效果。下面以移動機器人創(chuàng)意實驗為例,介紹慧魚模型在進行機器人實驗教學(xué)改革的實踐過程:

1 基本知識的準備。首先引導(dǎo)學(xué)生熟悉慧魚模型的各個模塊功能,復(fù)習(xí)機器人技術(shù)、傳感器、微機原理和Robo Pro編程等一些基本知識,為進行機器人創(chuàng)意實驗設(shè)計打下基礎(chǔ)。

2 主要實驗器材的準備。各實驗小組準備慧魚移動機器人組合包一套、慧魚專用電源一套、PC機一臺、Robo Pro軟件一套、智能接口電路板一塊。

3 題目擬定。起初學(xué)生對慧魚模型不了解,首先由老師確定題目:運行小車。采用兩個傳感器檢測所行距離,含有一個接觸開關(guān)和一個脈沖齒輪,脈沖齒輪連接到電機的減速軸上,使得電機開關(guān)啟動四次。要求學(xué)生通過計算所有脈沖邊沿,使運行小車能夠?qū)崿F(xiàn)以邊長為一米的正方形軌跡行走功能。該題目集機、電、控制、傳感技術(shù)和機器人技術(shù)為一體,構(gòu)思與組裝具有一定的創(chuàng)意。

4 方案的改進階段。在運行小車制作完成之后,啟發(fā)學(xué)生在此基礎(chǔ)上進行改進,制作一個類似于工廠AGV車的追蹤軌跡機器人。學(xué)生通過了解AGV小車的運行原理,采用黑色膠帶作為軌跡,車身下安裝光電傳感器,當(dāng)傳感器反射出黑線,馬達就會做出相應(yīng)的反應(yīng)。在實驗過程中,應(yīng)注意軌跡的轉(zhuǎn)彎不能太急,否則機器人會出現(xiàn)因看不到軌跡而頻繁偏離軌跡的現(xiàn)象。同時,為了保證傳感器功能的準確性,應(yīng)保證軌跡有足夠的亮度。

5 方案的創(chuàng)新階段。要求學(xué)生開動腦筋,依據(jù)自己的想法組合出新的移動小車。有的同學(xué)根據(jù)追蹤軌跡機器人的運行原理,又增加了新的功能,設(shè)計出尋光避障機器人,該機器人將尋光和避障的功能結(jié)合起來。首先,機器人尋找光源,發(fā)現(xiàn)光源,進行跟蹤,如果探測到妨礙其前進的障礙物,識別障礙的功能將開始起作用,當(dāng)障礙全部掃光,機器人繼續(xù)尋找光源前進。該方案將進行尋光功能的光電傳感器連接到兩個輸入端,當(dāng)模型向左右旋轉(zhuǎn)時,采用接觸傳感器計算脈沖。該任務(wù)主要分成三部分:檢測機器人是否看到光源(子程序Light),檢測機器人是否碰到障礙(子程序Obstacle),機器人鑒于上述判斷功能的相應(yīng)反應(yīng)動作(子程序Driving)。該方案的完成不僅鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手技能,同時訓(xùn)練了學(xué)生“自頂而下”的編程思想,收到良好的效果。

五 應(yīng)用慧魚模型進行機器人實驗教學(xué)的收獲

通過利用慧魚模型進行機器人實驗教學(xué)改革,得出一些收獲與經(jīng)驗:

1 由于慧魚模型的自身特點,通過模型的搭建和組裝,提供了一種特殊的學(xué)習(xí)模式,即一邊動手制作,一邊學(xué)習(xí)相關(guān)知識,在機器人制作過程中,每時每刻都會出現(xiàn)新的問題,明確的目標激發(fā)學(xué)生主動去尋找答案,培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、解決實際問題能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。而且,由于慧魚模型要求學(xué)生完成創(chuàng)意設(shè)計,許多內(nèi)容超出教材甚至超出教師的知識范圍,因此必然敦促教師自身的再學(xué)習(xí)和提高。有了教學(xué)實踐中師生共同探討問題的經(jīng)歷,學(xué)生有問題愿意找老師答疑和探討,可形成一種互相學(xué)習(xí)、互相促進的新型師生關(guān)系。

2 在進行慧魚模型的組裝和創(chuàng)意過程中,應(yīng)以學(xué)生動手實踐為主,教師為輔。教師不要過多地干預(yù)學(xué)生的思維,給學(xué)生充分思考和創(chuàng)新的空間,盡量創(chuàng)造一個使學(xué)生的潛能得以充分發(fā)揮的環(huán)境,使學(xué)生的特長得以展示,能力得以提高,而且逐漸養(yǎng)成“不墨守成規(guī),不拘泥于傳統(tǒng)”的思維習(xí)慣。

3 教師應(yīng)用最簡潔的方法教會學(xué)生使用慧魚控制軟件,避免學(xué)生在軟件上遇到過多的障礙。由于實驗課的課時有限,教師應(yīng)將準備工作做好做細,將軟件的使用方法和要點提前向?qū)W生講授,使學(xué)生在軟件學(xué)習(xí)上不要花費太多的時間,重點將程序編制中對學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)放在程序的邏輯關(guān)系、時間分配和控制方法上。

4 加強慧魚零件的管理。慧魚模型在使用的過程中,普遍存在著一個問題:慧魚構(gòu)件種類繁多,形狀細小,容易出現(xiàn)丟失的現(xiàn)象。在實驗課中,如果構(gòu)件使用不當(dāng)或管理不嚴,經(jīng)常會出現(xiàn)損失和丟失構(gòu)件的現(xiàn)象,而且有的構(gòu)件一套組合包中就只有一個,在這種情況下,無法從廠家購買一個或兩個單獨的構(gòu)件,可能會出現(xiàn)為購買一個構(gòu)件而需要購買整套模型的現(xiàn)象。因此,在進行慧魚創(chuàng)意組合實驗課之前,應(yīng)思考如何有效地管理慧魚構(gòu)件的問題。

六 結(jié)語

在應(yīng)用慧魚模型進行機器人實驗教學(xué)過程中,學(xué)生將綜合應(yīng)用到機械原理、氣動技術(shù)、電子電路、測試及控制和軟件編程等知識,而且慧魚模型的組建沒有特定的標準答案和固定的模式,不受教材制約,不需要反復(fù)記憶和練習(xí),因而學(xué)生完全在一個開放性的環(huán)境中進行自主式的探索和研究,鼓勵學(xué)生積極思考,開創(chuàng)學(xué)生之間、師生之間進行平等討論的良好環(huán)境,可建立自主學(xué)習(xí)的研究氣氛和學(xué)習(xí)方法。因此,通過采用慧魚模型對目前機器人技術(shù)的實驗教學(xué)體系進行改革,可以體現(xiàn)“以學(xué)生發(fā)展為本,以能力發(fā)展為主”的現(xiàn)代教育理念,是一條探索培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑。

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篇（8）

關(guān)鍵詞：

10kV配電線路；帶電搶修；機器人實用化

對傳統(tǒng)的10kV配電線路搶修作業(yè)進行分析可知，其不僅需要全線停電，而且還需人為檢查線路故障，在增加維修成本的同時，也為地區(qū)人們的生活帶來了較大不便。基于此，將10kV配電線路帶電搶修作業(yè)機器人引入線路的故障處理過程中，確保供電持續(xù)性的基礎(chǔ)上，提高線路搶修的可靠性和安全性，具體設(shè)計如下。

1帶電搶修機器人系統(tǒng)構(gòu)成

對帶電搶修機器人進行分析可知，其主要包括了整體作業(yè)平臺、折疊伸縮絕緣手臂以及移動汽車和控制裝置等部分，其中，整體作業(yè)平臺主要由絕緣斗以及機械手臂絕緣子支承和機器人操作系統(tǒng)構(gòu)成，其功能主要是為搶修人員提供作業(yè)平臺[1]。折疊伸縮絕緣手臂設(shè)定在移動汽車底盤，主要任務(wù)將運送機器人作業(yè)平臺至線路作業(yè)的具置。移動汽車主要負責(zé)運送其他三部分到具體故障地點進行線路搶修，而控制裝置則主要由上、下兩部分組成，其中，上部控制裝置位于機器人作業(yè)平臺中，具有全方位操作手柄，實現(xiàn)絕緣斗內(nèi)部的流暢操作，下部控制裝置則位于回轉(zhuǎn)塔處，設(shè)有上部控制裝置切換按鈕，實現(xiàn)上下兩部分控制裝置的功能切換。

2主從操作液壓機械臂及控制系統(tǒng)

主從操作液壓機械手臂是10kV配電線路帶電搶修機器人的核心，其主要作用是將作業(yè)人員同高壓電場進行分離，幫助搶修人員完成作業(yè)任務(wù)，故其應(yīng)具備精度高、持重大以及自重小和實時性與穩(wěn)定性好等特點。對其各部分構(gòu)成進行如下說明：（1）液壓機械臂。液壓機械臂自重較輕且持重較大，具有良好的動力特性，操作靈活便捷，通過操控主手臂實現(xiàn)專用工具的夾持功能，以完成帶電作業(yè)任務(wù)；（2）主手。主手的拓撲結(jié)構(gòu)與液壓機械臂相同，主要功能為實現(xiàn)對從臂各關(guān)節(jié)位置的伺服控制，由于主手的各個關(guān)節(jié)處大都具有較高精度的旋轉(zhuǎn)電位計與力矩電機，故能夠幫助操作者獲得最大的操作舒適性，提高對液壓機械手臂的控制效率和精度；（3）液壓供油單元。液壓供油單元是帶電搶修作業(yè)機器人液壓系統(tǒng)的動力源，而為了避免其靈敏度受到油損影響，必須對液壓油進行過濾處理，處理要求為：流量11L/min；壓力：10.3-20.6MPa，液壓油清潔度為3-25maf；（4）主從控制系統(tǒng)。主從控制系統(tǒng)是液壓機械臂實現(xiàn)搶修動作的關(guān)鍵，位于絕緣斗中的操作人員左右兩手分別操控左右兩主手，使其克服各關(guān)節(jié)力矩和電機阻力進行聯(lián)動，位于左右兩主手的各關(guān)節(jié)電位計把發(fā)生在各關(guān)節(jié)軸的旋轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)化為電壓信號，并傳送至左右微控制器中，微控制器經(jīng)由光纖將信號傳至左右液壓伺服控制盒，在伺服控制盒的作用下，旋轉(zhuǎn)角度的電壓信號將實現(xiàn)對左右機械臂伺服閥的控制，從而變更進入從手中各個關(guān)節(jié)的液壓流量，向左右手臂各個關(guān)節(jié)施加驅(qū)動力，驅(qū)動關(guān)節(jié)運動[2]。

310kV配電線路搶修作業(yè)機器人專用作業(yè)工具

3.1自動剝皮工具考慮到現(xiàn)有10kV架空導(dǎo)線長期在外，受外部環(huán)境影響嚴重，外層絕緣層難以剝除，從而增加線路搶修的難度，而以人工操作為主的線路搶修不僅絕緣防護較差，而且效率較低，安全性較差。因此，所設(shè)計的10kV線路帶電搶修機器人的自動剝皮器需要具備結(jié)構(gòu)簡單、安全性高和作業(yè)效率高等相關(guān)特點。設(shè)計由直流減速電機、連桿、曲柄、搖桿以及棘爪、棘輪和刀頭等構(gòu)成的作業(yè)機器人自動剝皮工具，在實驗室搭設(shè)加工導(dǎo)線，并現(xiàn)場模擬自動剝皮功能，此類機器人自動剝皮工具不僅能夠為機械手的夾持操作提供便利，而且其壓線也極為牢固，有利于其自動剝皮功能的實現(xiàn)[3]。

3.2自動電動扳手對電動扳手進行分析可知，其在10kV配電線路帶電搶修過程中具有緊固螺母和夾緊線夾的作用，其主要分為安全離合器式與沖擊式兩種類型，其中，安全離合器式電動扳手以一種手臂達到力矩時便脫扣的安全離合機的結(jié)構(gòu)完成對螺紋件的裝拆，而沖擊式電動扳手則與沖擊力力矩完成螺紋件的裝卸。將自動電動扳手引入帶電作業(yè)的機器人中不僅有利于加持操縱，而且經(jīng)改造后，其還可以用于扭轉(zhuǎn)M8-M14的標準螺栓，并實現(xiàn)遙控控制。在工作頭方面，選用柔性導(dǎo)向扳套，其開口形狀同固定螺栓頭尼龍導(dǎo)向柱相匹配，從而在緊固螺栓的過程中，便于其工作頭與豎直方向的六角螺栓頭相對準，提高操作精度[4]。

3.3自動破螺母與電動斷線鉗對于10kV高壓線路中已生銹或是無法拆卸的螺母，應(yīng)以電動破螺母為主要工具進行操作，其主要由電動機、傳功機構(gòu)以及工作頭、電源開關(guān)和外殼、手柄、電池等相關(guān)部件構(gòu)成。電動破螺母將高能量電池作為其主要動力來源，不僅重量較輕，而且對于輸配電桿塔的高空作業(yè)也具有較強的適應(yīng)性。通常，自動破螺母工具設(shè)計較為緊湊，且使用較為便利能夠?qū)ζ坡菽傅拇笮∮枰哉{(diào)節(jié)，從而以360°可旋轉(zhuǎn)工作頭支持機器人不同破螺母作業(yè)角度的運轉(zhuǎn)。在電動斷線鉗方面，其主要由電動機、傳功機構(gòu)以及工作頭、電源開關(guān)和外殼、手柄等部分構(gòu)成，電動斷線鉗的使用應(yīng)以夾持操縱的便利性為主，并在斷線鉗工具中設(shè)計專門的機械手夾持機構(gòu)，并將控制盒置于電動斷線鉗傳統(tǒng)部分的尾部，從而實現(xiàn)斷線鉗的遠程遙控。

3.4絕緣防護絕緣防護是確保機器人能否正常作業(yè)的基礎(chǔ)和前提。多數(shù)情況下，應(yīng)采用多級絕緣防護系統(tǒng)確保機器人和操作人員的安全，其中，一級防護下，平臺由纏有環(huán)氧玻璃布的絕緣鋼結(jié)構(gòu)支架進行焊接而成，并在底部粘有絕緣環(huán)氧玻璃板，并將絕緣套予以外包，避免相間短路情況發(fā)生。二級防護下，機器人的帶電作業(yè)依賴絕緣斗臂車為操作人員提供對絕緣防護，確保操作人員安全；三級防護下，位于絕緣斗中的操作人員對機械臂進行遠程操控，使其夾持專業(yè)工具進行高壓線路作業(yè)，確保操作人員的人身安全。在帶電搶修機器人作業(yè)方面，2013年在黑龍江電力公司10kV配電線路中進行多次上線運行與下線測試，在現(xiàn)場的多次調(diào)試與系統(tǒng)優(yōu)化后，作業(yè)機器人各項功能均得到了良好改善，黑龍江電力公司帶電作業(yè)班多次應(yīng)用帶電機器人對省內(nèi)10kV高壓電線路進行搶修作業(yè)，較好地完成了剝皮、加蓋遮蔽罩以及接線和斷線等工作。

4結(jié)束語

文章通過對帶電搶修機器人系統(tǒng)構(gòu)成進行闡述，并對帶電搶修作業(yè)機器人液壓機械臂構(gòu)成及其控制系統(tǒng)原理予以說明，分別從自動剝皮、自動電動扳手、自動破螺母與電動斷線鉗和絕緣防護等方面對10kV配電線路搶修作業(yè)機器人專用作業(yè)工具做出了系統(tǒng)探究。研究結(jié)果表明，10kV配電線路搶修作業(yè)機器人能夠較好地實現(xiàn)對10kV線路的各類優(yōu)化作業(yè)，具有良好的使用和推廣價值。

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篇（9）

AGV是自動導(dǎo)引運輸車（Automated Guided Vehicle）的英文縮寫。在國內(nèi)電力領(lǐng)域已經(jīng)開始研制變電站自動巡檢機器人，這種機器人系統(tǒng)一般主要有移動機器人本體、自動控制系統(tǒng)、信息檢測系統(tǒng)等部分。其采用了GPS定位、光碼盤校正定位、激光雷達掃描、路徑跟蹤技術(shù)、本體控制技術(shù)、臨場感應(yīng)遙控輔助、無線通信局域網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)劃分出相應(yīng)的子系統(tǒng)模塊，實現(xiàn)了自控機器人在變電站現(xiàn)場自主巡檢的功能。機器人本體能夠攜帶多種儀器和傳感器，以自主或遙控的方式，代替人對室外高壓設(shè)備進行巡測，及時發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的內(nèi)部熱缺陷、外部機械或電氣問題如：異物、損傷、發(fā)熱、漏油等，診斷電力設(shè)備運行中的事故隱患和故障先兆，對設(shè)備熱缺陷，聲音異常、移動目標、人與動物闖入，煙霧能自動判斷和報警，以便及時采取措施消除事故隱患。AGV 的導(dǎo)引技術(shù)是AGV 控制的核心技術(shù)，它決定了AGV 的導(dǎo)引方式。AGV 導(dǎo)引方式按導(dǎo)引線路的形式主要分固定路徑導(dǎo)引和自由路徑導(dǎo)引兩大類。固定路徑導(dǎo)引是在行駛的路徑上設(shè)置導(dǎo)引用的信息媒介物，AGV 通過車體上的傳感器檢測出它的信息而得到導(dǎo)引。具體的線路可以是電磁感應(yīng)方式中的導(dǎo)引電纜、機械方式中的軌道、磁導(dǎo)引方式中的磁條及光導(dǎo)引方式中的反光帶等。自由路徑導(dǎo)引方式是指AGV 上存儲著布局上的尺寸坐標，通過識別車體當(dāng)前方位，自主地決定行駛路徑。自由路徑導(dǎo)引方式主要有慣性導(dǎo)引、信標定位、位姿積算及計算機視覺等幾種。

一、導(dǎo)引方式

（一）電磁導(dǎo)引方式。利用電磁感應(yīng)的原理，在沿運行線路的地面上設(shè)置一條寬約8mm、深約20mm 的淺溝，淺溝中敷設(shè)導(dǎo)線，饋以5-30kHz 的交變電流，以形成沿導(dǎo)線擴展的交變電磁場，車上的撿拾傳感器接收此信號，并根據(jù)信號場強度的判斷使車輛正確地沿埋線跟蹤導(dǎo)向運行。電磁導(dǎo)向有單頻制導(dǎo)向和多頻制導(dǎo)向兩種方式。單頻制方式是在整個線路上均提供單一頻率振蕩電磁信號，通過接通或斷開各線路段的饋送電流來規(guī)定運行線路，引導(dǎo)車輛運行。這種導(dǎo)向方式要求有集中的控制站，并在各線路交叉和分支處裝設(shè)傳感標志（如磁鐵等）和分支線段的通斷接口。多頻制方式是線路中每個環(huán)線或分支線都設(shè)置自己的線路頻率，分別由不同頻率的振蕩器來饋電。

（二）光學(xué)控制帶導(dǎo)引方式。光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)有識別式和反射式兩種。它是在線路上敷設(shè)一種具有穩(wěn)定反光率的專門漆帶。導(dǎo)向車上裝備有發(fā)射和接收功能的紅外光源，用以照射漆帶，同時還設(shè)有接收反射光的光電傳感器，均勻分布在漆帶及兩側(cè)位置上，通過對由傳感器檢測到的光信號進行比較計算，調(diào)整小車的運動方向，從而達到導(dǎo)向運行的目的。

（三）激光測距與測角導(dǎo)引方式。該方法的主要特點是在AGV 行走空間的特定位置處，布置一批激光光束的反射鏡模型計算AGV 的位置，實現(xiàn)引導(dǎo)。AGV 行駛過程中，車上的激光掃描頭不斷地掃描周圍環(huán)境，當(dāng)掃描到行駛路徑周圍預(yù)先垂直設(shè)定好的反射板時，即“看見”了“路標”。只要掃描到三個或三個以上的反射板，即可根據(jù)它們的坐標值，以及各塊反光板相對于車體縱向軸的方位角，由定位計算機算出AGV 當(dāng)前在全局坐標系中的X 、Y 坐標，距離和當(dāng)前行駛方向與該坐標系X 軸的夾角，實現(xiàn)準確定位和定向。該導(dǎo)引方法的特點是，當(dāng)提供了足夠多反射鏡面和寬闊的掃描空間后，AGV 導(dǎo)引與定位精度十分高，地面無需其他輔助定位，且路徑靈活，適合多種環(huán)境。

（四）超聲波制導(dǎo)方式。該方法類似于激光測量方法，不同之處在于不需要設(shè)置專門的反射鏡面，而是利用一般的墻面或類似物體就能進行引導(dǎo)，因而在特定環(huán)境下提供了更大的柔性和低成本的方案。

（五） 磁導(dǎo)引方式。這種方式和電磁導(dǎo)引比較類似，只是把導(dǎo)引線換成磁條。

（六） 視覺導(dǎo)引方式。視覺導(dǎo)引是通過CCD 攝像機生成AGV 周圍場景的圖象，與計算機系統(tǒng)中存儲的環(huán)境地圖進行特征匹配，從而可以確定出車體的當(dāng)前位姿。

（七） GPS導(dǎo)引方式。GPS導(dǎo)引方式通過全球定位系統(tǒng)對非固定路面系統(tǒng)中的控制對象進行跟蹤和制導(dǎo)。

AGV有以上多種制導(dǎo)原理，其中，工廠AGV 大多采用電磁制導(dǎo)，而激光、視覺導(dǎo)航具有引導(dǎo)柔性好、工作可靠和智能化水平高的特點，已成為技術(shù)先進、性能優(yōu)越AGV 的發(fā)展趨勢。實驗室一般采用光學(xué)制導(dǎo)，其運行范圍大，運行精度高，地面費用低，但要求工作環(huán)境清潔，不適于工作條件比較惡劣的環(huán)境。

二、系統(tǒng)構(gòu)成和意義

AGV控制系統(tǒng)中的三個主要技術(shù)：導(dǎo)航、路徑規(guī)劃和導(dǎo)引控制。為了能夠解決好這些問題，控制系統(tǒng)分為地面（上位）控制系統(tǒng)、車載（單機）控制系統(tǒng)及導(dǎo)航/導(dǎo)引系統(tǒng)，其中，地面控制系統(tǒng)指AGV系統(tǒng)的固定設(shè)備，主要負責(zé)任務(wù)分配，車輛調(diào)度，路徑（線）管理，交通管理，自動充電等功能；車載控制系統(tǒng)在收到上位系統(tǒng)的指令后，負責(zé)AGV的導(dǎo)航計算，導(dǎo)引實現(xiàn)，車輛行走，裝卸操作等功能；導(dǎo)航/導(dǎo)引系統(tǒng)為AGV單機提供系統(tǒng)絕對或相對位置及航向等。該系統(tǒng)的研制將大大降低電廠變電站相關(guān)工作人員的勞動強度，能在第一時間監(jiān)測和發(fā)現(xiàn)安全隱患，對突發(fā)事故能第一時間響應(yīng)并處置，從而避免或降低事故風(fēng)險。

參考文獻：

[1]葉菁.磁導(dǎo)式AGV控制系統(tǒng)設(shè)計與研究[D]武漢理工大學(xué) ， 2006 .

篇（10）

關(guān)鍵詞：機器人；實驗教學(xué)；轉(zhuǎn)臺；開放性

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）24-0267-02

一、機器人課程實驗教學(xué)存在的主要問題

高校機器人課程是一門多學(xué)科綜合交叉的邊緣學(xué)科。隨著中國制造的產(chǎn)業(yè)化升級和“中國制造2025”政策的，對機器人領(lǐng)域的專業(yè)人才需求量越來越大，機器人教學(xué)應(yīng)當(dāng)積極應(yīng)對這一變化，順勢而為。針對高校機器人課程教學(xué)中存在的問題，已有很多相關(guān)的研究和探索，旨在改進課程教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量。然而，機器人課程實驗教學(xué)仍然存在諸多問題，包括實驗儀器開發(fā)、實驗方法研究和實驗室建設(shè)等，僅靠教學(xué)人員或?qū)嶒炄藛T均無法獨立解決。筆者多年從事機器人教學(xué)和實驗發(fā)現(xiàn)：首先，組成機器人的機械、控制和感知系統(tǒng)對應(yīng)的知識內(nèi)容相互孤立；其次，機器人教學(xué)、科研和應(yīng)用開發(fā)等用途之間相互孤立。二者分別對應(yīng)微觀、宏觀兩個層面的“孤島效應(yīng)”，制約了學(xué)生對機器人課程關(guān)鍵知識的理解和吸收，無法形成完整的閉環(huán)。現(xiàn)有的機器人實驗教學(xué)儀器存在功能、開放程度、與課程體系的結(jié)合程度等方面的不足，無法滿足新形勢下機器人實驗教學(xué)要求。為此，自主研制了一款開放式可升降雙軸隨動轉(zhuǎn)臺。該轉(zhuǎn)臺獲得了安徽省首屆高等學(xué)校自制實驗教學(xué)儀器設(shè)備展評活動一等獎和第四屆全國高等學(xué)校自制實驗教學(xué)儀器設(shè)備評選活動三等獎。

二、開放式可升降雙軸隨動轉(zhuǎn)臺的研制

該轉(zhuǎn)臺是一款由可編程序控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制的三自由度云臺，由機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。通過在轉(zhuǎn)臺上安裝視覺傳感器，可以進行運動物體檢測與跟蹤。

1.機械系統(tǒng)。由升降、偏航和俯仰機構(gòu)組成。升降機構(gòu)使用電動缸帶動轉(zhuǎn)臺在豎直方向上直線移動。偏航、俯仰機構(gòu)使用直流伺服電機經(jīng)諧波減速器減速和同步帶傳動后，分別繞豎直、水平轉(zhuǎn)軸做回轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)運動。在水平轉(zhuǎn)軸上安裝了視覺傳感器，通過轉(zhuǎn)臺的運動，實現(xiàn)多視角圖像采集。

2.控制系統(tǒng)。底層控制器為西門子S7-1214 PLC及其擴展模塊，用于進行電機控制、編碼器數(shù)據(jù)采集和輸入輸出控制等。上位機使用筆記本電腦，用于進行視覺傳感器圖像采集與處理、以及三自由度運動插補計算。為了跟蹤運動物體的方位，使其始終處于圖像中心位置，使用插補算法，計算每個自由度的關(guān)節(jié)變量。最后，通過以太網(wǎng)通信，將計算值傳遞給PLC，控制轉(zhuǎn)臺的運動，并返回編碼器數(shù)據(jù)。為了便于調(diào)試，分別使用電子手輪、無線遙控手柄進行精確、粗略手動控制，并使用觸摸屏進行控制參數(shù)設(shè)置和運動狀態(tài)監(jiān)測。該轉(zhuǎn)臺既是教學(xué)、科研實驗臺，同時也是一款具有實用價值的機電產(chǎn)品。

三、轉(zhuǎn)臺在機器人實驗教學(xué)中的應(yīng)用

為了配合機器人本科課程教學(xué)，結(jié)合開放式可升降雙軸隨動轉(zhuǎn)臺的功能和特點，開展了以下機器人實驗教學(xué)內(nèi)容。

1.底層運動控制實驗。使用PLC進行轉(zhuǎn)臺的底層控制系統(tǒng)設(shè)計，繪制電氣控制原理圖。使用順序控制設(shè)計法，編寫相應(yīng)的控制程序，進行轉(zhuǎn)臺運動控制實驗。學(xué)習(xí)用于控制步進電機、直流伺服電機的PLC程序設(shè)計及相關(guān)運動功能模塊。進行電機的位置、速度控制實驗和PID參數(shù)調(diào)整實驗，設(shè)計相應(yīng)的手動輸入裝置和人機交互裝置。

2.傳感器實驗。內(nèi)部傳感器實驗：使用光電編碼器測量電機轉(zhuǎn)角。利用PLC的高速脈沖輸入端口和程序中的高速脈沖計數(shù)器，進行升降、偏航和俯仰電機對應(yīng)的編碼器脈沖數(shù)據(jù)采集和處理。另外，為了精確測量轉(zhuǎn)臺每個轉(zhuǎn)軸的零點位置，通過增加使用增量式光編碼器，檢測編碼器的Z信號，設(shè)計相應(yīng)的零點檢測程序，進行轉(zhuǎn)臺自動回零點實驗。外部傳感器實驗：使用視覺傳感器進行運動物體測量。在轉(zhuǎn)臺的U形架上安裝視覺傳感器，使用筆記本電腦進行圖像采集和處理，進行計算機視覺算法實驗，包括物體顏色識別、邊緣輪廓提取和中心位置提取等，從而檢測視角范圍內(nèi)運動物體的位置。

3.機器人控制實驗。研究機器視覺算法和多軸協(xié)調(diào)運動控制，進行運動物體檢測與跟蹤實驗。多軸協(xié)調(diào)控制實驗：在使用手動方式控制轉(zhuǎn)臺運動時，升降、偏航、俯仰運動各自獨立進行。為了讓轉(zhuǎn)臺上安裝的傳感器或末端執(zhí)行器能夠在三維空間中任意運動，在筆記本電腦上進行軟件編程，協(xié)調(diào)控制升降、偏航和俯仰電機的運動。分別進行雙軸旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)控制和三軸協(xié)調(diào)控制實驗，實現(xiàn)多軸運動插補控制。運動物體檢測與跟蹤實驗：將具有顯著顏色或幾何形狀特征的物體放在轉(zhuǎn)臺前方，通過手拿該物體任意運動，使用視覺傳感器檢測該物體，計算該物體的位置和運動速度，然后使用插補算法計算轉(zhuǎn)臺每個轉(zhuǎn)軸的角度。將轉(zhuǎn)臺每個轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速信號通過以太網(wǎng)傳送給底層控制器，由PLC分別控制轉(zhuǎn)臺的每個轉(zhuǎn)軸運動，從而使視覺傳感器始終對準該運動物體的中心位置，實現(xiàn)自動跟蹤功能。上位機控制軟件設(shè)計實驗：在筆記本電腦上進行Windows程序設(shè)計，進行檢測、路徑規(guī)劃和插補計算，通過以太網(wǎng)通信將控制數(shù)據(jù)發(fā)送給底層控制器，并返回編碼器測量值，監(jiān)控轉(zhuǎn)臺的實際運動情況。設(shè)計圖形化軟件界面，模擬轉(zhuǎn)臺的三維動態(tài)變化過程。本科生通過參加轉(zhuǎn)臺實驗，進行轉(zhuǎn)臺的控制系統(tǒng)和軟件設(shè)計，可以從系統(tǒng)的角度理解如何自動控制機械部件的運動，并利用外部傳感器實現(xiàn)完整的閉環(huán)控制。本文設(shè)計的基于視覺傳感器的運動物體檢測與跟蹤，僅是轉(zhuǎn)臺的典型應(yīng)用示例。學(xué)生只要獲得底層運動控制器的通信接口規(guī)范，即可進行不同用途的應(yīng)用開發(fā)。因此，該轉(zhuǎn)臺可以鍛煉學(xué)生的邏輯思維、系統(tǒng)性思維和發(fā)散思維能力，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

四、結(jié)論

針對機器人課程教學(xué)和實驗過程中系統(tǒng)性不強、聯(lián)系不緊密等問題，設(shè)計了一款開放式可升降雙軸隨動轉(zhuǎn)臺，通過在轉(zhuǎn)臺上安裝視覺傳感器，實現(xiàn)運動物體檢測與跟蹤功能。該轉(zhuǎn)臺可以提供底層運動控制、傳感器實驗和機器人控制實驗，適用于本科生機器人實驗教學(xué)，具有很好的開放性和推廣價值。

參考文獻：

[1]雷靜桃，劉亮，張海洪.“機器人學(xué)”課程教學(xué)改革與實踐.實驗室研究與探索，2013，32（5）.

[2]郭艷婕，桂亮，金悅.基于本科生的機器人實驗教學(xué)的實踐與探索.實驗室科學(xué)，2015，18（1）.

[3]容愛瓊.“項目式”強化訓(xùn)練的機器人實驗教學(xué)方法.教育教學(xué)論壇，2016，（8）.

篇（11）

摘要：針對智能科學(xué)與技術(shù)新興本科專業(yè)建設(shè)過程中缺乏能夠突出專業(yè)特色，體現(xiàn)課程內(nèi)容連貫性的實驗教學(xué)問題，提出“空地一體化多機器人協(xié)調(diào)控制”智能化特色實驗教學(xué)內(nèi)容，介紹如何以引導(dǎo)學(xué)生通過分組協(xié)作的方式進行實驗，增強其對分布式部署的飛行與地面移動機器人系統(tǒng)的控制、通信、規(guī)劃、協(xié)調(diào)等相關(guān)技術(shù)的了解與掌握。

關(guān)鍵詞 ：智能科學(xué)與技術(shù)；特色實驗；機器人；空地一體化；多機器人協(xié)調(diào)控制

基金項目：南開大學(xué)2014年新專業(yè)建設(shè)立項項目；南開大學(xué)2014年本科重點教學(xué)改革項目。

第一作者簡介：王鴻鵬，男，副教授，研究方向為智能機器人技術(shù)，hpwang@nankai．edu．cn。

0 引言

“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)是一個新興的交叉學(xué)科專業(yè)，需要不斷完善專業(yè)建設(shè)和深化教學(xué)改革，既要注重加強學(xué)生的綜合素質(zhì)，也要注重培養(yǎng)學(xué)生的特色專業(yè)能力，從而將學(xué)生的跨學(xué)科知識轉(zhuǎn)化為綜合實踐創(chuàng)新能力。

我們所探討的智能化特色實驗教學(xué)，是通過建設(shè)分布式部署的飛行與地面移動機器人系統(tǒng)，構(gòu)建多機器人／多智能體協(xié)調(diào)控制實驗平臺，指導(dǎo)學(xué)生進行分組研發(fā)與實驗，將智能技術(shù)、智能工程等課程中所講授的人工智能、機器視覺、機器學(xué)習(xí)、智能計算、復(fù)雜系統(tǒng)控制等內(nèi)容納入到本實驗教學(xué)中，促進專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容之間的有效銜接，啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)研究思維，提升技術(shù)研發(fā)能力。

1 智能化特色實驗的開設(shè)時機

南開大學(xué)“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)始建于2005年，首屆本科生于2010年畢業(yè)。在10年發(fā)展歷程中，智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)借助于南開大學(xué)文理并重，基礎(chǔ)寬厚的學(xué)科優(yōu)勢，以及發(fā)展現(xiàn)代工學(xué)、突出應(yīng)用與創(chuàng)新的辦學(xué)特色，依托于計控學(xué)院自動化與智能科學(xué)系、機器人與信息自動化研究所、計算機科學(xué)與信息安全系等單位，在課程體系設(shè)計、教材建設(shè)、專業(yè)實踐等方面均取得了長足的進步，目前已培養(yǎng)出5個年級的具有光、機、電系統(tǒng)綜合知識、具備較強適應(yīng)能力、能夠在相應(yīng)領(lǐng)域從事科研、開發(fā)、管理工作的高級工程技術(shù)人才，學(xué)生畢業(yè)后去向較為理想。

在智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程體系方面，南開大學(xué)近年來將“智能技術(shù)”課程調(diào)整為“機器視覺”“機器智能”兩門專業(yè)必修課程，分別安排在二年級下學(xué)期與三年級上學(xué)期，在三年級下學(xué)期安排“智能工程”“機器人學(xué)導(dǎo)論”專業(yè)必修課程，以及“智能移動機器人導(dǎo)論”英文特色選修課程。

為加強學(xué)生實踐環(huán)節(jié)與擴大學(xué)校的國際交流，從2013年開始南開大學(xué)實行夏季小學(xué)期，我們所設(shè)計與開展的“空地一體化多機器人協(xié)調(diào)控制”實驗已納入到開設(shè)于大三夏季小學(xué)期的“智能專業(yè)實踐”特色課程中，在4周時間里集中進行。此時學(xué)生已經(jīng)掌握自動控制原理、現(xiàn)代控制論、計算機數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等自動化、計算機相關(guān)課程與機器視覺、機器智能、智能工程、機器人學(xué)等智能專業(yè)特色課程知識，這些知識的學(xué)習(xí)與能力的訓(xùn)練為學(xué)生進行智能化特色實驗奠定了理論與實踐基礎(chǔ)。

“空地一體化多機器人協(xié)調(diào)控制”實驗?zāi)軌蛟鰪妼W(xué)生對分布式部署的飛行與地面移動機器人系統(tǒng)的控制、通信、規(guī)劃、協(xié)調(diào)等相關(guān)技術(shù)的了解與掌握。學(xué)生們可以將該實驗課程所掌握的技術(shù)進行延伸，既可以與“國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃（國創(chuàng)）”“本科生創(chuàng)新科研百項工程（百項）”等大學(xué)生創(chuàng)新項目與“華為杯中國大學(xué)生智能設(shè)計大賽”等智能專業(yè)特色競賽相結(jié)合，也可以在四年級繼續(xù)進行智能系統(tǒng)方面的本科畢業(yè)設(shè)計，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性設(shè)計與實現(xiàn)的熱情。

2 智能化特色實驗的內(nèi)容設(shè)置

“空地一體化多機器人協(xié)調(diào)控制”智能化特色實驗主要由飛行與地面移動機器人、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)組成。南開大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)利用2013年度新專業(yè)建設(shè)經(jīng)費采購了8臺地面移動機器人平臺，利用2014年度新專業(yè)建設(shè)經(jīng)費采購了14臺多旋翼無人機飛行實驗平臺，基本上構(gòu)建起一套能夠支持40名本科學(xué)生分組研發(fā)、聯(lián)合調(diào)試的綜合性實驗平臺。

本試驗中學(xué)生所要實現(xiàn)的協(xié)作機器人系統(tǒng)是由多個具有一定智能的自治機器人組成，機器人之間通過網(wǎng)絡(luò)通信的方式實現(xiàn)相互間的協(xié)作以完成聯(lián)合探索與建圖等復(fù)雜的任務(wù)。學(xué)生首先實現(xiàn)單個飛行或地面移動機器人的飛行控制與視覺檢測，然后建立分布式多機器人系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，最后進行多機器人系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，如圖1所示。

我們建議在開展實驗時，每個機器人系統(tǒng)安排2名學(xué)生，分別負責(zé)飛行控制與視覺檢測；通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)共安排2名學(xué)生進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與程序開發(fā)；協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)安排2名學(xué)生進行算法設(shè)計與程序開發(fā)，該實驗平臺按照2個飛行機器人與2個地面移動機器人的最簡配置，可組織8名學(xué)生進行聯(lián)合實驗，更多的學(xué)生也可以通過增加機器人數(shù)量、各小組增加人數(shù)的方式參與到實驗教學(xué)中來。

2.1 飛行與地面移動機器人系統(tǒng)

移動機器人控制技術(shù)是智能專業(yè)本科生需要掌握的核心技術(shù)之一，本試驗所選用的移動機器人系統(tǒng)包括了多旋翼無人機實驗系統(tǒng)與輪式移動機器人實驗系統(tǒng)，每臺機器人均配備了網(wǎng)絡(luò)攝像機用于進行圖像采集與視覺伺服。在飛行機器人方面選用了DJIS1000型8旋翼無人機平臺與3DR-IRIS4型4旋翼無人機平臺，兩種平臺有側(cè)重，8旋翼無人機平臺上搭載了可控自穩(wěn)云臺與高能微單相機，主要引導(dǎo)學(xué)生進行視覺SLAM方面的實踐；4旋翼無人機平臺選用的是開源飛行控制系統(tǒng)，主要引導(dǎo)學(xué)生進行無人機飛行穩(wěn)定性控制方面的實踐。兩種無人機平臺均具備自主飛行與視頻圖像采集的能力。在地面移動機器人平臺方面，選用了QBot輪式移動機器人系統(tǒng)，學(xué)生可以基于MATLAB控制機器人和網(wǎng)絡(luò)攝像機。

2.2 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

通信是各機器人之間進行交流和協(xié)作的基礎(chǔ)，本實驗采用基于無線局域網(wǎng)的多機器人通信平臺，學(xué)生應(yīng)設(shè)計基于TCP/IP協(xié)議簇的網(wǎng)絡(luò)模型，以Ad hoc方式組建基于移動自組網(wǎng)的多機器人通信網(wǎng)絡(luò)，進行聯(lián)合搜索與建圖。

2.3 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

本實驗采用分布式的在線規(guī)劃方法來進行多移動機器人的運動協(xié)調(diào)，實驗任務(wù)是多個機器人共同完成一個現(xiàn)場環(huán)境下的聯(lián)合搜索與建圖任務(wù)，學(xué)生實驗中要學(xué)習(xí)與體會多機器人體系結(jié)構(gòu)設(shè)計、機器人自主定位、多機器人協(xié)調(diào)協(xié)作機制等技術(shù)，并通過編程方式加以實現(xiàn)。

3 特色實驗與課程體系的結(jié)合

智能化特色實驗教育的目的在于培養(yǎng)學(xué)生在智能系統(tǒng)設(shè)計與分析方面的能力，“空地一體化多機器人協(xié)調(diào)控制”實驗涉及學(xué)生在多門專業(yè)課程中所學(xué)習(xí)到的知識與技能。學(xué)生可以從自動控制原理、機器人學(xué)導(dǎo)論、智能移動機器人導(dǎo)論等課程中學(xué)習(xí)到對行或地面移動機器人的控制與編程；從機器視覺課程中可以學(xué)習(xí)到對機載網(wǎng)絡(luò)攝像機的應(yīng)用技術(shù)，包括攝像機標定、圖像采集與分析、主動視覺技術(shù)等知識；從機器智能課程中可以學(xué)習(xí)到對機器人與環(huán)境知識的描述、空間搜索與路徑規(guī)劃、基于學(xué)習(xí)方法的視覺識別、多機器人協(xié)調(diào)控制等知識；從智能工程課程中可以學(xué)習(xí)到如何分布式復(fù)雜智能系統(tǒng)設(shè)計、研發(fā)中的相關(guān)技術(shù)問題。

4 結(jié)語

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的“智能專業(yè)實踐”課程采用大三小學(xué)期集中授課的方式，學(xué)生能夠利用4周時間通過分組研發(fā)，協(xié)作實驗的方式完成一個較大規(guī)模的綜合性實驗。我們所提出的“空地一體化多機器人協(xié)調(diào)控制”智能化特色實驗可以使學(xué)生們綜合運用在基礎(chǔ)性課程與特色專業(yè)課程中所學(xué)到的知識，根據(jù)個人興趣選擇開發(fā)模塊，共同實現(xiàn)一個分布式復(fù)雜系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制任務(wù)。

設(shè)計與開展智能化特色實驗?zāi)軌蛲怀鲋悄軐I(yè)特色，促進專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容之間的有效銜接，今后我們將在所提出的“空地一體化多機器人協(xié)調(diào)控制”進行效果評估的基礎(chǔ)上，總結(jié)經(jīng)驗并進行示范，促進智能化特色實驗教育工作開展，深化教學(xué)改革與技術(shù)創(chuàng)新。

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