慧鱼机器人在机电创新实验教学中的应用研究与实践

 

 

黎泽伦　黄友均

摘 要： 慧鱼模型是由德国慧鱼公司出品的一种教学创意机器人。本文针对机器人课程的教学与实验中存在的不足，以慧鱼模型为教具，探讨了慧鱼模型在机器人课程实验中的应用

与实践过程，阐述了进行机器人实验改革的一些收获。慧鱼模型在机器人实验教学中的应用，为培养学生创新思维和动手能力提供了一个良好载体，为大学生的创新教育提供了一条新途径。

Key： 慧鱼模型 机器人 创新实验 教学改革

近年来，我国高等教育进入快速发展时期。高等教育越来越重视大学生的素质教育，提高大学生的科学素质，培养大学生的创新能力。在传统教学方法中，我国教育普遍存在重视知识传授、重视理论教学，轻视能力培养、轻视实践环节的问

。学生的创新意识和创新潜能无法得到充分培养[1-3]。因此，对机械电子工程专业的实验教学改革与探索非常必要。为提高学生的创新意识和综合素质，重庆科技学院机械与动力工程学院引进了德国慧鱼模型教学机器人，并建立了创新实验室。近年来，国内许多高校都配备不同型号的教学机器人，并已投入使用。如哈尔滨工业大学、西安交通大学、北京科技大学等都相继开发出不同功能、结构形式的教学机器人。除此以外，许多科研单位、企业与高校合作，联合开发教学机器人[4-6]。

1.研究思路

1.1慧鱼机器人介绍

慧鱼模型是由德国发明家Arthur Fischer博士在1964年从其专利“六面拼接体”的基础上发明的教学创意机器人[7-8]，它是一个结构件的家族，是由机械构件、电气构件、传感器、气动构件、电脑控制器及软件所组成的创新系统。模型

采用模块式设计，可无限扩充；可反复拆装；产品系统化，种类多；可逼真地表现机械构件及科学原理；可编程控制，便于对机电一体化流程产生全面认识。模型以机械传动为核心，融传感器技术、计算机技术、自动控制技术、机器人技术于一体的教学及仿真模型。该智能模型能够展示科学原理和技术过程，紧密联系研究设计和生产实践过程，不断创新，不断发展，学生可通过自己动手搭建机械、气动、传感器部件，熟悉并掌握机器人产品的结构、工作原理，并可在此基础上利用PLC、计算机接口或单片机接口板进行自动控制，培养学生将所学知识交叉融合、用于解决具体问题的能力，同时培养学生的动手能力和创新能力。该模型也代表了高科技的许多领域，受到国内外各地教育工作者的关注和思考。

1.2实施过程

笔者自2009年开始在重庆科技学院成立创新实验室后即进入实验室工作，指导学生的机器人创新实验。前期指导学生学习慧鱼机构的机械原理、组装简单的机械结构、拆装机器人成套模型；中期学习慧鱼控制软件ROBOPro和LLWIN软件，学习编写简单的控制程序，学习调试控制电机与检测机构；后期指导学生编写机器人控制程序，实现机器人的控制，已经调试好多套机器人系统。在此基础上，笔者提出基于慧鱼模型的机器人创新实验教学的应用研究与实践，其目的是通过开放式实验教学形式，为学生营造创新环境、提供创新知识、组织创新活动，让学生创新学习，最终培养出具有创新人格、创新思维，进行创造性活动的人才。笔者的研究符合重庆科技学院应用型本科人才培养的目标。

在研究过程中，首先由教师开发多项创新实验项目并编写创新实验大纲和实验指导书。然后以学生团队形式安排实验，教师讲授慧鱼的基本操作方法，可以提出几个方案，如智能运动小车、智能控制系统、工业机械手等。在此基础上，由学生讨论设计方案，如加入各种控制元件，加入语言程序设计。在熟悉器件的基础上，可以分组针对题目进行原理图绘制、结构搭建及电气调试等。学生通过构建这样的系统，完成机电一体化设计的全过程，这样的实验结合机构设计、

搭建、传感器安装、软件编程等多方面知识，覆盖机电专业多门课程。

慧鱼机器人的使用为学生构建一个以开放式的创新活动为载体的教学实验平台，让学生在主动参与的过程中提高积极性，增强能动性，丰富知识性和趣味性，培养创造性和合作精神。这种教学改革将使现有的较传统的封闭式教学，转变为一种开放式的、创新的实验教学模式。

2.结果与讨论

在应用慧鱼模型进行机器人实验教学的过程中，学生将综合应用机械原理、气动技术、电子电路、测试及控制和软件编程等知识，而且慧鱼模型的组建没有特定的标准答案和固定的模式，不受教材的制约，因而学生完全在一个开放性的环境中进行自主式的探索和研究，鼓励学生积极思考形成自主学习的研究气氛和学习方法。因此，通过采用慧鱼模型对目前机器人技术的实验教学体系进行改革，是一条探索培养学生创新能力的有效途径。

慧鱼机器人的使用把培养学生的创新设计、创新思维和动手能力摆在重要位置。开放式创新实验教学可以满足学校对学生创新能力培养的需求，激发学生的创造力，调动学生学习的主动性，培养学生分析问题和解决问题的工作能力。

Reference：

[1]科文.教育教学发展文论[M].北京：原子能出版社，2004.

[2]丛爽，钱辉环.能力风暴机器人在实践中传感器的灵活应用[J].计算机测量与控制，2004，12（4）：380-384.

[3]汪超.机械创新设计实验教学改革的探讨[J].装备制造技术，2008，（8）：179-180.

[4]卢青，赵英凯.能力风暴个人机器人应用[J].机器人技术与应用，2002，（1）：17-19.

[5]陆承景.对机器人学科教学目标和内容的实践与思考[J].中国电化教育，2006，12：71-72.

[6]万佑红，蒋国平.机器人教育与大学生创新能力培养的探索[J].电气电子教学学报，2005，27（4）：6-8.

[7]肖晓萍，廖青.“慧鱼”教具在大学生创新教育中的探索性研究[J].高教研究，2006，79（2）：36-37.

[8]文沛先，韩满林.慧鱼创新组合实验与培养学生研究性学习的能力[J].常州信息职业技术学院学报，2002，1（2）：70-71.

 

-全文完-