前言：中文期刊網精心挑選了機器人實驗室范文供你參考和學習，希望我們的參考范文能激發你的文章創作靈感，歡迎閱讀。
機器人實驗室范文1
一、引言
機器人技術作為控制技術、信息技術和電氣工程技術的典型代表，已成為各個國家競相發展的技術。近年來，國內外興起的各種機器人賽事為機器人技術的發展提供了一個良好的平臺。各個學校爭相組隊參加各類賽事。但是，目前的機器人競賽所采用的機器人基本上不采用微機控制，機器人本體也大多由各個專業的機器人制造公司制造，學生本身并不能從根本上剖析、分解機器人，留給學生自己動手的部分較少，沒有采用微機控制。因此，機器人雖然專業性很強，但可擴展性較差。所以，有必要建設能真正提高學生實踐和創新能力的機器人實驗室。
二、建設意義
基于微機的行走機器人可以整合多方面的知識，包括：單片機技術、圖形圖像處理技術、上位機軟件編程技術、觸摸屏設計技術、電機與拖動技術、微機接口技術等等。因此，基于微機的行走機器人實驗室建設可以加深學生對這些知識的掌握。另外，由于采用了微機控制，學生可以把自己的創新思想方便地通過高級語言體現出來，實現不同的目的，如：點菜機器人，迎賓機器人，圖書管理機器人等等。同時，這些功能的實現完全通過高級語言，有助于降低機器人的成本，無需更換任何硬件模塊。因此，基于微機的行走機器人創新實驗室建設，對于學生基本專業技能的掌握和學生實踐創新能力的提高，都有著非常積極的意義。
三、建設思路和目標
機器人實驗室主要服務于工科的電氣工程及其自動化、自動化、機械制造及其自動化、計算機科學與技術、通信工程等專業。對于這些專業的學生而言，在教師的帶領下，從底層做起，自主完成基于微機控制的行走機器人并不是一件特別困難的事情，它主要由行走模塊、單片機控制模塊、通信模塊以及功能實現模塊等四個部分組成。
1.行走模塊
行走模塊涉及機架、底座、電源、萬向輪、驅動輪以及電機等部分。當然，萬向輪及驅動輪可以用履帶代替。這一部分的實現除了底座及機架可以委托訂做外，其它組件一般都直接購買。行走機器人不外接電源，同時能承受一定的負載，因此，電源一般采用蓄電池，其重量較大，故底座及機架需具有較高的強度。電機也有兩種，一種控制行走，另一種控制方向。
2.單片機控制模塊
單片機控制模塊連接電機及上位機，它從上位機接受指令，經過單片機處理后，向電機發送前進、后退、轉向等信號。電機有兩種，因此，單片機控制模塊也有兩種，一種控制電機是否轉動，即是否行走；另一種則控制萬向輪的方向。
3.通信模塊
上位機與下位機的通信方式有多種。這一模塊往往也是新技術應用最多的模塊。單片機和上位機之間除了傳統的直接有線連接以外，還可以用RFID技術實現100米內無線控制，甚至可以采用GSM模塊通過手機短信的方式加以控制。即上位機與下位機都增加無線模塊，上位機發送出的指令通過上位機連接的無線模塊發出，再通過下位機連接的無線模塊接收，然后將信息傳遞給單片機。由單片機來控制電機。
4.功能實現模塊
機器人往往不能通過鼠標操作，因此，機器人一般采用觸摸屏來實現輸入。功能的實現可以使用一些可視化編程語言，如C++Builder等。另外，為了擴展機器人的功能，可以為機器人添加攝像頭，各種傳感器。各種通信模塊等。例如，要實現安保機器人，可以讓機器人行走到指定位置巡邏。將安裝在機器人上的攝像頭拍攝到的視頻通過無線通信模塊實時傳輸到控制中心。
通過以上四個模塊的建設，就可以實現特定功能的行走機器人，如點菜機器人、迎賓機器人，避障機器人、圖書管理機器人等等。由于使用了微機控制，利用微機的豐富接口，可以連接攝像頭、各種無線通信模塊以及各種傳感器等等，進一步擴展了行走機器人的功能。這些機器入的制作，既能提高學生的實踐創新能力，又能為教師在更高層次的研究提供實驗條件。例如，多臺機器人安保時的路徑規劃研究，用于機器人行走軌跡控制的圖形圖像處理技術研究等等。
四、結論與展望
基于微機控制的行走機器人創新實驗室建設，既可以使學生更好地掌握本科階段的主干課程，又能提高學生的實踐能力和創新能力，同時也能為教師的科研提供平臺。微機控制行走機器人的制作相對簡單，成本較低，易于擴展，應用廣泛，值得推廣。
參考文獻：
機器人實驗室范文2
“高等學校本科教學質量與教學工程”要求高校推進素質教育，著力培養大學生的創新精神和實踐能力。機器人是跨專業、多學科理論與技術綜合的高新技術產品和系統，是進行創新教育改革的理想對象。我們應以機器人技術為載體，進行人才培養模式創新實驗，秉持綜合素質高、實踐能力強的創新型人才培養理念，以課程體系、教學方法改革及創新人才培養基地為支撐，建立一套完整的大學生創新能力培養體系和完善的運行機制，在創新實踐活動和機器人競賽的引導下，培養學生綜合應用能力、科研創新能力和工程實踐能力。
二、改革的目標思路
為推進機器人相關學科高等教育課程的創新型人才培養模式改革，進一步提高教學質量，根據高等學校教學質量與教學改革的總體部署，依托南京郵電大學控制理論與控制工程、模式識別與智能系統等高水平學科點，將在建的“網絡機器人控制實驗室”建成具有一定規模、體系完整、特色鮮明、開發共享的人才培養模式創新實驗基地，使之成為自動化、計算機科學與技術等相關專業高層次和創新人才培養的實驗基地，以滿足新時期實施素質教育和培養創新人才的需要。實驗平臺建設的具體目標如下。
1.建成特色鮮明的以先進機器人系統為載體、多學科融合的創新教育平臺，為自動化、計算機等相關專業的學生提供一個標準的實驗教學平臺。
2.建成一個高標準、高起點、開放的、注重創新能力培養的學生科技創新基地和教師創新教學改革研究基地。
開展創新教育教學，通過多學科融合的教學體系建設、教學方法和指導模式的改革，形成科學、系統、高效的高素質創新人才培養體系，進一步探索知識、能力、素質協調統一的人才培養模式，培養在堅實的理論基礎上，具有創新精神和創業能力強的高素質人才。
三、創建平臺的建設內容
基于機器人系統這一綜合平臺，以課程體系、教學方法及創新人才培養模式為著眼點，建立完整的實驗平臺，具體建設內容如下。
1.先進機器人系統創新實驗平臺。平臺的建設能夠起到培養具有突出創新精神、較高綜合素質的高級應用型人才的作用，同時還成為整合學校硬件資源、軟件資源、師資資源的橋梁與紐帶，為工科群的內涵建設奠定堅實的基礎，形成包含工科創新人才培養模式以及相關配套措施，形成教師與學生融為一體、高年級與低年級學生融合為一體、不同專業的學生融為一體，以自主學習與探索性學習為特征、以科技創新為重點的新型團隊公關形式，在規范化流程的實施過程中體現了“過程培養人”的教育理念。
2.智能機器人實驗平臺主要包括輪式機器人實驗系統和類人機器人實驗系統兩個主流的機器人平臺。這兩個平臺的建設能提高學生的動手及創新能力。依托與網絡機器人中央地方共建實驗室的建設，建立輪式機器人實驗系統，系統中機器人配備攝像頭、激光等傳感器，學生可以從中學習信息如何進行采集、如何進行處理及如何進行利用等多種知識，學習如何編寫程序實現一系列的功能。在類人機器人實驗系統中，機器人各關節（如膝關節、腕關節、踝關節、頸部等）的運動及姿態由位于關節處的電機控制，依據所使用的電機個數的不同，機器人有不同的自由度，訓練學生通過控制電機來實現機器人的行走、舞蹈及踢球等各種動作，將書本上的運動學及逆運動學的知識生動地再現，激發學生的學習興趣。
3.進行課程體系改革?；跈C器人平臺構建專業課程群，機器人是多學科、多技術的綜合體，是生動的專業課程綜合教學實驗平臺。因此，我們將以先進的機器人系統為載體，為自動化、計算機相關專業構建多學科融合的綜合實驗教學平臺，承擔自動控制技術、計算機視覺、機器人技術、運動控制、圖像處理等專業課程的創新實驗教學任務。
4.科技創新實驗平臺建設。機器人是極富挑戰性和趣味性的領域，最能激發學生的創新能量，本實驗平臺將建設成為學生課題研究、畢業設計、科技創新活動的重要基地，如組織學生參加機器人大賽、飛思卡爾智能車比賽等。機器人競賽是培養學生創新精神、提高學生動手能力的有效形式。參加這項競賽，可以培養學生查閱資料能力、自學能力、分析問題與解決問題的能力、綜合設計與調試能力、科技論文寫作能力，培養了學生理論聯系實際的作風、團結協作精神和創新意識。為此，我們將機器人競賽作為學生創新能力培養的平臺。近三年來，指導我校學生在國際和國內機器人比賽中斬獲多項獎勵，一個世界冠軍、一個中國冠軍、一個江蘇省機器人大賽冠軍、兩個國際比賽亞軍等。機器人競賽的全面開展對提升電類專業學生的創新實踐能力和增強就業競爭力發揮了積極作用，也加深了對自動化類課程實踐教學重要性和必要性的認識，強化了學生動手能力的訓練，促進了學生基本素質的培養。
5.創新實驗教材的編寫。重視實驗教材的建設工作，組織教師以實驗教學內容和教學方法改革成果為基礎，依托實驗課程體系，修改完善現有實驗教材，編寫新教材，系統地出版了一批以培養綜合應用和創新能力為特色的實驗教材。
6.本科教育與研究生教育相結合。充分利用研究生對本科生、高年級對低年級的傳幫帶作用，有序開展創新活動。支持本科學生根據自己的興趣和課題需要，跟班學習研究生課程，拓寬學生的知識面，培養其學生學習能力和研究能力，提高工科專業人才的創新能力和創新水平。
大量的實踐表明，機器人創新實驗的平臺的建設，能夠使學生的創新能力和專業素質得到極大的提高。
機器人實驗室范文3
關鍵詞：機器人；實踐教學；創新能力；實踐能力
中圖分類號：G4
文獻標識碼：A
文章編號：1672-3198（2013）05-0151-02
1引言
創新是人類社會發展的強大推動力，實踐是創新的源泉，工程實踐是創新的基礎，沒有工程實踐能力就談不上創新能力。因此，探索創新教學改革的新思路、新方法，滿足在創新理論、創新教育方面的急需，提高學生的創新思維和能力，已經對目前教學體系改革提出了更高的要求。在高校教育教學改革過程中，培養學生的創新意識、實踐動手能力等綜合素質，已經成為當前教學改革的核心目標。我校工程訓練中心（簡稱工訓中心）從2007年開始，針對專業特點和高素質人才培養要求，在全校各個專業中不同程度地引入了機器人創新實踐教學環節，旨在培養學生創新實踐能力。本文以我校工訓中心機器人創新實踐教學為研究平臺，為學生提供機器人創新套件為實踐手段，從根本上提高了學生的創新實踐能力，全方位適應社會發展的要求。
2機器人創新實踐教學內容簡介
2.1課程目的與任務
機器人創新實踐教學是一門新的課程，它是以機器人為硬件開發平臺，通過硬件擴展和軟件開發而展開的教和學的活動。在機器人開發學習過程中，存在著軟件編程、硬件擴展和維護、人機關系等若干需要處理的任務，學生只有掌握其硬件結構、工作原理和軟件編程，才能提高它的應用能力。加強機器人教育教學內容是提高機器人應用水平的需要，也有助于為機器人創新實踐創建良好的環境，避免重模仿輕創新，避免強調固有知識的學習而忽視了學生創造性思維的培養。該實踐課程時間歷時4天，28學時，邊做邊學，學生將動手實施一系列由淺入深的項目或比賽。該課程以團隊形式運行，每小組2個學生，同時分成幾個大組。每小組擁有一套課程平臺包括機器人，創新模塊和電腦等。課程的目的：（1）系統訓練創新能力和實踐能力；（2）讓學生自主學習工科基礎知識。
2.2教學內容及過程
機器人技術是一門綜合性很強的學科，它涉及機械、數學、電子、傳感器、計算機、自動控制、通信和人工智能等學科，是光機電為一體的典型應用。機器人教學沒有統一的教材和固定的教學模式，其教學過程也是一個綜合實踐的過程。學校在工程實訓環節中增加了機器人知識內容的講解和實踐，以興趣小組的組織形式加以提高和鞏固，使學生的學習能適應未來信息發展的要求，也為原有的實驗教學模式增添了新的活力。機器人極具人性化，它的智慧和功能靠學生的程序設計來實現。通過項目制作過程中遇到的問題來設計真實和富有挑戰性的問題來引導學生思考、探究。學生在動手組裝、擴展和編程控制機器人的過程中獲取有用的知識，能夠很好地發揮學生的動手能力、協作能力和自主學習能力。教學過程中由于器材及場地的局限性，通常需要學生統籌安排、就地取材、精心設計，學習體會和構思新創意，極大地挖掘想象空間與創造力，追求設計方案的科學完美。機器人學習其實就是探究性學習，每一次上課學生們都會完成自己和教師共同討論和設計的目標，根據這一目標由學生自己進行創新性探究。創造源于最初的突發奇想，學生必須做出不斷的嘗試，不斷的調試與改善，大膽地投入新的元素，注重每一個細節，將機器人調節至最佳狀態。
2.3教學模式
要培養學生的創新能力和實踐能力，就應該建立與之相適應的課堂教學模式。在機器人教學過程中，我們運用新的教學方法、采用新的教學模式、應用新的教學手段來進行機器人課堂教學，促進了教學思想、教學過程、結構模式的根本變革，讓課堂充滿了生機和活力。經過幾年的深入實踐教學研究，探索出能充分體現師生互動思想的教學模式：創設情境歸納猜測交流驗證總結深化。
（1）創設情境。在教學過程中，教師應用現代教學手段，創設特定的情境，這特定的情境可以是問題情境，比如先給大家放一段機器人滅火的錄像，讓大家思考機器人是如何避開障礙物找到火源的，提出啟發性的問題；也可以是有利于學生對所學內容理解的虛擬情境。為了提高學生的創新意識，教師最好將創新性目標體現在創設情境中，使學生明確需要探究目標的前提下，認真觀察思考獲取感性認識，然后提出問題。
（2）歸納猜測。首先，針對提出的問題提出假設；其次，搜集關于支持假設的資料，然后進行整理和歸納；第三，獨立或合作進行探究；第四，形成自己或小組的認識或結論。教師在整個歸納猜測過程中，要為學生的探究活動提供工具和相應的幫助，運用先進的教育手段，為學生提供豐富的信息。
（3）交流驗證。各個小組派出代表口頭匯報并作對應的演示自己小組的創新作品，匯報包括作品的名稱、作用、創新點以及制作作品過程中遇到哪些問題是如何解決的等等；然后進行小組或班級交流討論，交流方式可以是口頭的，也可以通過操作演示。交流驗證過程中，要充分調動學生積極發表自己的見解，提出質疑、爭辯，最后得出問題的結論。
（4）總結深化。首先對所探究的問題進行小結；其次，積累經驗，為以后解決新的問題打下良好的基礎。心理學研究證明：人的綜合素質要想內化到個體素質中，需要經過反復訓練。教師在總結深化階段要幫助學生對所學知識內容進行梳理，使學生能夠達到較深刻的理解。教師應該根據每個學生的特點和學習水平設計不同的課題，這樣可以改變不同學習水平的學生要求整齊劃一的弊端，不僅提高各個學生的學習效果，而且會讓每位學生都具有成就感。
3能力培養目標
3.1培養學生科學研究創新能力
學生在熟悉機器人硬件后，就可以通過設計、搭建、軟件編程實現機器人的自動控制了，整個過程由學生小組成員獨立完成，這樣學生的學習就由被動轉為主動學習，從而提高了獨立分析問題和解決問題的能力。學生可以自主選擇知識，結合理論知識進行實踐操作。學生經過分析研究，可以運用多種不同的方式去設計外形各異的機器人，通過不同的算法去編程，很好地發揮個人潛能，培養了學生的策劃設計能力、實踐動手能力和綜合創新能力，為創新教育打下了良好的基礎。此外，在機器人套件搭建創新實踐環節中，從擬定需搭建項目、外形的設計、選擇需要的器材、開始搭建模型到編制驅動程序，都是學生獨立實施并完成，更加有助于培養他們獨立開展科研創新的能力。
3.2培養學生團隊協作能力
機器人搭建項目小組依靠相互協作與積極配合來完成創新作品項目，同學間互相交流和學習，有利于集思廣益，激發靈感，開闊思路，鍛煉學生個人的團隊精神和協作能力。
3.3培養學生設計作品和軟件編程能力
通過教師在上課時適當的引導，學生能夠設計出任何可以想到的機電產品或模型，通過親自動手搭建以及軟件驅動模型，達到提高學生分析問題和解決問題能力的目的。
3.4培養學生實踐動手能力
當前高校畢業的大學生普遍缺乏工程實踐動手能力。由于存在教育理念、辦學方向、培養模式等一些因素的影響，現在學生側重于理論知識的學習，而忽視實踐動手能力的培養，造成高校畢業生創新能力、實踐能力、綜合素質等達不到用人單位的標準。通過機器人實踐教學以及機器人比賽等項目的鍛煉，學生能夠從純理論的學習過渡到理論聯系實際，從而提高學生的動手實踐能力。
4機器人創新實踐教學成果
近年來，我校工訓中心推行教學改革，創立了開放性的機器人自主學習實驗教學課程體系，為學生營造了自主創新學習的良好氛圍，取得了可喜的成績。2009年1月在創新訓練課程的建設與實踐獲得“內蒙古工業大學教學成果”二等獎；2008年獲得第九屆“中國智能機器人大賽”一項一等獎、兩項二等獎；2009年第十屆“中國智能機器人大賽”中獲得一項一等獎、一項二等獎；2010年在第十一屆“中國智能機器人大賽”中，我校學生在足球、滅火、搜救、游世博、吸塵五項比賽中獲得五項一等獎；2011年在中國機器人大賽暨robocup公開賽robocup中型組項目比賽中分別獲得一、二、三等的好成績；同年11月在第十二屆“中國智能機器人大賽”中國際賽制機器人滅火比賽、國際賽制類人機器人擂臺賽等八項比賽中獲得數個一、二、三等獎的好成績；2012年中國機器人大賽robocup公開賽中獲得一、二、三等獎；連續三年參加2010、2011年、2012年亞太大學生機器人大賽，獲得了不錯的成績。通過比賽獲獎，學生們樹立了自信心，增強了團隊意識，學會了團結協作，對于交流合作的重要意義有了較深入的理解，為他們未來工作奠定了基礎。從機器人創新實驗室走出去的很多學生綜合能力得到了很好的提升，有的學生得到了保送研究生的資格，有的在參加比賽時就被企業看中，比賽完簽約的學生也有很多，找到了自己人生的目標和定位。
5結束語
機器人創新實踐教學課程通過講座、實踐、討論、參加全國性的比賽等實踐活動，系統地訓練了學生的創新能力和實踐能力；使學生對如何完成一個項目有了全面而具體的了解；實現了工科新生一開始就接觸工程知識、真實的工程問題，學生初步了解了工程師應具有的素質-知識-能力；有助于培養學生的工程意識和專業興趣，對學生盡早制定職業規劃和促成學生主動學習起到了積極的推動作用。
參考文獻
[1]宋繼忠，劉永葆，張樹龍.創新教育在機械工程實踐教學中的應用[J].實驗室研究與探索，2011，30（9）：240-242.
[2]方敏，葛鎖良，溫陽東等.集中實踐環節的計劃與實施[J].實驗室研究與探索，2005，24（S1）：42-44.
[3]蔡熾，蔡炳新.以培養創新型人才為宗旨，全面提升國家級實驗教學示范中心建設水平[J].實驗技術與管理，2008，25（2）：107-109.
[4]鄧子新.實驗室重在培養創新型的人才[J].實驗室研究與探索，2007，26（3）：1-4.
[5]羅志勇，陳昌國，鄭澤根.在實驗教學中實施創新教育[J].實驗技術與管理，2005，22（5）：17-19.
機器人實驗室范文4
關鍵詞：機器人教育；虛擬機器人；社團；合作學習；研究
一、機器人發展現狀
1.機器人教育的價值及影響
機器人教育的核心基礎是人工智能技術在教育領域以人性化、智能化的形式加以利用。由于人工智能技術是信息技術發展的一次重大飛躍，因此信息技術教育必將走向機器人教育。我國頒布的義務教育階段信息技術課程標準和《國家九年義務教育課程綜合實踐活動指導綱要》中，機器人設計和制作被列入信息技術課程選修內容。由此可見，機器人教育已經納入了中小學信息技術教育內容中。此外，全國各地的機器人比賽蓬勃開展，比賽內容不斷完善，參加的人數不斷增多，規模不斷擴大，影響力也在逐步提高。從技術的綜合性、先進性、自主體驗和興趣激發等方面學生都能有極大的收獲進而實現極大的教育價值。
2.虛擬技術的發展及在教育領域的應用
虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR，又譯作靈境、幻真）是近年來出現的高新技術，也稱靈境技術或人工環境。虛擬現實是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般。
目前，虛擬技術在大眾教育、軍事、醫學、航空，旅游等各行業得到了廣泛的應用，利用虛擬技術可以建立各種虛擬實驗室，虛擬環境。隨著虛擬技術逐漸成熟，虛擬技術逐漸普及化，大眾化。虛擬技術以其強大的交互性、隨意性、安全性等人性化特性，必將對教育領域產生深遠的影響。虛擬機器人作為虛擬領域的一部分也得到了快速發展。
3.實物機器人存在的問題
各國的機器人競賽開展得如火如荼，機器人的教育價值也逐漸得到認可。雖然我國開展機器人教育已經有十多年，但進展緩慢，仍游離于基礎教育教學之外，通過分析可發現其主要原因是經費問題，學校沒有財力購買大量的實物機器人用于教學。雖然有學校購買了實物機器人，但數量有限，只是用于參加比賽的學生。實物機器人的價格、后期的升級、維護、場地、工作環境等都制約著實物機器人進入學校教學。
二、開設虛擬機器人社團的原因
1.概念界定
虛擬機器人是近年來得到人們重視的一類新興機器人教育載體，英文簡稱為“Virtual Robot”。目前，還沒有一個統一的定義。根據互聯網上的描述和Michael Somby對機器人軟件開發平臺的界定，就相當于虛擬機器人平臺。所謂的“機器人軟件開發平臺”指的是用來給多種機器人開發程序的軟件包，一般包括下列內容（1）統一的編程環境；（2）統一的編譯執行環境；（3）可重用的組建庫；（4）完備的調試仿真環境；（5）對多種機器人硬件設備的“驅動”程序支持；（6）通用的常用功能控制組件。
2.實物機器人現狀
機器人技術融合了機械原理、電子傳感器、計算機軟硬件及人工智能等眾多先進技術，為學生能力、素質的培養承載著新的使命。機器人教育在教學中體現了以下幾個方面的作用：
（1）讓學生了解機器人的發展和應用現狀，理解機器人的概念和工作方式。
（2）讓學生了解機器人各個傳感器的功能，學習編寫簡單的機器人控制程序，提高學生分析問題和解決問題的能力。
（3）通過機器人競賽和完成各項任務，使學生在搭建機器人和編制程序的過程中培養動手能力、協作能力和創造能力，有目的地培養學生的科學素養。
（4）迎接機器人時代的到來。機器人的廣泛應用將極大促進社會生產力的發展與產業結構的調整。開展機器人教育，有助于使我們在機器人時代走向世界前列。
實物機器人已經成為呼聲很高的創新教育平臺，并且正在走向基礎教育。機器人教育在國內尚處在起步階段，把實物機器人作為課程，在現階段遇到了諸多方面的制約：
（1）實物機器人產品缺乏規范性。國內外機器人制造商開發的實物機器人品牌十分繁雜，且自成體系，互不兼容，開放度較低。
（2）實物機器人價格高，場地有嚴格要求，而學校資金嚴重缺乏，也沒有相應的場地作為實物機器人的教學場地，配套組件及設施不夠，給普及增加了難度。
（3）機器人教學所使用的“教材”質量不高，大多屬于“產品說明”或“用戶指南”等，缺少課程與教學專家的參與和指導，每個學校要獨立開發各自的校本教材，難度較高。
（4）師資隊伍的良莠不齊。
3.虛擬機器人在線仿真平臺
iRobotQ 3D機器人在線仿真平臺的出現，解決了學校開展機器人教學的一個最重要問題，即資金和場地問題。iRobotQ 3D機器人在線仿真平臺是全球首款基于網絡互動模式設計，以強大物理引擎作為技術支撐，以機器人為載體的科技創新平臺。它對資金、環境的要求不高，只要有網絡的地方都可以使用。平臺通過先進的3D虛擬技術對機器人應用的各個環節進行高度的3D模擬，實物機器人所擁有的功能都可以在該平臺實現。
國外機器人教學實驗證明，機器人競賽不僅活動主題有趣，
更重要的是其問題解決方案是開放性的，學生可以用不同的方法完成同一個目標，虛擬機器人擁有實物機器人的絕大部分功能，而且擁有實物機器人所不具備的零件永不磨損的優勢，因而虛擬機器人教學活動能激發學生充分發揮想象力、創造力，有利于培養學生的開放性思維。在機器人教學中，學生主要是通過動手實踐獲取知識。他們就像真正的工程師一樣，針對項目主題進行研究、策劃、設計、組裝和測試。他們以小組為單位，使用積木、傳感器、馬達等組件設計自己的機器人，并為機器人編寫程序，讓它完成自己想讓它做的事情。學生通過主動探索、動手實踐，親身體驗了抽象的理論知識如何變成了觸手可及的答案，享受成功的興奮。在活動中，學生不僅可以學到有關機械、電子、計算機等技術知識，還可以培養多方面的能力和素養，如與人溝通合作的能力，合理利用時間的能力，毅力與自信心的樹立等。
三、虛擬機器人社團項目合作學習范式
新一輪課程改革的重點之一，就是要讓學生的學習產生實質性的變化，逐漸改變以教師為中心、課堂為中心和以書本為中心的局面，促進學生創新意識和實踐能力的發展。小組合作學習成為當代深受關注和歡迎的教學理論與策略，它能有效培養學生的自主創新能力，適應國家培養創新人才。
本人在虛擬機器人教學實踐中進行了一些小組合作學習的探索，下面從小組合作學習來談談自己的認識。
所謂小組合作學習是以班級授課為前導結構，以小組活動為基本教學形式，系統利用教學動態因素之間的互動來促進學習，共同達成教學目標的活動。
在小組合作學習的過程中逐步培養學生的自主創新能力。具體表現在以下幾個階段中。
1.明確目標：為培養自主創新能力做好鋪墊
由于學生各具不同的性格、知識、思想，所以他們會以各自不同的表達方式去處理各種不同種類的信息。因此，教學過程中，教師首先要了解學生通過什么途徑可以學得更快、更好，再決定如何利用學生優勢帶動發展其他有待發展的潛能。因此，教師需采用多元途徑進行個性化的教育。除個別化教學外，教師還應組合不同性格類型和水平的學生進行小組活動，利用他們互補的潛能，通過多元虛擬的教育途徑進行合作學習。
我的虛擬機器人社團總共20位學生，在教師的指導下，以小組合作的形式，把學生分成5個小組。每個小組由4名不同能力、性別、性格、文化背景的學生組成。在合作學習之前，師生從心理、思想、內容等方面都要有明確的目標，為激發學生的自主創新意識和熱情鋪平道路。
教師要為學生培養自主創新能力鋪路搭橋。一方面給學生提出合作學習中培養自主創新能力的明確要求。即學習的內容和目標是什么，怎樣完成任務，評價的標準是什么；另一方面，通過設計具有挑戰性的問題，激發學生學習的積極性，啟發學生運用已有知識和經驗解決問題，促進學習的遷移、自主創新能力的培養。
例如，我在社團課中給學生制訂了關于“汽車總動員”項目學習的相關內容（如下表）。
項目學習計劃表
■
項目學習評價量規
■
項目活動記錄表
■
項目評價表
■
學生根據教師制訂的項目學習計劃，每個小組再制訂自己小組的項目實施計劃，并把項目進行分解，分配給小組的每位同學。
2.合作探究：培養自主創新能力的重要環節
每個小組成員明確了學習任務之后，根據分工進入合作探究階段，由于虛擬機器人是對現實的一個仿真，學生在進行機器人的搭建和編程過程中就要充分考慮到馬達的性能、車輪的摩擦系數、軸距對車子的影響、速度的快慢等各種物理因素，促使學生要靈活運用科學知識及生活常識。每個學生知識掌握不同，生活經歷不同，對項目實施過程中的理解也不同，這樣，每個學生就會根據自己的理解進行互相交流、討論，甚至爭辯，在這一過程中，教師進行適當的引導，小組成員間經過多次的磨合，逐漸形成小組的學習成果。在討論過程中，讓學有余力的學生充分發揮自己的潛能，并帶動學習有一定困難的學生多思考、多發言，保證他們達到基本要求；同時，教師要在巡視時，針對學習過程中出現的各種問題及時指導，幫助學生提高分析問題的技巧與能力。這一合作過程，既是類似科學研究的體驗過程，更是提升學生自主創新能力的過程。
例如，在“汽車總動員”這個項目任務中，在實施汽車的搭建這個小任務時，我給學生以下提示和問題，讓學生根據這些問題去尋找合理的答案。
（1）整條道路由普通道路路面、能量補充站路面、快速過彎路面、飛車路面，這些路面的顏色值都不相同，如何讓汽車知道行駛在什么路面上（使用什么傳感器來判斷）？
（2）道路兩邊都有柵欄，能否在汽車行駛過程中合理利用這些柵欄？如果能利用柵欄，那應該使用什么傳感器？
（3）道路上有得分物，怎樣讓汽車判斷得分物在哪（應該使用什么傳感器）？
（4）汽車使用什么樣的馬達和輪子比較好？
我把上述幾個問題交給各小組長，由各小組長再具體分解，分配到每個組員，學生依據一些有待研究的問題，自己去思考，自己去體驗。在合作中，學生有了探索與創造的機會，學生的學習活動更具有自覺、能動、創新的特征，學生在合作學習、解決問題的過程中，學習按照一定規則開展討論，明確表達自己的觀點，與他人進行交流，學會傾聽別人的想法，修正自己的觀點，激發新的靈感，在共同參與中，主動地獲取知識、應用知識、解決問題。通過與同伴共同努力來整理資料、分析處理和尋求問題的答案或結論，最終形成小組的汽車搭建方案。
3.成果交流：培養自主創新能力的收獲階段
合作學習后，由小組長代表全組學生對自己小組的汽車搭建方案進行展示，并對選用的部件進行詳細介紹，即為什么要選用這些裝置，這些裝置的作用。展示完畢，由其他各組成員對其進行點評，并對該組進行評分。同時，組內每個成員對自己的表現進行自我評分，并對小組其他成員進行評分。最后，教師對各組進行評價，指出各組的優勢和不足之處供學生參考。
虛擬機器人本身就提供了給學生的充分想象空間，再加以使用小組合作學習，充分調動了學生學習的主動性、創意性，學會與他人進行交流，學會傾聽別人的想法，修正自己的觀點，激發出新的靈感。合作中的傾聽、分享、交流、互助與反思，擴展了生生之間、師生之間的溝通網絡，從而在教學中構建了立體動態的溝通途徑。成果交流中學生之間會有比較鑒別，會互相取長補短、優勢互補，提高了學生的自評和他評能力，促進學生進一步動手探索機器人奧秘的能力。拓展了學生個性化思維，鍛煉了學生的多向思維能力與創新精神，也展示了學生的創新能力，滿足學生對歸屬感和自尊感的需要。
通過半年來的實踐，根據調查，發現學生對信息技術的愛好有明顯的提高，這些社團的成員玩電腦游戲的少了，利用課余時間進行開發虛擬機器發的學生多了，原先家長是不允許孩子在家使用電腦的，現在多數家長已經同意學生玩虛擬機器人2個小
時。在小組合作學習的實踐過程中使學生受益匪淺，每個學生在學習過程中都多了一份責任與自信，虛擬機器人強大的便利性和對學生的創造要求，使學生學習后創新能力有所提高。
參考文獻：
[1]方建軍，何廣平.智能機器人[M].北京：化學工業出版社，2004-01.
[3]朱力.目前各國機器人發展情況[J].中國青年科技，2003（11）.
機器人實驗室范文5
1．1實驗平臺的建設
為了強化學生在機器人方面的實踐環節，首先需要構建機器人實驗平臺。讓學生在課堂教學中了解機器人的基本組成、工作原理等，而學生的綜合分析能力和解決問題的能力只能通過實踐才能得到鍛煉及提升。學生通過課堂教學了解機器人的基本組成、工作原理等，通過實踐鍛煉提高綜合分析能力和解決問題的能力。依托西安交通大學機械基礎實驗教學中心的資源，將現有的實驗教學機器人資源進行整合，構建機器人實驗教學平臺，包括:開放源代碼的固高等國產機器人;具有示教手持盒的日本生產的商業機器人MOTOMAN－SK16、川崎RS10N等工業機器人;進行二次開發、能夠組合使用的博時機器人。在機器人實驗教學中，為學生的實踐環節提供了足夠的教學資源。
1．2改革實驗教學體系，豐富實驗層次
目前的實驗教學體系多數為實驗教師針對某一點進行實驗教學。但是機器人本身具有實踐性強、學科融合范圍廣的特點，機器人實驗已經不能僅僅依靠單獨的一個實驗進行支撐，需要與機械結構、軌跡規劃、系統控制、傳感器等技術進行融合。目前開展的機器人實驗往往著重于某一方面，不同的教師由于個人研究方向不同，或者專業限制，往往開展實驗項目側重自己的方向。但在本科教學中，還需要注重學生知識面的擴展，學生應全面地了解各個方面，開拓學生的眼界，因此機器人實驗應增加“廣度”。系統級的機器人實驗是一種全新的實驗形式，它將機械結構分析、建模、傳感器技術、機械控制等多學科融合。在實驗項目實施中，學生以團隊形式進行實驗，分工明確，為學生應用多種學科知識提供了平臺，培養了學生創新和團隊協作能力。在結構部分，小型的博時串聯機器人拆裝與建模分析、慧魚模型搭建機器人;在機器人結構實驗方面，以六自由度模塊化可拆裝串聯機器人為平臺，學生可自由搭建2～6自由度五種組合方式機器人系統。該機器人各關節內部結構多樣化，采用了同步齒形帶傳動、諧波減速傳動、行星減速傳動、錐齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動等多種傳動方式。每一模塊均為透明封裝，可直觀看到內部傳動結構及運動形式，并可將其拆裝至螺釘級。通過機器人本體裝拆實驗可以提高學生對機構中各種傳動原理的直觀認識，鍛煉學生的裝配能力，并以此了解零件加工工藝與特點，增強學生對機構運動形式實踐的動手操作能力?；埕~模型是一套由機械構件、傳感器、控制部件組成的機電產品。在控制部分，現有的實驗儀器分為商業機器人及科教公司研發機器人。商業機器人技術成熟，使用可靠，但控制源代碼不開放;科教公司研發機器人源代碼開放，但設備使用可靠性較差，因此實驗內容需要對兩種實驗設備進行調整，克服兩類實驗設備各自的缺點，讓兩者互補，形成對學生的全面培養。學生在對已有的機械工業中常見機器人使用后，工業中的手持器可供學生直接操作，將教學理論與工業實踐并重，學生可以直接通過控制使用了解機器人的基本軌跡規劃等，將注意力集中到機器人實驗的主要問題中?？平坦狙邪l的機器人源代碼開放，學生在學有余力的情況下，能夠進行二次開發，將機器人控制技術與傳感器技術等相結合，提高學生興趣，培養學生的創新能力。
1．3教學方法的改革，提高學生興趣
機器人廣泛應用在各個工業領域，實驗教學與其中機械部件包括連桿、齒輪、馬達、渦輪等，一般工程機械制造所需要的零部件在模型中都能找到，模型中的零件可以在短時間內插裝和拆卸，為學生想象力插上了翅膀，在對實際機器人拆裝后，組建屬于自己的機器人，提高學生興趣，增強學生對于傳動知識的理解。工程應用是互相聯系，密不可分的。以實驗室中固高柔性制造系統為例，機器人在中間起到了倉儲、上下料作用，完全實現了自動化控制，因此在機器人實驗的開發中應聯系工程背景，提高學生興趣。實驗體系包括常見的機器人運動學實驗、動力學分析實驗、軌跡規劃實驗，并且需要讓學生明白機器各個部分的組成，因此在實驗授課時，控制類教師與機械設計類教師應聯合開發機器人實驗，使學生將課程中學習的知識運用到實驗中，加強理論與實踐的結合。在學生使用中，學生可以先從柔性制造系統進行認知機器人廣泛應用在各大工業領域，然后進行機器人的拆裝，了解機器人的各個組成部分，隨后進行自己控制機器人的運動軌跡，對運動軌跡進行規劃。在學生全面了解機器人知識后，在綜合實驗中，學生可以選擇偏結構方面的實驗，如用慧魚模型搭建機器人;也可選擇偏控制方面實驗，如機器人的視覺系統的開發;也可將二者結合，設計出新的機器人結構、系統等。這是一個從認知到實踐的過程，符合人的一般認知規律。機器人學科具有更新快的特點，作為教師在教學時不僅需要給學生技術指導，更應該著重培養學生對機器人技術發展趨勢的了解，培養學生的創新意識，讓學生盡可能參與實驗的各個環節，增加學生的主觀能動性，包括實驗問題的提出、實驗機器人的確定、實驗程序(路線)的設計以及分析總結等。只有在實驗過程中，學生團隊精神、創新能力、動手能力等素質才能得到培養。
1．4考評方法的改革，突出培養學生能力
目前對學生的考核較為單一，僅是考核學生最終的實驗結果，不僅不能督促學生對實驗結果等進行合理分析，而且對于學生在實驗中的操作也忽略了，這對于機器人實驗考評而言是不合理的，機器人實驗作為一門實踐性很強的課程，沒有一個唯一確定的答案。機器人結構分析實驗可以培養學生空間想象的能力，關注細節的能力，機器人軌跡規劃則涉及到數學在實際生活中應用的能力，而軟件編程涉及規劃能力。它反映了學生的空間想象和規劃能力，對新事物的敏感度、以及完成任務的執行力。因此改革學生的實驗考評體系非常必要。合理的考評方式不僅能使學生掌握機器人的相關知識，而且能對學生在后期機器人研究中起到一個引導作用。目前機器人實驗教學的成績評定中遇到的突出問題，即做為項目存在的機器人實驗在學生評價體系中不應該規定學生的研究范圍，而應該對學生綜合能力進行考察，這就需要一個多元化和標準化的考核方式。在機器人實驗中，學生以小組為單位，互相配合實驗，在考核過程中，學生在實驗中的過程考評應該占到非常重要的地位。為了避免教師的主觀影響，學生應該進行互評，將學生互相之間的評價納入考核方法。
2結語
機器人實驗室范文6
當今時代，機器人已成為衡量現代科技水平的重要標準。美國、日本等經濟發達國家一直很重視機器人教育。在我國，北京和上海是國內最先開始進行機器人教育的地區。2000年，北京市景山學校在信息技術課程中加入了機器人課程模塊，之后便開始了機器人教學。緊隨其后，上海的幾所學校在2001年也開設了機器人校本課程。在2012年的高中信息技術課程標準討論稿中，各學段都增加了與機器人相關的教學模塊。機器人課程在我國的高中課堂就此展開，我國的機器人教育也步入了大眾化、普及化的新階段。
課程實施概況
以江蘇省為例，高中的機器人課程多以校本課程和課外社團形式開設，并未作為必修要求。因此，開設該課程的學校較少，僅限于幾所重點高中。開設對象主要針對高一學生，有些會擴展到高二。學生自愿報名，對學生之前是否學習過機器人知識不作要求。沒有全省材，多為校本教材或教師自己編寫的講義。輔導機器人課程的教師學科背景復雜，既有信息技術教師、通用技術教師，也有物理教師、化學教師等。開設機器人教學的目的以參加各種機器人比賽獲得獎項為主。
課程實施意義
1.培養動手能力，提高思維品質
一個完整的機器人項目包括搭建和編程兩大部分。多數機器人的搭建是按照功能要求對現成塑料零件進行拼裝，還有一些是需要對原始鋼制材料進行切割打磨自制零件再組裝，才能完成。在拼裝機器人的過程中既要考慮到功能的實現，還要考慮到機器人整體的穩定性及牢固性。機器人搭建完成后，還需要對其編程來實現各種任務。在程序編制過程中，要考慮諸多因素，往往沒有統一的解決方案，即使是事先編制好的程序，到了比賽場地也要結合比賽場地的實際進行調整。機器人搭建與編程不僅能鍛煉學生的動手能力，而且有助于培養他們的縝密思維。
2.學習團隊協作，加強溝通能力
機器人項目較復雜，往往不是一個人就能夠順利完成的，既精于搭建又擅長編程的隊員是很罕見的。很多機器人比賽也是要求團隊參賽，團隊中有的擅長搭建，有的則主攻編程；有些需要去英語國家比賽的參賽團隊還需要英語口語非常好的隊員。筆者通過調查訪談發現，高中機器人社團等也都會組建相應的任務小組，很多機器人小組都是學生自我管理的，指導教師并不全程參與輔導，只是在學生需要時提供幫助。機器人小組的活動時間、內容、規則等往往是學生自己溝通制訂，小組成員在交流磨合的過程中能夠鍛煉表達能力和耐挫能力，這樣的培養模式極大地提高了學生的團隊協作能力。比賽成績好的小組往往都分工明確、配合默契，有著巨大的集體凝聚力。
3.體驗先進科技，增強科學素養
機器人技術是比較前端的科技，涉及數學、機械、仿生、材料、電子、軟件工程、人工智能等多種學科。學生在學習機器人時可以接觸到各種學科的前沿知識，也可以對各種學科的研究方法進行了解，這樣既有助于進一步增強對某一學科的研究興趣，有利于拓展視野、培養綜合科學素養，又有利于盡早確立自身的發展方向。
4.針對解決問題，促進主動學習
目前的機器人課程大多是以任務驅動方式來開展的。無論是準備相關比賽還是進行日常學習，往往都是先明確了一個要解決的問題，然后再思考如何制造一個機器人去解決。謀冉匣礎的搭建一個仿真的電動伸縮門到比較高端的制造一個投籃機器人，這些都屬于問題驅動的類型。與傳統課堂的學科學習不同，學生在機器人課程中不是按部就班地先學習理論再完成實踐，而是針對要解決的問題去學習所需要的相關學科知識以尋求解決辦法，在不斷試誤中尋求答案。這種學習方式極大地調動了學生的求知欲與主動性，學習也更加有效。
課程實施存在的問題及解決策略
筆者通過調查訪談發現，越來越多的學校準備開設機器人課程，教育管理部門正在逐漸重視機器人教育并加大對該課程的投入，社會各界也在從各方面支持機器人課程，盡力提高機器人課程的普及度。總體而言，機器人教育的發展趨勢還是樂觀的，但也存在一些問題。
1.存在的問題
（1）學習對象小眾化，普及力度不夠
由于高考的壓力，參與機器人課程的高中學生以高一學生為主，由于學生普遍認為機器人課程比較高端很難學習，所以參與的人數普遍較少，經常不及年級總人數的三成。學生一般都是自愿選擇，而且參加學習的男生人數遠多于女生。參加學習的學生中原有機器人知識水平參差不齊，但是多數都為零起點，學校方面大多會提前動員，對學生的已有水平也不怎么做要求。學生大多認為參加機器人學習就是為了參加比賽獲得獎項以提高升入大學的幾率，因此在參加學習的學生中也不乏以拿證書為目的的。加之機器人器材較為昂貴、占用時間較多且不固定、比賽不容易出成績等因素導致支持學生學習的家長也很少。
（2）課程目標不統一，培養方向偏差
目前，大多數高中在教學時參照的是2003年頒布的《普通高中技術領域課程標準（實驗稿）》，該標準在“信息技術”部分設立的選修模塊“算法與程序設計”和“人工智能初步”都與智能機器人相關，“通用技術”部分還設置了“簡易機器人制作”的選修模塊，課標對學生的要求雖然比較低，卻為機器人課程的大眾化奠定了基礎。2012年，專家委員會對信息技術的課程標準進行了調整，將智能機器人課程正式列入教學內容并提前到義務教育階段以拓展模塊開展。機器人課程進入課標是順應時代科技進步的變化，應該仍然以著重培養學生良好的信息素養為目的，但是目前許多高中的機器人課程都是以比賽獲獎為主要目的，教學開展與學生選拔都是以比賽為中心，學生對機器人的認識也僅限于知道幾種比賽機器人的名稱。這樣的培養目標未免太功利化。
（3）開展情況不均衡，師資力量缺乏
由于機器人相關器材比較昂貴、技術較為高端，有條件開展的學校不多。盡管有的學校購買了器材，但是由于缺乏師資，器材成了擺設。目前，大多數培養師范生的高校都沒有相應課程開設，新手教師在這方面的知識幾乎為零，在職教師中也難有“全才”。某高中負責機器人培訓的教師由信息技術教師、通用技術教師和物理教師組成，有的擅長編程，有的擅長搭建。培訓教材也沒有統一的規范，有的學校甚至只用廠家說明書進行教學。由于師資缺乏，很多學校存在教練員與裁判員由一人兼任的現象。
2.解決策略
（1）加大宣傳力度，提高認識水平
機器人項目包含多種學科技術，是貼近科學技術前沿的高端項目。大眾對它的了解還很有限，也很片面。目前很多有關機器人課程的宣傳無非是展示學生作品及參賽獲獎情況，這樣的宣傳給人的感覺就是機器人課程很高端、很復雜，不好學。因此，學校、相關學術機構及管理部門應利用多種渠道宣講機器人課程的開設意義，要讓學校、學生及家長了解機器人課程是一門綜合性的課程，既適合男生也適合女生，能全方位地鍛煉學生的多種能力。
（2）爭取多方投入，降低開設成本
機器人器材價格昂貴一直是機器人課程開設的瓶頸。以FLL器材為例，完整的一套器材包括配件價格大概在五千元至六千元。但是機器人器材品種繁多，不同比賽使用的器材也不相同，要參加不同的比賽，就必須購買多套器材。面對經費問題，學校可以考慮多種解決渠道，如課題經費、學生自購、校友捐贈、廠家贊助、校區共享等。當然，更要強調做好器材的保護及管理工作，以保證器材的循環使用，對器材的分類管理本身也能培養學生的資源管理能力。
（3）加強師資培訓，建立統一標準
機器人課程是新興課程，師資力量嚴重不足，相關部門應結合各方力量重視對師資力量的建設。首先，專家應對機器人的教學內容進行科學合理地分析，做好教學設計，制定規范的教學標準與要求，給師范生開設相關課程，提早普及。其次，中學管理層在重視機器人課程時要切實重視教學質量，積極關注教師的培訓，加強與師范院校的聯系，加強校際交流與合作，促進相關教師的成長。最后，盡早制訂科學系統的機器人教練員及裁判員考核評價機制，規范培養師資力量，做到持證上崗。
