時間：2022-09-27 10:14:21
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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篇機器人技術論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
機器人技術教育是指圍繞機器人而開展的教與學活動，幼兒到成人都可以是教育對象，它以多視角、多樣化的教學模式，達到寓教于樂的教育目的。機器人技術教育的內容，并不受限于傳統的教學模式。以機器人作為教學活動的載體，不僅可以使教學具有科技含量，提升學生的學習興趣，還能培養學生的創新精神、綜合實踐能力和協作能力。當然，在近年來的各類科技活動項目中，與機器人有關的項目不算很多，關于機器人的創新教學，還處于初級階段。因此，探究怎樣通過機器人教學提高學生的創新能力，是現階段最迫切需要解決的問題之一。
1.機器人技術教育的意義
提升學生的創新能力創新能力作為一個國家、民族進步和繁榮的動力，在當今社會，其價值不言而喻。我國的傳統應試教育模式已被質疑多年，每年培養出的人才雖然在數量上遠超西方一些國家，但其質量參差不齊，尤其是在創新能力方面不能盡如人意。盡管近幾年一直在提倡素質教育，卻仍然無法改變現狀。因此，學生創新能力的培養至關重要。隨著機器人教育活動日益普及，它在培養青少年創造力過程中凸顯的優勢已受到各界關注。機器人教育圍繞學生因材施教，教師只扮演引導者的作用，傳授最基本的理論知識，剩下的需要學生通過動手實踐來獲取新的知識和信息。對于一些問題，學生必須給出自己的創新解決方案，這樣可以培養學生的創造性思維能力。
2.提高學生的學習動機和興趣
愛因斯坦說過：“對一切來說，只有熱愛才是最好的老師，它遠遠勝過責任感。”這表明了興趣的培養對于學習的重要性。因為有興趣，所以會專注，學生學習效率的高低在很大程度上取決于是否有學習興趣。機器人技術可以提高學生的學習興趣，并改變傳統的教育模式和理念，以玩帶學，在娛樂中、在好奇心的驅使下，讓學生主動去學習。
3.增強團隊合作意識
機器人競賽活動所需要的知識相當廣泛，完成這個任務需要讓學生分成組，由組內成員一同探索學習。如果某一成員有了新發現，大家可以一起分享、討論、協商，共同進步和學習，組與組之間進行比拼。這其實就是團體之間的競爭。學生在團隊精神的作用下，能夠學會相互關心、相互幫助，并且在此過程中產生關心團隊的責任意識，學會自覺維護團隊的集體榮譽，還學會了如何與人溝通、相處、包容，以及約束自己的行為。采用這種培養方式，是讓學生在實踐中去學習，用心去感受，這種教育模式相比傳統的口頭說教更具有效果。
二、開展機器人技術創新教育的有效途徑和方法
1.開設相關課程補充專業知識
可以采取多種形式相互結合的方式補充相關專業知識。并且針對不同基礎的學生，可以開設不同的班型，課程包含一些必要的、基礎的專業知識，從機器人發展史到專業術語，以及機械方面的內容，循序漸進，由易到難。為了使學生們便于理解和學習，建議理論課學習結束后開始一些簡單的實驗課程來提高孩子們的動手實踐能力。
2.提高授課人的相關能力
機器人課程的開設有別于其他課程，因為這門課程涉及的知識面很廣，跨越多個相關專業。因此，這門課程的考核評估辦法也要區別于其他傳統課程。機器人課程的開設，首先要求教師要明確自己課程的目標、內容，以及相關課程的組織實施、課程評估。機器人課程需要學生學習的知識量大且范圍廣，這就需要授課教師時刻追蹤相關課程內容的變化更新，并做好相關課程規劃，要了解學生參與課程的程度，并及時根據教學實際調整傳授方法。因此，課程開設后，授課人會面臨一些新的教學觀念、材料和策略的挑戰。這就需要教師的授課能力（包含制訂課程目標、明確課程內容、課程組織實施、課程評估等4個方面的能力）有全面地提高。
3.開展機器人競賽活動
關鍵詞：上肢康復訓練機器人 青島大學碩士開題報告范文 青島論文 開題報告
一、 選題的目的和意義
據統計,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，進而對日常的生活產生了種種不利的影響。此外，由于各種疾病而引起的肢體運動性障礙的病人也在顯著增加，與之相對的是通過人工或簡單的醫療設備進行的康復理療已經遠不能滿足患者的要求。隨著國民經濟的發展，這個特殊群體已得到更多人的關注，治療康復和服務于他們的產品技術和質量也在相應地提高，因此服務于四肢的康復機器人的研究和應用有著廣闊的發展前景。
目前世界上手功能康復機器人的研究出于剛起步狀態，各種機器人產品更是少之又少，在國內該領域中尚處于空白狀態，臨床應用任重而道遠，因此對手功能康復機器人的研究有廣闊的應用前景和重要的科學意義。
目前大多數手功能康復設備存在以下一些問題：康復訓練過程中，缺乏對關節位置、關節速度的觀測和康復力的柔順控制，安全性能有待提高;大多數手功能康復設備沒有拇指的參與;感知功能差，對康復治療過程的力位信息和康復效果不能建立起有效地評價。本課題針對以上問題，采用氣動人工肌肉驅動的手指康復訓練機器人實現手指康復訓練的多自由度運動，不僅降低了設備成本，更重要的是提高了系統對人類自身的安全性和柔順性，且具有體積小，運動的強度和速度易調整等特點。
課題的研究思想符合實際國情和康復機器人對系統柔順性、安全性、輕巧性的高要求 。它將機器人技術應用于患者的手部運動功能康復，研究一種柔順舒適、可穿戴的手功能康復機器人，輔助患者完成手部運動功能的重復訓練，其輕便經濟、穿卸方便，尤其適于家庭使用，既可為患者提供有效的康復訓練，又不增加臨床醫療人員的負擔和衛生保健。
綜上所述，氣動人工肌肉驅動手指康復訓練機器人的設計是氣壓驅動與機器人技術相結合在康復醫學領域內的新應用，具有重要的科學意義。
二、 國內外研究動態
2.1 國外研究動態
美國是研究氣動肌肉機構最多的國家，主要集中在大學。
華盛頓大學的生物機器人實驗室從生物學角度對氣動肌肉的特性作了深入研究，從等效做功角度建模，并進行失效機理分析，制作力假肢和仿人手臂用于脊椎反射運動控制研究。
vanderbilt 大學認知機器人實驗室(cognitive robotics lab, crl)研制了首個采用氣動肌肉驅動的爬墻機器人，并應用于驅動智能機器人(intelligent soft-arm control, isac)的手臂。
伊利諾伊大學香檳分校的貝克曼研究所對圖像定位的5自由度soft arm 機械手采用神經網絡進行高精度位置控制和軌跡規劃。亞利桑那州立大學設計了并聯彈簧的新結構氣動肌肉驅動器，可以同時得到收縮力和推力，并與工業界合作開發了多種用于不同部位肌肉康復訓練的小型醫療設備。
英國salford 大學高級機器人研究中心對氣動肌肉的應用作了長期的系統研究，開發了用于核工業的操作手、靈巧手、仿人手臂以及便攜式氣源和集成化氣動肌肉，目前正在研究10 自由度的下肢外骨骼以及仿人手的遠程控制。
法國國立應用科學學院(instituted national dissidences appliqués, insa)研究了氣動肌肉的動靜態性能和多種控制策略，目前正在研制新型驅動源的人工肌肉以及在遠程醫療上的應用。
比利時布魯塞爾自由大學制作了新型的折疊式氣動肌肉用于驅動兩足步行機器人，實現了運動控制。
日本bridgestone 公司在rubber tauter 之后又發明了多種不同結構的氣動肌肉。德國festoon 公司發明了適合工業應用的氣動肌腱fluidic muscle，壽命可達1000萬次以上，同時還對氣動肌肉的應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的仿人手。美國的kinetic muscles 公司與亞利桑那州立大學合作開發了多種用于肌肉康復訓練的小型醫療設備。
lilly采用基于滑動模的參數自適應控制策略，實現了單氣動肌肉驅動的關節位置控制。
2.2 國內研究動態
自20 世紀90 年代以來，我國陸續開始了氣動肌肉的研究。
北京航空航天大學的宗光華較早開始氣動肌肉的研究，分析了其非線性特性、橡膠管彈性及其自身摩擦對驅動模型的影響，并應用于五連桿并聯機構，通過剛度調節實現柔順控制。
上海交通大學的田社平等運用零極點配置自適應預測控制、非線性逆系統控制以及基于神經網絡方法，實現單自由度關節的快速、高精度位置控制。
哈爾濱工業大學的王祖溫等分析了氣動肌肉結構參數對性能的影響、氣動肌肉的靜動態剛度特性以及與生物肌肉的比較，提出將氣動肌肉等效為變剛度彈簧，設計了氣動肌肉驅動的具有4 自由度的仿人手臂、外骨骼式力反饋數據手套和6 足機器人，采用輸入整形法解決關節階躍響應殘余震蕩問題。
北京理工大學的彭光正等先后進行了單根人工肌肉、單個運動關節以及3 自由度球面并聯機器人的位置及力控制，采用了模糊控制、神經網絡等多種智能控制算法，并設計了6 足爬行機器人和17 自由度仿人五指靈巧手。
哈爾濱工業大學氣動中心的隋立明博士也通過實驗得到了氣動人工肌肉的一個更簡潔的修正模型和經驗公式并對兩根氣動人工肌肉組成的一個簡單關節系統進行實驗建模和采用位置閉環的控制方法進一步驗證氣動人工肌肉的模型。
上海交通大學的林良明也對氣動人工肌肉的軌跡學習控制進行了仿真研究給出了學習的收斂性的初步結論為下一步的學習控制奠定了基礎。其中田社平通過對氣動人工肌肉收縮在頻率域上的數學模型并對它的結構及其靜動態特性進行了理論分析建立了相應的靜態力學方程。
2003年付大鵬等，以機械手抓取物體為分析對象，采用矩陣法來描述機械手的運動學和動力學問題，以四階方陣變換三維空間點的齊次坐標為基礎，將運動、變換和映射與矩陣計算聯系起來建立了機械手的運動數學模型，并提出了機械手運動系統優化設計的新方法，這種方法對機械手的精密設計和計算具有普遍適用意義。
2005年車仁煒，呂廣明，陸念力對5自由度的康復機械手進行了動力學分析，將等效有限元的方法應用到開式的5自由度的康復機械手的動力分析中，這種方法比傳統的分析方法建模效率高、簡單快捷，極其適合現代計算機的發展，的除了機械臂的動力響應曲線，為機械手的優化設計及控制提供理論依據。
2008年北京聯合大學張麗霞，楊成志根據拿取非規則物品的任務要求，采用轉動機構和連桿機構相結合，設計了五指型機器手，手指彎曲電機與指間平衡電機耦合驅動，實現了機器手的多角度張開、抓握運動方式,對實用型仿人機器手的機構設計有參考意義。
2009年楊玉維等人對輪式懸架移動2連桿柔性機械手進行了動力學研究與仿真，。采用經典瑞利.里茲法和浮動坐標法描述機械手彈性變形與參考運動間的動力學耦合問題， 綜合利用拉格朗日原理和牛頓.歐拉方程并在笛卡爾坐標系下，以矩陣、矢量簡潔的形式構建了該移動柔性機械手系統的完整動力學模型并進行仿真。
2009年羅志增，顧培民研究設計了一種單電機驅動多指多關節機械手，能夠很好的實現靈巧、穩妥的抓取物體，這個機械手共有4指12個關節。每個手指有3個指節，由兩個平行四邊形的指節結構確保手指末端做平移運動，這種設計方案很好的實現了控制簡單、抓握可靠的目的。
從目前來看，國內對氣動人工肌肉的研究仍處于剛起步的階段。有關氣動人工肌肉的研究與國外還有相當的差距對氣動人工肌肉中的許多問題，還沒有進行深入的研究。此外，采用氣動人工肌肉作為機器人驅動器的研究還不成熟。
三、 主要研究內容和解決的主要問題
目前大多數手功能康復設備存在以下一些問題:康復訓練過程中，缺乏對關節位置、關節速度的觀測和康復力的柔順控制，安全性能有待提高;大多數手功能康復設備沒有拇指的參與;感知功能差，對康復治療過程的力位信息和康復效果不能建立起有效地評價。為此，課題主要研究內容：設計一種結構簡單，易于穿戴，并且安全、柔順、低成本，使用方便的氣動手功能康復設備。對氣動手指康復系統進行機構運動學分析、用mat lab軟件對康復訓練機器人的康復治療過程的力位信息進行仿真分析。
要實現上述的目標，系統中需要著重解決的關鍵技術有：
(1)基于已有上肢康復訓練機器人外骨骼機械手機械結構部分的設計，對手指康復訓練方法分析和提煉。 主要包括：人手部的手指彎曲抓握動作分析，氣壓驅動關節機構自由度的優化配置。使機械手能夠實現手指的彎曲、物體的抓握等手部癱瘓患者不能實現的動作。
(2)對機器人機械機構的運動學分析。主要包括：氣壓驅動的手指關節外骨骼機械機構的運動學分析。
(3)機器人機構的力位信息仿真。主要包括：用mat lab軟件進行機器人氣壓驅動終端的力位信息 仿真。
根據總體方案設計以及工作量的要求，外附骨骼機械手系統是上肢康復訓練機器人的一部分，本文主要是研究手指康復機械系統運動學、動力學分析工作。
四、論文工作計劃與方案
論文工作計劃安排：
2010年9月——2011年6月準備課題階段：
主要工作：學習當今最先進的機器人設計技術;學習用matlab軟件進行計算仿真及優化，查閱國內外的資料，對康復機械手作初步了解。
2011年7月——2011年9月課題前期階段
主要工作：課題方案設計，擬寫開題報告，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，根據已有上肢康復訓練機器人外骨骼機械手機械結構部分設計，對手指康復訓練方法分析和提煉。研究手指康復機械系統運動學、動力學分析工作。
2012年8月——2012年12月課題后期階段
主要工作：對手指康復機器人進行模擬仿真，對設計進行優化，并在此基礎上進一步完善課題。
2013年1月——2013年4月結束課題階段
主要工作：整理相關資料，撰寫論文，準備進行畢業論文答辯。
2013年5月——2013年6月論文答辯階段
主要工作方案：
1. 完成學位課與非學位課學習的同時，進行市場調研，對手指康復機械手作初步了解。
2. 查閱資料，了解氣動手指康復機器人的國內外發展現狀。
3. 分析已有上肢康復訓練機器人外骨骼機械手機械結構的部分設計。
4. 對現有手指康復訓練方法設計進行分析和提煉，分析其優缺點。
5. 開始具體設計工作。
【關鍵詞】水下機器人；視景仿真；運動模型；OGRE0.引言
發展海洋是新時代的必然趨勢，水下機器人對海洋開發、海洋調查測繪及相當多水下作業都有舉足輕重的作用。水下機器人系統的研究和開發中，仿真技術可以縮短其研制周期、提高研發質量和減少經費，避免因系統故障時導致其丟失的嚴重后果。三維視景仿真技術廣泛應用于軍事、航海、航空航天、游戲及醫療等領域，是集圖形學、圖像處理、模式識別、網絡等計算機技術高度發展的一門綜合性技術。
3Dmax與OGRE（Open-source Graphics Rendering Engine）是近年來得到迅速發展的嵌入Windows三維模型仿真技術。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，及Qt設計窗口，在Visual Studio2008環境下完成仿真。
首先配置好VS2008和OGRE開發環境，主要是一些插件和動態鏈接庫，定義OGRE將要使用的資源，選擇并設置渲染系統。通過初始化使用一些資源，并用這些建立一個場景，啟動渲染循環。
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器人建立時圖形仿真時用到了自由變形計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編譯執行寫好的虛擬現實代碼等來實現仿真，而且3D仿真大都需要進行碰撞檢測。為了設計窗口的方便可能運用MFC或其它工具來設計人機交互窗口，最終形成一個完整的仿真系統。
2.模型的建立
通過3Dmax所得到的水下機器人三維模型。
根據國際水池會議推薦，建立固定坐標系（慣性坐標系）和運動坐標系（附體坐標系）上圖的水下機器人也將按此坐標系[1]。
由于完整的六自由度運動方程具有極強的非線性和耦合性，所以需要我們進行解耦進而進行求解。對于方程的簡化與求解大多數專家并沒有給出，不過我們通常根據不同的水下機器人的形狀等特點來適當減少式中的未知量及個數，一般將各方向的運動都簡化為平面運動。簡化得到的方程式不但有的時候能讓我們更容易的得到未知量來實現仿真，而且對于水動力系數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的結果。
水動力模型相對復雜，最簡單就是力、力矩對速度、加速度、舵角等的一階偏導數即線性流體水動力導數。這里就不諸一列舉各項研究所用的水動力方程，水動力系數的選取與獲得現在一般是通過經驗公式、拖曳實驗及CFD技術。其中拖曳實驗應該是最準確的，但是它也受到實驗環境及未知因素的影響。CFD技術已經被張赫等人驗證了其具有一定的準確性[2]。
其中附加質量及附加質量所形成的力及力矩經常被放到質量矩陣里面。張赫也提過用面緣法來對慣性水動力系數進行估算。張曉頻采用現有的比較成熟的商業流體力學軟件FLUENT模擬潛水器的粘性繞流流場，模擬阻力試驗、斜航試驗和平面運動機構（PMM）試驗，求解操縱性水動力系數。建立多功能潛水器六自由度運動的數學模型，編寫仿真程序，預報其操縱性能[3]。
帶有均衡潛伏系統的數學模型的建立，推進器的推力模型，舵的水動力系數模型及升降系數模型，海流模型、海浪模型及帶纜的數學模型等。這些模型有的時候對仿真系統的仿真結果影響不大，有的時候卻是起到主要影響作用，因此我們要視情況而定以達到仿真的最佳效果。梁宵構建了舵、翼、槳聯合操縱的微小型水下機器人運動仿真系統，討論PDCE運動控制系統結構及主要組成部分并通過外場試驗來驗證其可行性及可靠性[4]。
3.視景仿真的應用
不論我們研究什么理論到最后都要進行試驗的驗證，仿真就是為了使得試驗更簡單，更直觀，風方便，甚至可以做到一些現實中無法做到的假設試驗。
張赫過定常流動和非定常流動這兩種情況進行不同試驗形式的模擬計算，在得到模擬結果的同時，給出相應循環水槽試驗結果，最后做出對比結果的分析。其中定常運動包括模擬直航試驗和模擬斜航試驗，非定常試驗包括模擬平面運動機構進行的五種操縱性試驗。最后在結論分析中對上述三種數值計算方法進行了總體的比較和分析，并由試驗結果給出了用于建立潛水器空間運動方程的各個系數。為了我們的研究需要，可以發揮我們自己的想象合理的去做仿真試驗，會得到意想不到的好處與突破創新。
4.結論
建立了動力學模型，研究了對象的水動力性能，得到運動方程所需的水動力、重力、浮力、推進器作用力等，并在此基礎上建立了以推進器為主要操縱方式的運動仿真系統，對水下機器人的運動完成視景仿真，得到視景仿真的效果圖。我們不但可以做不同的試驗來獲得水下機器人的操縱性能、適航性及受力變化情況，還可以此來對其進行結構上分析與設計。之后我們還可以將水下機器人的高度智能化進行視景仿真來驗證與設計。還可以對某些重要的系數進行參數識別的仿真實驗，還要繼續加強視景仿真的真實性，來適應需求更高的仿真。 [科]
【參考文獻】
[1]賈欣樂，楊延生.船舶運動數學模型.大連海事大學出版社，1999.
[2]張曉頻.多功能潛水其操縱性能與運動仿真研究.哈爾濱工程大學碩士學位論文，2008.
“多媒體設備與網絡”支撐下的教學模式優化“一支粉筆、一塊黑板”的教學模式,這種教育裝備的飛速發展是人所共知的。但提高學生動手實踐能力、科技創新能力所必需的教育裝備也是十分重要和緊迫的,這一點并未被廣泛了解或引起重視。
建立“創新型國家”是我們的國策;“科學技術是第一生產力”是多年前已經形成的共同認識;培養創新型人才是素質教育改革的一個重要方面。很多理由讓我們了解到,為中小學生提供豐富的動手實踐、科技創新的現代化技術裝備也應是提高中小學裝備的重點。
實際上,經過近幾年努力,普通中小學在這方面也有飛速發展。以本人所在的北京市昌平區前鋒學校為例。服務于“動手實踐、科技創新”的教育裝備每年都在增加。現在,這些技術裝備已經初步形成系列,可以很好地為學生提供動手實踐、科技創新方面提供硬件支撐。
以“機器人”為例。2003年,前鋒學校自己用6萬元購置了紫光機器人套裝。此后,每年都投入一部分財力,補充器材。2009年更是利用市教委的專款購置了兩種共計25套現在主流的機器人教育套裝。有了這些硬件的支撐,前鋒學校從2003年開始,就在本校的小學、初中、高中分別成立興趣小組,開展了機器人活動。也就是從2003年開始,前鋒學校機器人興趣小組的學生一次獲得全國二等獎,三次獲北京市一等獎,多人次獲市、區級其它獎項。隨著在最近幾年機器人硬件數量、質量的增加以及活動經驗的積累,前鋒學校將機器人開設成科技類校本課程,使更多的學生有機會體會現代技術魅力,有機會動手搭建機器人、體驗程序控制機器人、進行機器人創新設計。
以輔導學生“科技創新”為例。我們知道創造潛能越早越容易激發,在學生時代進行小發明、小制作、小研究有助于將來他們成為科技方面的專家、學者,成為有突出貢獻的創新型人才。前鋒學校很早就認識到這一點。從2000年購置模型制作工具、海模、航模模型開始,每年都有計劃地添置工具、設備、儀表提高設計、制作、加工方面的水平。2005年北京市科協、教委在前鋒學校設立了“動手做俱樂部”;2008年,上級在前鋒學校建設了“數字化實驗室”;2009年,前鋒學校利用市教委的專項資金購置了太陽能電池板80塊、遙控與接收機10套、曲線鋸10套、風速計等多種用于學生創新與實踐的裝備。在這此硬件的支持下,很多學生都在教師的輔導下利用學校的工具、設備、專用實驗室進行科技創新,每年都產生多項科技小論文、科技小發明。在北京市青少年科技創新大賽中,前鋒學校的學生有多次獲得二等獎、三等獎。在活動中也有很多學生動手制作的東西;實驗的研究結論并不先進不能獲獎,有的甚至是幼稚的、錯誤的。但這些小發明、小論文對于他們的成長、成材是一個重要的開端。所以鋒學校提供這么多的人力、裝備用于學生的科技創新,目的不是一定要獲獎,而是要使更多的孩子,更早的接觸創新、更早的激發創造潛能。
以前教過初、高中物理、輔導過學生科技活動。最近兩年,本人教“通用技術”這門課程。由于有輔導科技活動的經歷,我深刻感到開設“通用技術”這門課是認識上的一個突破,具有里程碑的意義。從2008年開始,用很短的幾個月的時間,上級部門為前鋒學校配備了通用技術4個實驗室的裝備。小到鉗子、扳手,大到激光雕刻機、數控機床應有盡有,配備速度之快、力度之大前所未有。
這體現了,從上到下認識到:中小學不僅要重視科學課程也要重視技術課程,既要重視培養學生科學素養,也要重視學生技術素養。這種認識、這種決心使得通用技術裝備基本上一步到位。由于“通用技術”裝備到位,前鋒學校能夠立即開設通用技術課,前鋒學校的學生能夠立即接受到“技術設計1”、“技術設計2”等課程,能夠利用“通用技術”裝備動手實踐技術設計、體驗技術理念。
關鍵詞：機器人 奇異點 奇異路徑
中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（a）-0038-02
風洞是在符合一定設計要求的管道系統內用動力裝置控制管道內的氣流，采用風洞模型支撐系統[1]。風洞并聯模型支撐系統具有剛度大、承載能力強、誤差小、精度高、自重負荷比小、動力性能好、控制容易等優點，正引起世界各國研究人員的濃厚興趣[2]。要使得并聯支撐在各行各業得到廣泛的應用，需要對機構進一步的研究，其中包括奇異性分析[3]。目前，一般的并聯機構的奇異位形的研究，到目前為止仍沒有一個非常通用的方法。黃真[4]等學者采用的速度雅克比矩陣與力雅克比矩陣互為轉置的關系，對奇異位形進行研究。本文也采用此種方法研究奇異位置處的運動可控性，從而提高并聯機構的性能。
1 風洞4_PUS并聯機器人機構簡化模型
風洞4_PUS并聯機器人機構簡化模型如圖（1）所示，該機構由直線導軌、四個帶有直線電機的滑塊、四個拉桿、動平臺組成。四個拉桿的上端通過虎克鉸與滑塊相聯；下端通過球鉸與位于動平臺對稱的四個端點、、、相聯。直線導軌位于、所在的直線上，四個滑塊由直線電機驅動沿著直線導軌運動，從而實現模型的位姿變換。
由空間機構學理論可知，運動機構的構件數，所有運動構件數之間的運動副總數，由球鉸數為4，虎克鉸數為4，移動副數為4，轉動副數為4，故運動副的相對自由度，則：
即本機構的自由度數為4個。這四個自由度分別為繞X軸的轉動、繞Y軸的轉動、沿X軸的移動、沿Z軸的移動。
2 奇異位置分析
2.1 四自由度并聯機器人力雅克比矩陣
本文所研究的四自由度并聯機器人的機構的桿的兩端的運動副均為球面副，機構動平臺的驅動力矢經過上下球面副的中心，因此可以運用螺旋理論建立機構平衡方程。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，分析動平臺的受力情況，4個拉桿上的力螺旋之和應與動平臺的四維廣義力平衡，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，為動平臺上作用力的主矢，為動平臺上的主矩。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。
（3）
依據受力平衡可求得：
（4）
單位矢量的偶部可表示為： （5）
由（2）～（5）可得4_PUS并聯支撐機器人的力雅可比矩陣為：
（6）
2.2 奇異位置分析
依據機構學中的重要定律：速度雅克比矩陣與力雅克比矩陣互為轉置。當秩小于4時，機構發生奇異，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，機構發生奇異。動平臺的尺寸可以得到動平臺與拉桿連接點在靜坐標系中的坐標值如下：
（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時取負值。因此發生此種奇異時必有，，或。故這三個條件是判斷該類奇異是否發生的充分條件。
3 路徑優化
以支鏈1為例進行路徑優化，動平臺鉸點在全局坐標系中的位置可表示為：
（11）
由充分條件可以得出，點在動平臺運動的過程中經過或者接近點時，隨著工作空間的變化，導致位姿軌跡變化呈現間斷式跳躍。要滿足點的位姿軌跡經過或者接近，且位姿軌跡能夠連續運動，故引入優化方程：
設為所引起的奇異點，設為以為中心、半徑為R的微小體積域，當R很小且對位姿路徑精度影響不大能夠連續的運動，，建立的優化方程如下：
（12）
顯然當R越小時，位姿路徑精度越高，若要滿足最小位姿路徑，則應該從方程（12）中選取球面的其中一條軌跡。球面上，球心對稱的兩點最短軌跡為半圓。過點作法向量的方程，則：
，
（13）
過點法平面向量為的空間平面方程為（動點為）：
（14）
將（12）式和（14）式聯立可得到最優路徑軌跡。
4 結語
該文提出了一種新型的風洞4_PUS并聯機器人機構簡化模型，并在此基礎上對其奇異位置進行了分析，然后對風洞四自由度并聯機器人奇異位形進行了研究，對四自由度并聯機器人的路徑優化，使得可以按照指定的位姿路徑運動，并建立相關的優化方程，用MATLAB仿真出優化路徑的軌跡（圖2）。
參考文獻
[1] 張浩.六自由度并聯風洞模型支撐系統機構優化[D].清華大學碩士學位論文，2011.
[2] 戰培國.國外風洞試驗的新機制、新概念、新技術[J].流體力學實驗與測量，2004，18（4）：2-6.
【關鍵詞】三輪全向機器人 運動控制 軌跡跟蹤 無刷直流電機
一、背景
三輪全向移動機器人以其全方位的移動方式在工業、醫藥等領域有著普遍的應用，其運動的相關特性和控制技術也日臻完善。本文從削減硬件電路的角度出發，僅靠簡單的比例控制使其運動特性及軌跡跟蹤獲得良好效果。
二、原理介紹
（一）三輪全向移動機器人模型
三輪全向移動機器人其驅動輪由三個全向輪組成，徑向對稱安裝，各輪互成120°角，滾柱垂直于各主輪。三個全向輪的大小和質量完全相同，而且由性能相同的電機驅動。
（二）三輪全向移動機器人運動學模型
（三）三輪全向移動機器人運動系統控制：
圖 2基于運動學模型的分層控制框圖
圖2所示的是機器人運動學模型的分層控制系統框架，主要是分為上下兩層分別是機器人運動學模型的運動控制以及驅動電機轉速控制。上層主要是對機器人運動學控制器轉達機器人相關的速度、基本信息的考慮，所以一般而言它是不需要考慮動力學特征的，下層的驅動電機轉速控制相對上層控制器是透明的。在模塊開發上面這兩層是可以區別開來的，可以分別進行開發，這樣就可以運用模塊的形式進行開發，有利于節省時間提高效率，同時一定程度上也提高機器的整體的狀態，減輕設計難度，有利于控制算法的更新。
三、模型建立
（一）電機轉速模型和輸入曲線生成模型的建立
在進行控制器設計之前，首先要對電機建模，這里選用的是瑞士的MAXON公司的無刷直流電機EC-4pole 30（ order number 305014）。
1.無刷直流電機的數學模型，其等效電路如圖3所示：
圖3 無刷直流電機等效電路圖
三相（無中線）無刷直流電機的瞬態電壓方程：
然后根據無刷直流電機的特性可以得出以下三個方程：
電壓方程：
轉矩方程：
運動方程：
2.Matlab的建模實現
Matlab的建模實際上就是以上公式得仿真實現，根據模塊化建模思想，將控制系統分割為各個功能獨立的子模塊，主要包括：電機本體模塊、反電動勢構造模塊、邏輯換相模塊。
3.無刷直流電機仿真模型的驗證
（二）運動學模塊的建立
（三）機器人運動圖像的輸出
（四）控制器的設計
在設計控制器時我們沒有考慮底層控制器，直接由控制器產生電壓的信號輸出。在實際應用中由于底層控制器與驅動電機的電路相連，底層控制器往往會因為電機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電機進行控制。
以下是完整的simulink控制框圖：
參考文獻：
機器人競賽
機器人競賽是一項很好的科技創新活動，形式繁多，內容豐富。設計方案的開放性，也為學生的創新奠定了基礎。參賽者可以用不同的方法實現同一個項目，通過比賽，激發其對機器人的學習興趣，引導他們積極探索機器人新科技，為其自主創新能力的培養提供良好的平臺。中國機器人大賽暨RoboCup公開賽：1999年，在RoboCup國際委員的支持和授權下，首屆中國機器人大賽暨RoboCup公開賽在中國重慶舉辦，目前是中國機器人最具影響力的賽事，比賽共設立12類65項賽事。機器人競賽種類多、規模大、水平高，為大學生進行創新實踐活動提供了很好的平臺?！拔磥砘锇椤北袊悄軝C器人大賽（暨國際機器人滅火比賽中國賽區選拔賽），是中國人工智能機器人專業委員會等多個單位主辦的一項全國性賽事。大賽包含機器人救火大賽、機器人足球比賽、機器人創新大賽、機器人搜救大賽、機器人擂臺賽和機器人舞蹈戲劇大賽等6個主題項目。其中機器人救火大賽是國際賽制機器人滅火比賽（暨國際機器人滅火比賽中國賽區選拔賽）?！帮w思卡爾”杯全國大學生智能汽車競賽，由教育部委托高等學校自動化專業教學指導分委員會主辦。競賽分競速賽與創意賽兩類比賽。自2006年首次舉辦以來，“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車競賽已經成功舉辦了6屆。
機器人實踐教學的具體實施
機器人競賽、創新實踐是一項很好的科技創新活動，機器人的趣味性易于激發學生學習和研究的興趣，同時將創新實踐、競賽引入教學過程，使學生變被動學習為主動學習和研究?！皺C器人項目教學法”的一般教學結構如圖1所示：“項目教學法”最顯著的特點是“以項目為主線、教師為引導、學生為主體”，改變了以往“教師講，學生聽”被動的教學模式，創造了學生主動參與、自主協作、探索創新的新型教學模式。本文以參加2012年中國機器人大賽暨RoboCup公開賽的醫療與服務機器人組的項目為例，在比賽初期確定人員，將不同專業和不同年級的學生組成一個競賽小組，研究競賽規則、制定項目方案、機器人結構設計、電路設計、程序調試，學生分工合作，過程中集思廣益、取長補短、團結協作。這種在探索中學習的過程是其他教學環節無法實現的，對于培養學生的實踐創新能力非常重要。本文以一種醫療與服務機器人設計為導向的項目教學法，按照以下六個教學步驟進行：1.項目的申請根據學院參加機器人競賽的實際情況，中國機器人大賽暨RoboCup公開賽，作為全國最具影響力的機器人比賽。本學院主要參加了醫療服務機器人、機器人游中國、擂臺等機器人項目，學生可以針對感興趣的比賽項目，或者根據江蘇省高等學校大學生實踐創新訓練計劃，申報項目，填寫申請書。教師針對學生申報的項目，分析學生的實際情況，建議選擇項目規模和難度適中的項目。中國已經進入了老齡化社會，而且在今后幾年內老齡人口數量將會呈上升趨勢，老齡化將更加嚴重。老齡化使社會的勞動力減少，一些老年人不僅不能參加勞動，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的負擔。年輕人為了工作日益繁忙，在目前服務行業工作者稀缺的背景下，在醫院時不時會有行動不便的病人需要護士和家人的攙扶。而在沒有人幫助的情況下，行動不便的病人寸步難行，稍有不慎就有可能摔倒受傷。所以筆者建議學生選擇參加醫療與服務機器人創新設計與制作賽項，設計一種醫療服務機器人更好的服務病人。2.項目團隊的建立建立學生團隊，營造互相競爭、互相幫助的學習氛圍，學生在做項目過程中攜手合作，彌補相互間的不足，遇到問題大家一起討論解決，這讓學生體會到團隊的重要性，做到共同進步。同時，團隊的學生分工明確，每人負責項目的某一部分，使學生真正參與到項目中，整個項目的完成，離不開每一個學生，學生為使項目不會因為自己負責的部分沒有完成而主動學習，主動查資料，可以培養和提高學生的自主學習能力。學生團隊的建立，應考慮學生的專業，年紀，特長等因素。教師確定一名隊長，根據項目的特點，隊長可以自己招學生，實現學生管理學生。參加醫療與服務機器人創新設計與制作賽項，筆者選擇了5名學生，隊長由09級的一名學生擔任，該生組織能力比較強，專業能力也比較脫出，由他負責整個項目的進展，匯報工作。其他學生分別是1名2009級的，2名2010級的，1名2011級的，專業分別是自動化、測控、電氣。3.項目任務、計劃的制定團隊負責人制定機器人項目工作計劃，確定工作步驟。機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的智能儀器。本次設計的醫療服務機器人由小組討論決定，醫療服務機器人外形像輪椅，病人能夠獨自駕駛去化驗室拿取報告，去門診找醫生復診，降低護士工作量及病人家屬的負擔。為使醫療服務機器人更好的服務病人，該團隊為機器人設置了兩種模式：座椅模式和病床模式，免去了病人就診、休息時需要被移動到病床上的麻煩。機器人將現場鍵盤控制和遠程控制相結合，實現護士對病人的遠程監護，機器人在前進過程中，檢測到前方有障礙物時就會立刻停下，減少不必要的事故。同時機器人配備了機械手，可以幫助病人取物品，最大程度幫助病人。根據團隊中學生的專業、特長等分配任務，負責機器人機械結構設計的學生需要畫圖紙、電焊等來完成機器人結構的設計、機械手的設計；電路設計的學生制作包括單片機電路、電源穩壓電路、電機驅動電路、紅外避障電路、鍵盤輸入電路；測控專業的學生負責電路的測試、場地的制作等工作；程序編寫的學生，完成程序的設計、調試；控制界面的設計由另外一個學生負責，主要是VB編寫上位機、WIFI攝像頭的調試、藍牙通信的調試。根據機器人項目的特點，學生在制作過程中可適當地作一些調整。根據項目完成的時間確定工作步驟，進行時間分配。最終得到教師的認可才能執行。4.項目制作學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器人項目的作品成果形式多種多樣，可以是調查報告、實物模型、演講稿、論文等。通過展示作品成果，可反映學生在項目完成過程中所掌握的技能。本次設計的醫療服務機器人成果包括機器人模型一個、機器人設計與使用說明書一份、演講稿一份。在本項目比賽結束后，指導學生按照他們設計的醫療服務機器人撰寫論文、申請專利。5.項目檢查評估整個項目檢查評估采用答辯的形式向教師匯報，首先由隊長對整個項目進行匯報總結，再由隊員對自己負責的工作進行匯報和自我評估，并且對設計的醫療服務機器人進行展示，教師根據團隊成員的表現、研究成果表述和作品的展示進行檢查，為到現場比賽作準備。針對項目中出現的問題，師生共同討論，教師引導學生獨立思考問題，解決問題。學生通過對比師生評價結果，找出造成結果差異的原因6.項目資料歸檔或應用為使學生養成良好的習慣，項目結束后，教師監督學生將項目工作資料整理歸檔，材料包括項目申報書、進度表、機器人機械結構圖、程序設計流程、機器人控制程序、項目結項書、項目報告講義等。
機器人項目教學的成果
機器人創新實踐是一個綜合性、高難度的科技制作過程，有利于提高學生的動手能力和創新能力。在教師指導下，學生通過自己查閱資料、提出有創意的設計方案，選擇合適的元件，設計、焊接電路，編程、測試程序等，充分調動了學生的積極性，發揮學生的創造力，使學生在實踐中進一步提高自己的綜合能力。有助于將學生的興趣應用到教師的科研中，使學生們熱愛科技，投身科技，在學校形成良好的科技學術氣氛。本校參加機器人競賽源于2010年，當時參賽的賽事為“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車競賽、中國機器人大賽暨RoboCup公開賽、江蘇省機器人大賽、“未來伙伴”杯機器人競賽，并因此開設了機器人技術、機器人創新實踐與競賽等公共選修課；制定了《大學生創新實驗室項目負責制實施辦法》，針對項目采取一系列措施，保證學生能在項目的過程中鍛煉自己的能力，同時能保證創新實驗室項目的創新性。實踐教學效果顯著，本校代表隊在2012年第七屆“飛思卡爾”杯華東賽區比賽中，獲得攝像頭組第一名，晉級參加全國決賽的隊伍，獲得全國攝像頭組特等獎。2012年中國機器人大賽暨RoboCup公開賽獲得3項季軍，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器人滅火比賽。五、結論實踐教學的目標是培養學生通過實踐發現、分析和解決問題的能力，培養創新精神和初步的科學研究能力。機器人創新實踐活動以其高度的實踐性被越來越多的高校引入實踐教學。本校自動化學院機器人實踐教學的具體實施，促進了學院各學科綜合發展，提高了教師的理論、實踐教學水平和科研水平，使學生對機器人相關課程融會貫通，提高了學生自主學習、創新和團隊合作等綜合能力，推動了學院實踐教學體系的發展和完善。
本文作者：毛麗民劉叔軍李鑫戴梅工作單位：常熟理工學院電氣與自動化工程學院
關鍵詞：高職院校 工業機器人 課程建設 資源共享
課 題：本文系遼寧省現代遠程教育學會科研項目（2015XH01-23）研究成果。
在“中國制造2025”戰略背景下，機器人作為制造業先進方向的杰出代表，迎來了千載難逢的發展機會。為滿足現代企業對工業機器人技術人才的迫切需求，筆者院校開設了工業機器人課程，培養具備工業機器人現場編程、機器人自動線維護、工業機器人安裝調試和售后服務等典型崗位能力的專業技能型人才。
一、精選教學內容，豐富教學資源，實現精品資源共享課程建設目標
1.課程內容選取
依據“以服務為宗旨，以就業為導向”的職業教育發展目標，通過機器人企業調研，將工業機器人各行業典型工作崗位的技能要求進行分析和分類，找出與工業機器人知識體系的關聯性，對課程的教學內容進行編排和重組；精選了工業機器人入門、工業機器人基礎知識、工業機器人機械結構、工業機器人環境感覺技術、工業機器人控制系統、串聯機器人操作及應用、并聯機器人操作及應用七個典型項目。課程內容貼近生產崗位，體現“精練”和“實用”的特點，使學生能更快地掌握專業技術，更好地勝任崗位工作。
2.課程資源建設
課程資源庫集紙質、電子和網絡等多種資源于一體，包括教學指導文件、CAI課件、教學錄像、動畫資源、課程網站等要素。其中教學指導文件包括課程標準、授課計劃等，向學習者提供宏觀的學習指導，確定教學目標、基本教學內容、學習方法與步驟、教學進程安排等；在教學課件建設上，增強了CAI教學課件的美觀度和實用性，使其內容更豐富、制作更精美，在國內高職院校同類課程中居于前列。
教學錄像作為教材和課件的補充，使學生進一步加深對所學內容的理解，為此筆者學校錄制了六軸機器人點位運動、六軸機器人連續軌跡（直線、圓?。┻\動、機器視覺的應用等典型實操環節的課程錄像。在動畫資源建設中，建設了六軸機器人工作原理、圖像采集系統的工作原理、典型機器人氣壓、液壓驅動回路、機器人伺服系統的驅動及控制、搬運機器人工作站等豐富的二維、三維動畫資源。
精品資源共享課程網站中包括課程介紹、課程標準、教師信息、教學材料、課程通知、答疑討論、課程問卷調查、課程作業、試題試卷庫、在線測試、課程管理等欄目，該網站可供校際、校企間工業機器人課程的交流。
二、以職業崗位能力為中心，開發實訓項目，提高學生技能
筆者學?，F擁有工業機器人及智能視覺系統（型號：FD-MS01）單元設備1套。該系統能夠完成PLC編程與調試、工業機器人示教單元使用、工業機器人基本指令操作與位置點設置、工業機器人工件的跟蹤抓取、工業機器人成品組裝與入庫、工業機器人綜合應用、圖像識別系統的應用、機器視覺原理與技術等實訓內容。
通過理實一體化的教學實踐模式，使學生掌握典型工業機器人的機械結構、運動控制、軟件編程和離線仿真等環節，具備工業機器人系統分析的能力，能夠解決工業機器人現場運行時的各種故障及檢測與維修方法，能夠勝任工業機器人編程及調試、工業機器人項目管理、工業機器人及周邊維護工程師、工業機器人技術支持、工業機器人銷售等崗位的工作。
三、加強多元考核機制的構建，引入機器人職業技能認證項目
在課程的考核方式上，要突出機器人職業崗位能力，建立與“項目導向，任務驅動”教學模式對應的課程考核方案。在考核題目的設計上，選題要與企業的生產項目相對接，突出學生的能力檔次劃分，鼓勵學生的創新意識。此外要積極探索靈活多樣的考核方法，采用課程設計、論文撰寫、市場調研、項目開發與制作、技能競賽等與平時課堂表現相結合的考核方式，注重過程考核，使學生樹立素質教育的考試觀，促進學生個人能力的全面提高。此外，采用“雙證書”機制，引入機器人企業職業技能認證項目，在企業課堂、遠程教室、模擬車間組織教學，學生取得機器人企業頒發的職業技能證書方能畢業。
四、小結
關鍵詞：農業機器人；教學方案；教學目標；知識體系
中圖分類號：G642.1 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）46-0106-03
隨著現代機械和計算機技術的發展，形成了一個以作物栽培為基礎，以生物技術為先導，集機械化作業、自動化栽培設施、人工可控環境等尖端技術為一體的新型農業生產模式。為適應社會發展的需要，國內外農林類高校紛紛開設“農業機器人”課程，尤其在農業機械化及其自動化專業的諸多專業課中，“農業機器人”是農業機械領域最新技術水平的代表性課程，是機械設計、控制技術、測試技術、機電一體化技術等課程的集中體現和綜合運用，因此，開展“農業機器人”課程教學方案的研究和探討，快速培養適應21世紀現代農業機械發展趨勢的創新人才，對于改善傳統農業生產方式、促進現代農業的發展具有重要意義。本文針對我校相關專業本科和碩士專業人才培養目標和要求，分析“農業機器人”在專業課程體系中的定位和作用，研究農業機器人課程的知識模塊、教學目標、教學內容和考核方法，形成了一套適合本科和碩士研究生專業的教學方案。
一、課程目的和定位
“農業機器人”課程是浙江農林大學工程學院林業工程、農業機械化及其自動化和機械工程專業面向本科和研究生開設的一門專業核心前沿課程，它主要講述農業機器人的基本結構和農業機器人的應用實例兩大部分內容；通過分析農業生產系統的特點，讓學生了解目前各種農業機器人的特點、基本組成和應用狀況。其目的是使學生掌握目前世界各國用于農業生產中的各種機器人，把握農業生產系統中的高新技術，開拓視野，拓寬思路，為學生將來從事相關工作建立寬廣的知識結構和思維空間。本課程在農林類高校的大機械類專業、特別是在農業機械化及其自動化專業課程體系中既是諸多課程知識點（機械設計類、機電類、信息控制類）的集中體現和有機融合，又是后續畢業設計和畢業論文前期的直接專業訓練和前期預演，在學生綜合素質的培養和專業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、知識和評價體系
“農業機器人”課程知識體系基于現有正式出版的教材有：徐麗明主編，《生物生產系統機器人》，北京：中國農業大學出版社，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，《農業機器人（全2冊）》，第1版，中國農業大學出版社，2010；同時還有根據“農業機器人”課程教學小組近幾年的教學實踐而形成的教案。它由概論、農業機器人的基本組成、農業機器人的應用實例分析等循序漸進的幾部分內容組成，在知識的傳輸過程中穿插實踐環節教學，實踐環節的教學安排在“農業機器人實驗室”進行和到吉峰農機杭州分公司參觀，考核評價體系本科生和碩士生要求有所區別，“農業機器人”課程知識體系和評價體系如圖2所示。
三、教學要求和模式
“農業機器人”課程面向本科生和碩士研究生同時開設，課時分配、重點難點、目標要求、評價標準等均有所不同。本科生和研究生教學要求比較如表1所示。
四、教學成效
“農業機器人”課程教學方案通過2012、2013兩年的本科生和研究生的教學實踐，成效顯著，具體體現在以下幾方面，如表2所示。
“農業機器人”課程教學方案探討充分體現了以技能素質培養為導向的工程類高等人才辦學宗旨，其在課程目的和定位、知識和評價體系、教學要求和模式以及教學成效上，以應用為主的本科生和以科學研究為主的研究生均有所不同，但是，作為學校唯一的一支教學團隊，教學資源、教學內容等方面又幾乎一致，然而，通過2年的教學實踐，均取得了應有的效果。根據教師的科研活動和教學研究活動的深入開展，結合“農業機器人實驗室”的不斷建設，“農業機器人”課程的軟硬件基礎條件不斷完善，今年有望編寫出新的適合學校特色的“農業機器人”教材，“農業機器人”課程教學方案也將日益走向成熟。
參考文獻：
[1]徐麗明.生物生產系統機器人[M].北京：中國農業大學出版社，2009.
[2][日]近藤直，門田充司，野口伸共，著.農業機器人I·基礎與理論[M].喬軍，等，譯.北京：中國農業大學出版社，2009.
我是一名有著xxx年教齡的教師，中學教育一級職稱，來到xx中學任教之前，一直工作在xx中學。一下是我對自己多年從事教師工作的自我評價。
在xx年的教育教學實踐中，通過自己的努力和各學科老師的幫助，逐步形成了自己的教學風格，注重身教，師生相處和諧，有較強的課堂組織調控能力和課程創新能力。積極參加教科研活動，XX年參加了合肥市首批新課程改革試驗，并在省教科所體育教研組的帶領下，參與了國家級課題《xxxxxxxxx》的研究，榮獲國家二等獎，撰寫的論文中，《xxxx》一文發表在《xxxx》xxxx年第二期，《xxxxxx》在XX年合肥市電化教學論文評比中獲二等獎，《xxxxxxx》一文榮獲XX年度合肥中市區教育學會舉辦的教育教學論文評比二等獎。在學科競賽中，XX年獲合肥市首屆體育教師（初中組）基本功比賽一等獎，同年參加安徽省第二屆中小學體育教師教學基本功比賽，獲初中組個人總分二等獎。xxxx-xxxx年獲合肥市學校體育工作先進個人，XX年被xx區任命為首批“骨干教師”并保持至今，XX年獲合肥市電化教育（現代教育技術）工作先進個人。
四十三中學工作期間，除了從事體育教育工作之外，還擔任其他一些工作，也獲得了一些成績。自95年開始，一直擔任學校團委書記一職，親手創立的“中學生團?！痹趚xxx年獲得安徽省優秀中學生團校示范團校（當年合肥唯一），同年獲得安徽省中學共青團工作先進個人稱號；是合肥市第十二次團代會代表，也是安徽省第十一次團代會代表。擔任學?？萍蓟顒有〗M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器人競賽”優秀輔導員稱號，并獲得中學組創意賽二等獎輔導員獎；xxxx年獲安徽省青少年電腦機器人比賽第一名（領隊兼教練）；xxxx年x月，輔導學生參加合肥市第四屆中小學電腦制作初中組機器人競賽，榮獲合肥市初中組一等獎。
在體育專業上，我擅長籃球、排球和羽毛球；在素質拓展中，我曾參加過北大青鳥accp專業的學習，并獲得北大青鳥和國家勞動部聯合辦法的“初級軟件工程師”證書，比較精通網絡知識，側重于動態網站的建設和管理，能熟練運用office軟件和dreamweaver、flash等軟件，曾獨自為xx區司法局和組織部建立了單位網站。
在xx中學富有特色教育教學管理模式的熏陶下，在這溫馨和諧的大家庭里，我一定充分發揮自己的優點，積極投身xx中教育，成為一名優秀的教師。
【關鍵詞】機器人教學；高中；常態課；“四個結合”策略
【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】B
【論文編號】1671-7384（2013）07/08-0068-03
國內機器人教學基本情況分析
自21世紀初北京市景山學校在國內率先開展中小學機器人課程教學，以及中國科協舉辦首屆中國青少年電腦機器人競賽以來，智能機器人所具備的綜合性、前瞻性、實踐性和創新性，逐漸為廣大學校和教育工作者認識、接受和歡迎，機器人活動正以多種形式邁入中小學校。
借助文獻閱讀與實地考察，可得知目前國內所開展的機器人教學活動一般有以下幾種形式。
機器人競賽。作為促進中小學機器人教育普及與發展的主要手段，機器人競賽活動亦是目前學校開展機器人教學的一種主流形式，但參賽對象一般需經過篩選，缺乏普及性。
實驗學校、實驗班級。目前我國已有部分地區建立了機器人教學實驗學校，一些學校設置了機器人教學實驗班級，并開發與之相應的機器人校本課程，然而這些地區或學校大都條件較好或得到了相關部門政策與資金支持，機器人教育多成為“貴族教育”而缺乏公平性[1]。
高中技術課程選修模塊。2003年頒布的《普通高中技術課程標準》將“人工智能初步”[2]及“簡易機器人制作”[3]分別列入信息技術與通用技術課程選修內容，不過理論比重較大，實踐活動較少，加之受技術課程地位的影響，使開展教學活動的效度和難度加大。
研究性學習活動。在研究性學習活動中以機器人為課題開展學習研究，也是很多師生樂意選擇的形式，不過由于缺乏系統的教學與指導，其隨意性較大，時間也難以保證。
分析以上幾種形式，可得出機器人教學存在的問題及其原因：應試教育背景下技術類課程地位不高，機器人學科難以成為一門規范的、系統的及時間上有保證的課程；智能機器人及相關環境設施的采購、建設與維護的費用大，使許多地區、學校對其“望而卻步”；大多數學?；蚪處煂χ悄軝C器人的認識和利用存在誤區，認為智能機器人作為一種高端產品僅適用于技能類的特長教育，而忽略了其在培養全體學生的邏輯思維、綜合知識應用、協作交流、科學探究及實踐創新諸多方面的價值，使機器人教學的效益不能得到最大發揮。這些問題的存在，制約了機器人教學的常態發展、普及發展和良性發展。[4]
依托課題與“四結合”，機器人進入常態課
2011年起，筆者所在學校的信息技術和通用技術學科組教師共同開展了教研課題《在高中階段技術領域開設智能機器人常態課的研究》，作為一種對機器人常規教學的探索，這在省內尚屬首例。針對制約機器人教學良性發展的環境、資金及觀念等瓶頸問題，課題組在實踐研究中采用了“四結合”策略，保證了機器人教學的可行性與有效性。
1. 信息技術與通用技術課程結合，保證機器人常態課的系統性
機器人學科領域涉及了機器人概況（概念、原理、歷史與發展）、機器人編程、機器人硬件和機器人應用等多個知識模塊，然而目前尚缺少接受完全規范培訓的專職教師[5]。在這樣的情況下，由信息技術、通用技術或物理等單一學科的教師來授課都是有局限性的，且各學科又都有自己的必修與選修課程任務，難以兼顧。因此，課題組將信息技術與通用技術學科局部整合，安排信息技術教師在高一的信息技術課上開設《機器人與編程》課程，安排通用技術教師在高二的通用技術課上開設《機器人硬件和實踐》課程，共20個課時。同時，由信息技術與通用技術學科教師合編校本教材《智能機器人讀本》和制作教學網站《機器人課題網站》輔助教學。機器人教學的系統性、學習的連續性以及基本的教學資源與平臺得以保證（見表1）。
2. 實體與虛擬機器人結合，降低資金與設備的耗費問題
目前，教學機器人價格虛高是一個被普遍認同的現象。一個簡單配置的教學機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校的經濟負擔，加之如果使用范圍是大數量學生的話，其損耗率的增高也大大加重了教師的維護工作。這些，無疑嚴重阻礙了機器人教學的普及。
課題組在課堂教學中采用了實體與虛擬機器人結合（見圖1～圖3）。其中，“實體”為2010年我校建成的機器人活動室，配備智能機器人基礎設備（車體、電池、驅動模塊、下載線、充電器）62臺，升級設備（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，及其他配套設施（如電腦、機器人儲存充電柜等）若干?！疤摂M”則是采用仿真平臺“快暢教學機器人軟件”學習LOGO語言及程序設計，利用3D仿真系統“NSTRSS”模擬搭建機器人及機器人比賽場地。
如在上《讓機器人行走規定路線》一課時，我們首先讓全體學生在電腦室里通過集體學習認識傳感器、理解算法并運行“快暢教學機器人軟件”設計控制程序，再到機器人活動室組成學習小組，借助活動室中的學生電腦調試程序、下載程序到實體機器人中、讓實體機器人下地行走。使用虛擬機器人進行集體學習和使用實體機器人進行分組實踐的做法既實現了教學目標，又大大降低了設備的使用率和損耗率，也使得教師可以對故障設備做到課上及時更換、課下及時維護。
3. 基礎學習與拓展探究結合，實現面向全體的教學目標
由于機器人教學尚未真正實現普及，無論在哪個學段開展機器人教學，所面向的學生基本上都是零起點的。另外，同樣作為技術課程，機器人教學與信息技術課程一樣，由于家庭條件、技術經驗、興趣愛好等的差異，教學對象也具有明顯的能力分層特點。再者，本課題的對象為高中生，大部分已具備主動思考與探究學習的意識和能力。因此，為使機器人教學實現真正面向全體學生的目標，我們在每個教學單元中設置難度分級的學習內容與任務，既涵蓋了機器人的基礎知識與技能，又提供了拓展探究的學習機會，使得不同能力與興趣的學生都能滿足學習的需求。以《重復命令與重復結構》一課為例，我們就設置了三級學習內容與任務，見表2。
4. 量化評價與質性評價結合，發揮機器人教學的最大效益
機器人教學的魅力不僅在于它能普及機器人這一信息時代高科技產物的知識與技能，更在于它能培養青少年一代的開放思維能力、實踐創新能力、團隊協作精神和科學學習興趣[6]。因此，在機器人教學中不僅應關注學生對知識技能的掌握，更應關注其學習過程中意識、能力的形成?？刹捎昧炕u價與質性評價相結合的手段，對學習進行診斷的同時實現激勵與促進。
如在《機器人行走迷宮》一課中，教師制定學習評價表，利用“量規自評”對學生的學習成果進行量化評價，利用“教師點評”對學生的學習過程給予質性反饋（見表3）。
機器人教學未來展望
目前，《在高中階段技術領域開設智能機器人常態課的研究》已接近結題，但我們對于機器人常態教學的探索仍會繼續，因為在機器人教學的課堂上，學生們專注的求知目光與快樂實踐的身影總是深深地感染著我們每一個人，我們看到了機器人教學在素質教育中實實在在的價值。
因為適應教育信息化的大背景和符合倡導素質教育的時代要求，機器人教學的優勢日益突出，在廣大中小學普及機器人教學的曙光初現，愿本文能拋磚引玉，讓更多的教育工作者為機器人教學的普及和良性發展共享經驗與策略，使機器人教學成為下一項熠熠生輝的素質教育工程。
（作者單位：廣東汕頭華僑中學）
參考文獻
周德炎.中學機器人教學問題探析[J].中國教育信息化，2012.
技術課程標準研制組.普通高中技術課程標準（實驗）解讀[M].武漢：湖北教育出版社，2004.
廖伯琴，張大昌.普通高中物理課程標準（實驗）解讀[M].湖北：湖北教育出版社，2004.
【關鍵詞】自動擦窗機器人 設計 便捷
一、引言
在現代都市中，高層建筑越來越多，各種各樣的摩天大樓成為現代都市中一道亮麗的風景。在建筑業，由于玻璃的采光性好，保溫防潮性能好，玻璃實用美觀，高層建筑的外壁越來越多地采用玻璃幕墻結構，但是為了保證建筑外觀的整潔美麗，時間一長，就需要對玻璃進行清洗，以美化市容市貌。許多開放性城市都規定，每年應對高樓清洗若干次。自動擦窗機器人是面向普通家庭和辦公室的，為其提供電動擦窗器，主要擦拭平開窗。自動擦窗機器人的優點主要是能夠自行擦拭玻璃的外側，不需要人站在窗臺上擦拭，保證了人的安全；同時該擦窗器不需要人的操縱，減少了人的體力勞動，其能夠自行擦完整塊玻璃，方便易操作，其價格便宜。自動擦窗機器人正是在這種背景下應運而生。它的出現將極大降低高層建筑的清洗成本，改善工人的勞動環境，提高生產效率，也必將極大地推動清洗 業的發展，帶來相當的社會效益、經濟效益。
二、自動擦窗機器人需求分析
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行擦洗。其擦洗難度之大、危險性之高可想而知。因此人們想了個辦法利用一根竿子代替人手綁一塊擦布伸出窗外進行外窗的清洗，如此危險性降低了，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，那就是磁石式雙面玻璃擦洗器，但其主要缺點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。 當今社會，人們住在高樓大廈之中，頻頻發生因擦窗而墜樓身亡的事件。為了安全問題，也為了改善住宅環境，人們迫切需要一個全自動的能實現雙面同時擦洗的擦窗器。
三、自動擦窗機器人現狀
目前市場已經有了自動擦窗機器人，使用的人反饋的問題很多，有人認為自動擦窗機器人工作時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生的，空氣泵的作用是抽出空氣形成真空狀態讓自動擦窗機器人吸在玻璃上的，這是現有的自動擦窗機器人的硬傷，也是我們改進的方向?，F有的自動擦窗機器人受電源線的影響，工作時自動擦窗機器人是會繞圈的有可能會把電線繞起來，影響不大。由于自動擦窗機器人工作時容易出現小故障，人沒有辦法離開，一旦離開了自動擦窗機器人出現了故障那么擦窗工作就無法順利進行了?？偟膩碚f，現有的自動擦窗機器人缺點還很多我們可以設計更好的自動擦窗機器人。
四、自動擦窗機器人設計方向
通過對現有市場調查與問卷調查和文獻研究，研究自動擦窗機器人設計方向。不少使用者反應自動擦窗機器人的工作時產生的噪音太大了，自動機器人工作時會被電源線影響，還有的人第一次完全沒有辦法自己一個人去用自動擦窗機器人。我們得出以下結論：將自動擦窗機器人的產生的噪音減少到人們能夠接受的范圍內減少電源線對自動擦窗機器人的影響設計出十分簡單的操作，讓用戶容易上手。
五、自動擦窗機器人設計趨勢
自動擦窗機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，更需要智能化的機器幫助人們生活和工作。高效率設計、智能化設計、易操作設計、美觀的外形的設計是未來的自動擦窗機器人主流設計。高效率設計：現有的擦玻璃的機器效率太低，工作時間長，工作時的速度慢，在高效率的社會中高效率的設計一定會受人歡迎的。智能化設計：智能選定工作路線，遇到突發狀況能夠很好地處理讓人對自動擦窗機器人更加放心。易操作設計：操作簡單，不用人花大量的時間去學習怎么使用自動擦窗機器人，上手一定要快。美觀的外形設計：一個現代化、簡單、美觀的設計，讓人喜歡的設計。
六、總結
本課題的研究目標，是通過對現有市場調查研究與問卷調查研究，輔以文獻研究的方式，研究自動擦窗機器人在生活中的運用。基于以上調查分析結果運用于設計實踐中。
通過本課題的研究探討，得出以下結論：
我們需要一個優良設計的自動擦窗機器人來代替人工作，解放人又沒有人去擦玻璃產生的危險還能擁有干凈的玻璃。順應時代的發展，設計優良的自動擦窗機器人改善人們的生活。生活中需要這樣的產品，我們的設計出發點就是改變生活中點點滴滴，哪怕是很不起眼的地方，有改進的地方我們就可以去思考，去想象，去設計。希望我的設計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，也是我們設計師的義務。
參考文獻：
[1]蘭陽春、薛抱新.擦窗機設計概述[J]《建筑機械化》 2010年07期 4
[2]李大寨、宗光華、汪勇、渠慎豐、李曼娜自動擦窗機視覺定位系統的設計[J]《電子技術應用》2002第3期
[3]周延武、宗光華、Cleanbot-I擦窗機器人的智能化技術[J]《機器人》2002第1期
