“互联网+”背景下的机器人智慧实训室设计
摘要:机器人是人工智能的典型代表,随着产业转型升级,企业对机器人方面的人才需求量越来越大,全国各大中专院校也纷纷开设机器人方面的专业和课程,而机器人方面的课程开设和知识点的传授,一定离不开实训设备,所在学校从资金、场地上给予大力支持,竞技、教学等不同设备陆续到位,实训初见雏形。在构建实训室软环境时,项目团队大胆构思,若借助于现代的云计算、物联网感知技术等,打造基于“互联网+”时代特色的机器人智慧实训室,无论从实验室教学开展、一站式管理和资源共享等方面都大有裨益。经过八个多月的建设,现在无论从实用性和展示性都在国内外处于领先地位。
一、机器人实训室建设背景
1.机器人产业政策及现状
我国政府部门高度重视机器人产业的发展,[1]国务院、工信部、科技部等多部门陆续出台了包括《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》等多项政策文件,推动我国机器人产业的发展。2015年发布的《中国制造2025》提出实现制造强国的战略目标,[2]一方面要推进信息化与工业化深度融合,加快发展智能制造装备和产品;[3]另一方面要推进制造过程的智能化,加快人机智能交互、工业机器人、智能物流管理、增材制造等技术和装备在生产过程中的应用。[4]工信部、发改委和财政部联合印发的《机器人产业发展规划(2016——2020年)》也提出“十三五”期间是我国机器人产业发展的关键时期,应把握国际机器人产业发展趋势,整合资源,制定对策,抓住机遇,营造良好发展环境,促进我国机器人产业实现持续健康快速发展。
可以预见,企业对机器人技术的人才需求将大幅增长,特别是应用型机器人专业人才的缺口将会增大。尽管机器人技术越来越受到教师、学生与家长的广泛重视,机器人教育逐渐进入到课堂、竞赛中,但在教学手段、教学资源、教学模式等方面也存在着一些急需解决的问题。比如教师如何设计、组织、开展机器人教学活动以及对教学活动及时进行合理评价;如何提高学生学习的兴趣,激发他们学习的动力;如何提高实训设备的利用效率,使信息数据实现自动化采集等;如何在“互联网+”背景下建设工业机器人智慧实训室越来越得到重视。
2.机器人教育及人才培养
上世纪90年代初,机器人教育开始被大众知晓,与此同时国内也开始举办各种机器人的竞赛,而后国家层面也开始关注专业化的机器人教育。在2003年明确将“简易机器人制作”列入中小学的选修课程,这为日后的机器人教育研究发展做好了准备。2007年以来人们对机器人教育重要性的认识有了明显提升,在机器人教学过程中采取的教学模式有了一定的研究,也提出了各种实际的应用案例。机器人教育迎来快速发展阶段。随着新一代人工智能发展对人才需求的增加,国家将机器人教育明确列入中小学的信息技术课程选修拓展模块中,2016年发布的《2016 全球教育机器人发展白皮书》为今后一定时间内的机器人教育实践提供了有效指导和可行性分析。国发[2017]35号《国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知》提出,以机器人为代表的人工智能技术得到突破,为了快速推进智能机器人的应用,构筑基于机器人的知识、技术、产业群、人才、文化及制度相互支撑融合的生态系统是未来的发展方向。
二、机器人实训室建设架构
本篇讨论的工业机器人智慧实训室包括机器人的实训系统和智慧系统。其中机器人的实训系统基于工业机器人、教育机器人入门体验,服务机器人互动演示,工业机器人基本操作、编程调试和智能工作站一体化构建等三层实训室,12个实训分室;智慧系统设计基于“互联网+”、物联网和数据采集及挖掘等信息化手段,以提高教学效果与实训室管理能力。
1.机器人实训系统
机器人实训系统的设计原则应体现以人为本、实践创新的理念,即综合考虑实训室的教育机器人、服务机器人和工业机器人的全面教学及由浅入深、有点及面的教学、培训与研究要求,同时为教师、学生提供一个开放性、可扩展的工业机器人实训平台。
在硬件设计上,尽量与企业的实际应用环境实现无缝对接,基于企业岗位需求配置设备和开发教学任务。[5]
图1为实训室的整体布局掠影。一个实训室共有20台课桌、5个机器人工作站,每台工作站配备有一台计算机,其中机器人工作站1至机器人工作站4为学生实训的工作站,机器人工作站5为教师演示与教学的工作站,资料柜和工具存放区将所有机器人资料与所需工具统一摆放,便于实训室管理。学生以5人一组分工合作进行实训,共同完成一个机器人工作站的作业。
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