王曉軍等

【摘要】運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。本文首先論述了《運(yùn)動(dòng)控制概論》〉課程的重要性；其次為了鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，本文對(duì)課程實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)進(jìn)行了一定的探索。本課程首次引入了NAO機(jī)器人作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，該機(jī)器人具有平臺(tái)開(kāi)放、配置靈活等特點(diǎn)，可以讓學(xué)生在聲音識(shí)別、動(dòng)作規(guī)劃、圖像處理等方面進(jìn)行全方位學(xué)習(xí)，更為深刻地理解運(yùn)動(dòng)控制概論的主要內(nèi)容，最終在掌握課程知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)獨(dú)立思考、勇于實(shí)踐的能力，提高教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】運(yùn)動(dòng)控制 實(shí)驗(yàn) NAO機(jī)器人

【Abstract】In this paper， the importance of the Motion Control Theory course is analyzed because of the vast application of the motion control in the industrial automation. Further， the related experiments improvement is also discussed， which can strengthen the application ability of the students. And NAO robot is introduced into the experiments to improve the experimental performance. The robot is of free open platform， flexible configuration， and can be used on the sound identification， motion planning， image processing， etc. Application of the NAO robot can not only help students learn the course knowledge better， but also cultivate the ability of independent thinking and practice， which can improve the teaching effect finally.

【Keywords】Motion Control， experiment， NAO robot

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）10-0210-01

1.引言

現(xiàn)代工業(yè)中，隨著對(duì)生產(chǎn)效率以及作業(yè)安全的要求不斷越高，自動(dòng)化系統(tǒng)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是自動(dòng)化行業(yè)中保證機(jī)床、機(jī)器人及各類先進(jìn)裝備高質(zhì)高效運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是裝備領(lǐng)域和制造行業(yè)的核心技術(shù)[1]。隨著運(yùn)動(dòng)控制的快速發(fā)展，培養(yǎng)具有相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)的專業(yè)人才也迫在眉睫?！哆\(yùn)動(dòng)控制概論》作為一門綜合性課程，包括了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電機(jī)學(xué)、電力電子、信號(hào)檢測(cè)以及自動(dòng)控制等學(xué)科知識(shí)，內(nèi)容豐富、知識(shí)點(diǎn)多，可以讓學(xué)生全面地學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)控制的各方面內(nèi)容。此外，課程實(shí)驗(yàn)可以有效地幫助學(xué)生鍛煉動(dòng)手能力、理論聯(lián)系實(shí)際，更好地掌握課程的重要內(nèi)容，所以如何更好地提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果顯得尤為重要。

本文重點(diǎn)介紹NAO機(jī)器人在課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的應(yīng)用。首先介紹NAO機(jī)器人的基本特點(diǎn)；然后描述NAO機(jī)器人實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；最后總結(jié)NAO機(jī)器人實(shí)驗(yàn)達(dá)到的教學(xué)效果。

2.NAO機(jī)器人簡(jiǎn)介

NAO機(jī)器人擁有25個(gè)自由度，動(dòng)作靈活，如圖1所示。NAO機(jī)器人擁有開(kāi)放式編程構(gòu)架，使分布式軟件模塊可以在一起協(xié)調(diào)運(yùn)行。NAO機(jī)器人提供了一個(gè)全開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以從聲音識(shí)別、圖像處理、動(dòng)作規(guī)劃、步態(tài)控制等方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，可以讓學(xué)生從運(yùn)動(dòng)控制的各個(gè)方面進(jìn)行更為深入的理解和學(xué)習(xí)。

3.NAO機(jī)器人實(shí)驗(yàn)

針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的主要內(nèi)容，本課程設(shè)計(jì)了8個(gè)學(xué)時(shí)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)。由于學(xué)生是第一次接觸NAO機(jī)器人，所以首先利用2個(gè)學(xué)時(shí)對(duì)NAO機(jī)器人進(jìn)行一次系統(tǒng)的介紹，讓學(xué)生對(duì)該機(jī)器人有基本的了解。然后從語(yǔ)音識(shí)別、動(dòng)作規(guī)劃、圖像功能三個(gè)方面分別進(jìn)行2個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。

①語(yǔ)音識(shí)別實(shí)驗(yàn)。掌握利用瀏覽器登陸機(jī)器人主頁(yè)面，進(jìn)行基本配置；掌握利用Choregraphe軟件實(shí)現(xiàn)NAO機(jī)器人的基本語(yǔ)音編程。

②動(dòng)作規(guī)劃實(shí)驗(yàn)。掌握利用Choregraphe軟件的時(shí)間軸指令盒，控制NAO機(jī)器人的動(dòng)作和姿態(tài)；掌握利用Choregraphe軟件的時(shí)間軸錄像功能，進(jìn)行動(dòng)作規(guī)劃。

③圖像功能實(shí)驗(yàn)。利用Choregraphe軟件，可以實(shí)現(xiàn)NaO機(jī)器人識(shí)別人臉的個(gè)數(shù)，然后利用機(jī)器人自帶的攝像頭實(shí)現(xiàn)拍照功能。

4.NAO機(jī)器人實(shí)驗(yàn)效果

實(shí)驗(yàn)前，在NAO機(jī)器人上安裝一些基本的應(yīng)用，比如對(duì)話，行走等等，可以和學(xué)生進(jìn)行基本的互動(dòng)，提高學(xué)生對(duì)課程實(shí)驗(yàn)的興趣。

實(shí)驗(yàn)中，針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的不同知識(shí)點(diǎn)，分別安排了針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中除了要學(xué)習(xí)基本的NAO機(jī)器人軟件操作外，更重要的是要根據(jù)已學(xué)的知識(shí)來(lái)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。過(guò)程中除了自己查找資料外，還可以采用小組討論的形式，加深了對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的理解。

實(shí)驗(yàn)后，每位同學(xué)都需要根據(jù)自己實(shí)驗(yàn)的具體過(guò)程，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，一方面可以有效地理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊约皩?shí)驗(yàn)要求，另一方面可以深入掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

5.總結(jié)

運(yùn)動(dòng)控制作為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展中的重要一環(huán)，得到了十分廣泛的應(yīng)用。本文分析了《運(yùn)動(dòng)控制概論》課程的重要性，以及探索實(shí)驗(yàn)效果改進(jìn)的必要性。通過(guò)NAO機(jī)器人實(shí)驗(yàn)對(duì)象的引入，顯著地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中深入掌握課程重要內(nèi)容的同時(shí)，鍛煉了獨(dú)立思考以及動(dòng)手實(shí)踐的能力；進(jìn)一步可以為以后的工作實(shí)踐打下良好的基礎(chǔ)。NAO機(jī)器人在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的引入，極大提高了課程的整體教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]班華， 李長(zhǎng)友. 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[M]. 電子工業(yè)出版社， 2012.

[2]王永林. 運(yùn)動(dòng)控制課程教學(xué)改革研究 [J]. 中國(guó)教育技術(shù)裝備， 2012（30）.

[3]韋忠海. 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探究[J]. 科教導(dǎo)刊（上旬刊）， 2013（7）.

作者簡(jiǎn)介：

王曉軍（1978-），男，河北省秦皇島市人，博士，高級(jí)工程師，主要研究方向：運(yùn)動(dòng)控制。