吳峰華， 李婷雪, 李連德， 楊哲海， 尹競(jìng)瑤， 王 昊， 金 鑫

(沈陽(yáng)城市學(xué)院 智能工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110112)

0 引 言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)已由高速增長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段。建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系，要以人工智能融合實(shí)體經(jīng)濟(jì)培育出的增長(zhǎng)點(diǎn)推動(dòng)先進(jìn)制造業(yè)加快發(fā)展[1]。人工智能的創(chuàng)新普及是我國(guó)實(shí)現(xiàn)后來(lái)居上、邁入制造強(qiáng)國(guó)的重大歷史機(jī)遇[2]。為搶抓人工智能發(fā)展的重大戰(zhàn)略機(jī)遇，構(gòu)筑我國(guó)人工智能發(fā)展的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，加快建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和世界科技強(qiáng)國(guó)，2017年8月國(guó)務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》(簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》)[3]，指出：“國(guó)家相關(guān)規(guī)劃計(jì)劃中部署的人工智能研發(fā)項(xiàng)目，重點(diǎn)是加強(qiáng)與新一代人工智能重大科技項(xiàng)目的銜接。加快智能制造與機(jī)器人研究，為人工智能重大技術(shù)突破提供支撐”，明確提出“支持開(kāi)展形式多樣的人工智能科普活動(dòng)，全面提高全社會(huì)對(duì)人工智能的整體認(rèn)知和應(yīng)用水平。實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程”。

以人類自身的形體結(jié)構(gòu)和智力為原型參照的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)型仿人機(jī)器人是人工智能領(lǐng)域的典型代表[4]。關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)型仿人機(jī)器人已成為衡量一個(gè)國(guó)家和地區(qū)機(jī)器人技術(shù)水平的重要標(biāo)志，集中體現(xiàn)了基于深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)識(shí)別與追蹤、以高性能和強(qiáng)穩(wěn)定性為目標(biāo)的動(dòng)力學(xué)建模與優(yōu)化控制、云計(jì)算與智能語(yǔ)音交互、精密仿真與基于新材料的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)等人工智能領(lǐng)域的諸多方面研究成果，涵蓋了機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)和人工智能的生物學(xué)、心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、行為科學(xué)和社會(huì)科學(xué)等學(xué)科分支，呈現(xiàn)出史無(wú)前例的跨學(xué)科態(tài)勢(shì)。

1 產(chǎn)學(xué)研用融合的機(jī)器人課程體系架構(gòu)

21世紀(jì)是人類和機(jī)器人共處的時(shí)代。任何國(guó)家、任何職業(yè)、任何階層、任何年齡的人在其日常行為中，大部分時(shí)間要與機(jī)器人或人工智能產(chǎn)品打交道。民眾渴望更廣泛更深入地了解和接觸機(jī)器人，機(jī)器人行業(yè)迫切需要專業(yè)化應(yīng)用型人才，機(jī)器人研究團(tuán)隊(duì)也不斷推出技術(shù)水平更高的研究成果。社會(huì)發(fā)展對(duì)機(jī)器人學(xué)科的教育提出了緊迫要求：應(yīng)該針對(duì)不同受眾群體提供有的放矢的機(jī)器人領(lǐng)域?qū)W習(xí)教育方案。為此，本文分別面向中小學(xué)生、高校機(jī)器人相關(guān)專業(yè)學(xué)生和機(jī)器人領(lǐng)域研究人員提出了3個(gè)層次的機(jī)器人課程體系。該課程體系面向機(jī)器人行業(yè)社會(huì)人才的崗位需求和具體工作內(nèi)容和能力要求，結(jié)合機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目所面臨的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、普及教育課程體系形成、項(xiàng)目推廣及服務(wù)等課題和工作，提出了機(jī)器人學(xué)科建設(shè)需要培養(yǎng)機(jī)器人產(chǎn)品經(jīng)理、機(jī)器人項(xiàng)目開(kāi)發(fā)、機(jī)器人研發(fā)、機(jī)器人技術(shù)、機(jī)器人認(rèn)證、機(jī)器人安裝調(diào)試與維護(hù)、機(jī)器人教師、機(jī)器人競(jìng)賽等崗位人才。針對(duì)機(jī)器人行業(yè)人才的專業(yè)需求和技能要求，設(shè)置了9門(mén)核心專業(yè)課、10門(mén)方向?qū)I(yè)課程以及8個(gè)方向的研修課程,如圖1所示。

2 產(chǎn)學(xué)研用融合的機(jī)器人教育系列化課程

2.1 機(jī)器人科普教育系列課程(第1層級(jí))

2.1.1 國(guó)內(nèi)外青少年機(jī)器人教育的現(xiàn)狀

人工智能的普及教育對(duì)于教育機(jī)器人的需求將形成巨大的市場(chǎng)。教育機(jī)器人作為新興領(lǐng)域在實(shí)踐應(yīng)用中雖然存在課程管理平臺(tái)、學(xué)習(xí)內(nèi)容和師資等缺乏等諸多困難，但是隨著教育機(jī)器人市場(chǎng)需求的日益增加，其發(fā)展前景及其廣闊和樂(lè)觀。在提倡素質(zhì)教育、注重通識(shí)教育、推行研究型大學(xué)模式的當(dāng)今時(shí)代，在教育機(jī)器人課程的推廣過(guò)程中，通過(guò)動(dòng)手組裝和編程實(shí)踐，可以拓展青少年的工程實(shí)施能力和邏輯思維能力。這種寓教于樂(lè)的先進(jìn)教育模式必將成為青少年人工智能教育的有效手段和工具?；谌蚪逃蜋C(jī)器人的相關(guān)市場(chǎng)調(diào)查報(bào)告及相似產(chǎn)品的發(fā)展歷程預(yù)測(cè)2016～2021年全球教育機(jī)器人的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)111億美元[5]。在機(jī)器人發(fā)展前景大好的大環(huán)境下，我國(guó)也非常重視教育機(jī)器人的應(yīng)用發(fā)展，不僅開(kāi)展了各種比賽，教育機(jī)器人還被用于課內(nèi)外教學(xué)，如北京、上海、廣東、江蘇等地已經(jīng)將教育機(jī)器人納入地方課程或校本課程，以促進(jìn)學(xué)習(xí)者創(chuàng)新思維、設(shè)計(jì)思維和計(jì)算思維的培養(yǎng)。隨著機(jī)器人技術(shù)的逐步成熟，研究教育機(jī)器人已成為一種必然趨勢(shì)。

如今世界各國(guó)的青少年科學(xué)教育都在發(fā)生劇烈、深刻的變革。美國(guó)的K-12科學(xué)教育框架和2014年提出的新一代美國(guó)科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)[6],英國(guó)經(jīng)過(guò)3年修訂后于2014年實(shí)施的小學(xué)國(guó)家課程學(xué)習(xí)綱要[7],日本6次修訂小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[8],新加坡2014年頒布的以“為明天做準(zhǔn)備”為目標(biāo)的小學(xué)科學(xué)課程大綱，無(wú)不面向各自國(guó)家和地區(qū)的內(nèi)在教育需求、努力讓小學(xué)生適應(yīng)未來(lái)的科技社會(huì)、提升本國(guó)的國(guó)際教育排名。

我國(guó)《全日制義務(wù)教育科學(xué)(3～6年級(jí))課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn)稿)》已經(jīng)頒布15年，修改版三易其稿爭(zhēng)議猶存[9]。2017年2月，教育部印發(fā)《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》(簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》)[10]，指出“小學(xué)科學(xué)課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)發(fā)揮了重要作用”，但在實(shí)踐中存在時(shí)代性有待增強(qiáng)的問(wèn)題：課程內(nèi)容選擇缺乏現(xiàn)代科學(xué)的宏觀視野、活動(dòng)設(shè)計(jì)不能充分體現(xiàn)科學(xué)實(shí)踐的基本特征、目標(biāo)定位與兒童認(rèn)知特點(diǎn)和發(fā)展需求不相適應(yīng)。

《標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)：小學(xué)科學(xué)課被列為與語(yǔ)文、數(shù)學(xué)同等重要的“基礎(chǔ)性課程”，將科學(xué)課起始年級(jí)從小學(xué)三年級(jí)提前到一年級(jí)，科學(xué)課在九年制義務(wù)教育階段的高度前所未有?？茖W(xué)課程追求的目標(biāo)，并不僅僅是要孩子們掌握碎片化的知識(shí)，更重要的是應(yīng)該讓孩子們了解科學(xué)家的工作、學(xué)習(xí)像科學(xué)家那樣實(shí)踐和思考?？茖W(xué)教育必須將科學(xué)家做科學(xué)的方法融入到科學(xué)課程中去。在信息爆炸、知識(shí)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的未來(lái)社會(huì)，這項(xiàng)能力的重要性已無(wú)需贅述。

依據(jù)國(guó)務(wù)院《規(guī)劃》和教育部《標(biāo)準(zhǔn)》，人工智能的普及教育要從娃娃抓起。本文將人工智能以科學(xué)研究的方式引入小學(xué)課堂，將深刻的科學(xué)原理以通俗易懂的方式進(jìn)行科普化體現(xiàn)和科研式實(shí)操，是保證小學(xué)科學(xué)課程的時(shí)代性、提高人民對(duì)教育滿意度的強(qiáng)有力措施。

2.1.2 青少年機(jī)器人教育的方法與內(nèi)容

將機(jī)器人作為引發(fā)興趣容易上手且科技含量較高的教具，通過(guò)觀察、比對(duì)、測(cè)量、記錄、組裝、搜索、體驗(yàn)、思考、研討、編程、調(diào)試、創(chuàng)作等課堂行為完成機(jī)器人通識(shí)、機(jī)器人搭建、機(jī)器人感知、機(jī)器人學(xué)習(xí)、機(jī)器人控制等課程模塊，傳播機(jī)器人的無(wú)線遙感、語(yǔ)音交互、目標(biāo)識(shí)別、路徑規(guī)劃、軌跡跟蹤、運(yùn)動(dòng)控制等科學(xué)道理與實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)計(jì)機(jī)器人踢足球、跳舞、救援、搬運(yùn)、競(jìng)速、尋跡、答題等項(xiàng)目賽事，有效培養(yǎng)和充分發(fā)揮青少年的科技創(chuàng)新潛力，全面實(shí)現(xiàn)《標(biāo)準(zhǔn)》和《規(guī)劃》提出的人工智能普及教育和科普創(chuàng)作目標(biāo)。

機(jī)器人科普教育系列課程將設(shè)置6大學(xué)習(xí)模塊。

(1) “玩”機(jī)器人。該模塊包括控制軟件在內(nèi)的仿人機(jī)器人成品提供給青少年，按照基本操作方法運(yùn)行機(jī)器人。完成走路、拐彎、歡迎、鞠躬、跳舞、踢球、倒地起身等動(dòng)作，并回答學(xué)生提出的幾個(gè)設(shè)定好的簡(jiǎn)單問(wèn)題。例如，觀察機(jī)器人在做每個(gè)動(dòng)作的時(shí)候，哪些位置是活動(dòng)的？嘗試用控制軟件將幾個(gè)動(dòng)作組合起來(lái)完成。

(2) “拆”機(jī)器人。通過(guò)拆解機(jī)器人，使青少年了解與思考機(jī)器人是怎樣做出來(lái)的。提供拆卸步驟，邊拆邊觀察機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成。深刻理解每一個(gè)零部件的位置連接關(guān)系和作用。觀察機(jī)器人舵機(jī)、電池、開(kāi)關(guān)等與控制器的連接。將某一舵機(jī)與控制器連接，上電后用控制軟件調(diào)節(jié)舵機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)，觀察轉(zhuǎn)向和幅度跟控制軟件設(shè)置量的關(guān)系,思考如何組裝機(jī)器人。

(3) “裝”機(jī)器人。機(jī)器人拆解后，按照原樣組裝起來(lái)。思考組裝步驟。提供答案供進(jìn)行不下去時(shí)參考。

(4) “調(diào)”機(jī)器人。機(jī)器人重新安裝后，需要對(duì)舵機(jī)進(jìn)行微調(diào)，才可恢復(fù)出廠狀態(tài)。在微調(diào)過(guò)程中，觀察調(diào)節(jié)量與舵機(jī)轉(zhuǎn)角的關(guān)系。

(5) “編”機(jī)器人。通過(guò)可視化編程軟件給機(jī)器人編寫(xiě)程序，讓機(jī)器人執(zhí)行規(guī)定的或自己構(gòu)想的工作?？梢試L試難度較大的動(dòng)作。比如：上下樓梯、跑步、跳高等。編程實(shí)現(xiàn)機(jī)器人回答更多的問(wèn)題。

(6) “比”機(jī)器人。設(shè)計(jì)并開(kāi)展機(jī)器人各項(xiàng)競(jìng)賽。

2.1.3 積極在青少年中開(kāi)展機(jī)器人競(jìng)賽

根據(jù)其他學(xué)校的經(jīng)驗(yàn)，孩子們對(duì)機(jī)器人課程的喜愛(ài)是難以想象的。他們不僅在課上積極地接觸機(jī)器人，在課后也主動(dòng)研究，這種喜歡是發(fā)自內(nèi)心的。當(dāng)孩子的積極性被自發(fā)調(diào)動(dòng)起來(lái)的時(shí)候，機(jī)器人教育的核心價(jià)值已經(jīng)在孩子們身上充分體現(xiàn)出來(lái)了。這是其他課程很少能做到的，但機(jī)器人課程完全能夠做到[11]。

機(jī)器人教學(xué)或者比賽，通常是以小組的形式通過(guò)任務(wù)來(lái)展開(kāi)。雖然任務(wù)固定，但完成任務(wù)的方法和途徑卻是多樣化的，或者說(shuō)解決問(wèn)題的方案是開(kāi)放性的。這種開(kāi)放性的任務(wù)環(huán)境可以極大地發(fā)揮學(xué)生想象力、調(diào)動(dòng)學(xué)生積極思考，挖掘每個(gè)人的想法，設(shè)計(jì)方案。對(duì)學(xué)生創(chuàng)造力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都大有裨益。以小組的形式則強(qiáng)調(diào)了合作精神，通過(guò)各種比賽的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，最終取得好成績(jī)的小組，組員之間的合作一定是非常密切的。因此教學(xué)中小組成員常常被安排在一起，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的磨合來(lái)培養(yǎng)他們之間的默契和團(tuán)結(jié)。

方案確定后，機(jī)器人的教學(xué)可分為相輔相成的3部分:① 建模。建模需要學(xué)生對(duì)現(xiàn)實(shí)情況(或者物體)進(jìn)行分解，然后抽象出其基本共通點(diǎn)，進(jìn)行建模，搭建機(jī)器人。搭建前期的分解，抽象，建模是計(jì)算思維的核心內(nèi)容，同時(shí)搭建后期的組裝不僅鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，還融合了諸如物理、數(shù)學(xué)等多學(xué)科的知識(shí)。② 編程。編程過(guò)程中學(xué)生的算法意識(shí)、邏輯思維得到了充分鍛煉，這也是計(jì)算思維的重要的內(nèi)容。③ 調(diào)試運(yùn)行。這一階段需要系統(tǒng)、綜合考慮所有問(wèn)題，進(jìn)行反思，哪里出了問(wèn)題，為什么出問(wèn)題，原因在哪里，是機(jī)器人搭建結(jié)構(gòu)的問(wèn)題還是程序編寫(xiě)的問(wèn)題，反復(fù)修改，反復(fù)調(diào)試，以達(dá)到最后能夠可靠執(zhí)行任務(wù)的目的。這一系列的過(guò)程涉及科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科，因此機(jī)器人教育還是STEM教育的主陣地。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于“如何通過(guò)教育機(jī)器人課程促進(jìn)STEM學(xué)科整合及學(xué)生STEM素養(yǎng)提升”這一主題已逐步展開(kāi)內(nèi)容廣泛的研究。例如美國(guó)卡耐基梅隆大學(xué)機(jī)器人學(xué)院(Robotics Academy)是隸屬于美國(guó)卡耐基梅隆大學(xué)的機(jī)器人教育機(jī)構(gòu)，致力于研究教師如何在課堂教學(xué)中使用機(jī)器人，講授計(jì)算機(jī)科學(xué)并借助機(jī)器人技術(shù)媒介，提升學(xué)習(xí)者在交叉學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域中的學(xué)習(xí)興趣，推廣機(jī)器人與教育的整合性應(yīng)用。目前該學(xué)院以ROBOTC[12]平臺(tái)為基礎(chǔ)，已發(fā)布近20門(mén)教育機(jī)器人相關(guān)課程，構(gòu)成了一個(gè)覆蓋K-12義務(wù)教育階段到大學(xué)階段的課程體系[13]。

機(jī)器人是學(xué)無(wú)止境的學(xué)科。因此在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)的積累和反思。這集中體現(xiàn)在對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)、程序調(diào)試的要求中。只有在成功與失敗的經(jīng)驗(yàn)或教訓(xùn)的總結(jié)中，一些工程學(xué)的設(shè)計(jì)理念才會(huì)漸漸地在孩子的腦海中明晰起來(lái)。機(jī)器人教育應(yīng)當(dāng)重視制作、調(diào)試過(guò)程中的質(zhì)疑和反思。調(diào)試的過(guò)程就是不斷自我質(zhì)疑和假定驗(yàn)證的過(guò)程，也是反復(fù)思辨、自我挑戰(zhàn)的過(guò)程。在機(jī)器人教學(xué)中往往有些學(xué)校急功近利地購(gòu)買(mǎi)現(xiàn)成的機(jī)器人方案，追求比賽成績(jī)過(guò)人一等，這是違反教育規(guī)律的。因?yàn)榉艞壛嗽O(shè)計(jì)調(diào)試的過(guò)程，等于放棄了機(jī)器人教育的核心能力培養(yǎng)。學(xué)生雖然短期內(nèi)成績(jī)突出，但懷疑、批判能力的缺失，將使其在未來(lái)的高精尖人才的競(jìng)爭(zhēng)中無(wú)法占據(jù)有利的地位。在機(jī)器人教學(xué)中，應(yīng)經(jīng)常向?qū)W生灌輸“創(chuàng)新思維，工匠作風(fēng)”的理念。永遠(yuǎn)不滿足于現(xiàn)狀，永遠(yuǎn)在腦海中思考如何推翻、改進(jìn)設(shè)計(jì)，如何扎實(shí)地調(diào)試和摸索規(guī)律。

科學(xué)的批判與探究能力，是科學(xué)發(fā)展的不竭動(dòng)力。信息技術(shù)日新月異，其本身就是在不斷地批判與探究中發(fā)展的。機(jī)器人教育應(yīng)更加看重學(xué)生的思維能力，尤其是分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力及批判、探究能力的提高[14]。

2.2 機(jī)器人高等教育系列課程(第2層級(jí))

2.2.1 國(guó)內(nèi)高校機(jī)器人教育的現(xiàn)狀

目前我國(guó)機(jī)器人的研究和人才培養(yǎng)主要集中在一些重點(diǎn)高校和科研院所的自動(dòng)化專業(yè)、機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)、電氣工程及其自動(dòng)化等專業(yè)。國(guó)內(nèi)部分高職大專院校相關(guān)專業(yè)也開(kāi)設(shè)工業(yè)機(jī)器人操作與維護(hù)的課程，主要定位于部分固定品牌和型號(hào)的工業(yè)機(jī)器人的操作與維護(hù)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)一線技術(shù)人才的缺口。

2015年經(jīng)教育部批復(fù)，東南大學(xué)開(kāi)設(shè)國(guó)內(nèi)本科階段首個(gè)“機(jī)器人工程”專業(yè)，以自動(dòng)化大類的形式招生。學(xué)生到大三開(kāi)始區(qū)分專業(yè)方向，其中之一為智能機(jī)器人方向。開(kāi)設(shè)的主要課程有機(jī)器人學(xué)(2學(xué)分),多機(jī)器人系統(tǒng)建模與分析(1.5學(xué)分),機(jī)器人動(dòng)力學(xué)與控制(2學(xué)分),服務(wù)機(jī)器人(1.5學(xué)分),工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)(2學(xué)分),特種機(jī)器人(研討課)(1.5學(xué)分),智能機(jī)器人系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)(研討課)(2.5學(xué)分)，共13學(xué)分。主要學(xué)習(xí)內(nèi)容為機(jī)器人學(xué)基本概況,機(jī)器人空間描述和變換,機(jī)器人正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)及建模,機(jī)器人路徑規(guī)劃,機(jī)器人本體設(shè)計(jì),機(jī)器人多平臺(tái)編程,多機(jī)器人系統(tǒng)建模方法,基于一致協(xié)議和剛性圖的多機(jī)器人編隊(duì)控制系統(tǒng)分析,基于微分幾何的多機(jī)器人尋跡編隊(duì)控制系統(tǒng)分析,機(jī)器人控制方法及實(shí)現(xiàn),服務(wù)機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)以及基于自主性能實(shí)現(xiàn)、高級(jí)應(yīng)用等。東南大學(xué)機(jī)器人工程專業(yè)的特點(diǎn)是涉及面比較廣，注重研討，學(xué)生自主查閱資料，課上共同討論、學(xué)習(xí)和實(shí)踐，但并未針對(duì)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行人才培養(yǎng),學(xué)生動(dòng)手實(shí)操的機(jī)會(huì)偏少。

到2016年，東北大學(xué)、湖南大學(xué)、北京信息科技大學(xué)、遼寧科技學(xué)院、沈陽(yáng)科技學(xué)院、吉林工程技術(shù)師范學(xué)院、哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院、哈爾濱華德學(xué)院、常熟理工學(xué)院、南京工程學(xué)院、三江學(xué)院、安徽工程大學(xué)、安徽三聯(lián)學(xué)院、南昌理工學(xué)院、山東管理學(xué)院、武漢商學(xué)院、廣州大學(xué)、廣東白云學(xué)院、廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院、北京理工大學(xué)珠海學(xué)院、華南理工大學(xué)廣州學(xué)院、廣西科技大學(xué)、重慶文理學(xué)院、西安文理學(xué)院、西安航空學(xué)院等25所高校新增備案“機(jī)器人工程”本科專業(yè),足見(jiàn)機(jī)器人專業(yè)的受重視程度。

2.2.2 部分高校機(jī)器人專業(yè)課程體系設(shè)置狀況

資料表明，東北大學(xué)的機(jī)器人工程專業(yè)主要以控制科學(xué)與工程、機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、材料科學(xué)與工程、生物醫(yī)學(xué)工程和認(rèn)知科學(xué)等學(xué)科中涉及的機(jī)器人科學(xué)技術(shù)問(wèn)題為研究對(duì)象，開(kāi)設(shè)的主要課程包括機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)、自動(dòng)控制原理、機(jī)械學(xué)基礎(chǔ)、機(jī)器人操作系統(tǒng)、機(jī)器人動(dòng)力學(xué)控制、機(jī)器學(xué)習(xí)、人機(jī)交互與人機(jī)接口技術(shù)等。培養(yǎng)目標(biāo)是部分畢業(yè)生通過(guò)更高層次人才培養(yǎng)過(guò)程，在高校、科研院所從事科學(xué)研究工作；部分畢業(yè)生從事機(jī)器人工程設(shè)計(jì)、技術(shù)研發(fā)、機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)和工程應(yīng)用等方面的工作；部分畢業(yè)生在企業(yè)或其他相關(guān)部門(mén)從事各類管理工作；部分畢業(yè)生走上自主創(chuàng)業(yè)的道路[15]。

湖南大學(xué)機(jī)器人工程專業(yè)設(shè)置的專業(yè)課有機(jī)器人概論、機(jī)器人入門(mén)、機(jī)器人學(xué)、機(jī)器人控制基礎(chǔ)、機(jī)器人動(dòng)力學(xué)及控制、機(jī)器人及其控制、機(jī)器人技術(shù)、微型機(jī)器人、機(jī)器人與現(xiàn)代社會(huì)[16],并開(kāi)展了機(jī)器人學(xué)科課程體系的系統(tǒng)性和實(shí)用性方面的研究。

遼寧科技學(xué)院機(jī)器人工程專業(yè)主要培養(yǎng)FANUC/ABB等知名品牌工業(yè)機(jī)器人方向應(yīng)用人才。設(shè)置課程有：機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ),工業(yè)機(jī)器人離線編程仿真技術(shù),工業(yè)機(jī)器人編程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成設(shè)計(jì),工業(yè)機(jī)器人典型應(yīng)用實(shí)訓(xùn),智能制造技術(shù)與應(yīng)用,工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā),工業(yè)機(jī)器人技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)(操作、編程、視覺(jué)),工業(yè)機(jī)器人離線編程與仿真實(shí)訓(xùn)(離線編程應(yīng)用、工作站仿真),工業(yè)機(jī)器人工作站安裝與調(diào)試實(shí)訓(xùn)(本體及外圍設(shè)備),工業(yè)機(jī)器人典型應(yīng)用實(shí)訓(xùn)(弧焊、打磨、上下料),工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)(工作站方案),智能制造生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)(各單元模塊實(shí)訓(xùn))[17]。

南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院機(jī)器人專業(yè)方向主要規(guī)劃了機(jī)器人機(jī)械基礎(chǔ)與機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)器人傳感器與檢測(cè)技術(shù)、機(jī)器人控制技術(shù)、機(jī)器人編程與操作等4門(mén)專業(yè)課程，其他大部分課程仍沿用自動(dòng)化專業(yè)課[18]。

三江學(xué)院機(jī)器人工程本科專業(yè)由機(jī)械與電氣工程學(xué)院開(kāi)設(shè)，設(shè)置機(jī)器人軟件、服務(wù)機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器人3個(gè)專業(yè)方向[19]。

廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院機(jī)器人工程專業(yè)設(shè)置了機(jī)器人學(xué)、工業(yè)機(jī)器人及零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)器人控制與應(yīng)用、機(jī)器人傳感器與檢測(cè)技術(shù)、機(jī)器人綜合實(shí)踐、機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程、機(jī)器人系統(tǒng)集成技術(shù)等課程[20]。

武漢商學(xué)院機(jī)器人工程專業(yè)核心課程綜合了機(jī)械與自動(dòng)化專業(yè)主干課，并增加了工業(yè)機(jī)器人方向的專業(yè)課，值得借鑒。具體包括：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ),機(jī)械制造基礎(chǔ),電路原理與分析,高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì),電子技術(shù),單片機(jī)原理及其應(yīng)用,嵌入式控制系統(tǒng)及應(yīng)用,現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù),自動(dòng)控制原理,運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),電機(jī)與電氣控制技術(shù),機(jī)器人傳感器技術(shù)及應(yīng)用,PLC原理與應(yīng)用,工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng),計(jì)算機(jī)視覺(jué),工業(yè)機(jī)器人計(jì)算機(jī)編程,工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù),工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成技術(shù),生產(chǎn)運(yùn)作管理[21]。

上述院校機(jī)器人工程專業(yè)課程體系設(shè)置還都處于邊實(shí)踐邊探索的階段。但都體現(xiàn)了專業(yè)融合和人才培養(yǎng)應(yīng)用化路線。面對(duì)機(jī)器人行業(yè)巨大又缺乏邊界的人才缺口，如何結(jié)合學(xué)校自身的研究方向進(jìn)行本科生培養(yǎng)，形成產(chǎn)(產(chǎn)業(yè)化)、學(xué)(學(xué)業(yè))、研(研究)、用(用人單位)一體化互促式發(fā)展，是值得研究的課題[22]。

我校秉承“打好理論基礎(chǔ)-重視實(shí)踐應(yīng)用-對(duì)接工作崗位”的課程設(shè)置思路，面向世界級(jí)機(jī)器人比賽和仿人教育機(jī)器人研究、開(kāi)發(fā)與推廣，建設(shè)機(jī)器人概論、機(jī)器人結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真分析、機(jī)器人造型與視覺(jué)傳達(dá)設(shè)計(jì)、機(jī)器人控制原理與仿真分析、仿人機(jī)器人控制系統(tǒng)、機(jī)器人感知與辨識(shí)、機(jī)器人智能決策與規(guī)劃、教育機(jī)器人培訓(xùn)等9門(mén)機(jī)器人方向核心專業(yè)課程,以及機(jī)器人前沿技術(shù)解讀、仿人機(jī)器人開(kāi)發(fā)、機(jī)器人制造技術(shù)、仿人機(jī)器人工藝仿真、仿人機(jī)器人本體設(shè)計(jì)、機(jī)器人電氣設(shè)計(jì)、機(jī)器人控制器與操作系統(tǒng)、機(jī)器人調(diào)試與保養(yǎng)、機(jī)器人故障診斷與處理、仿人機(jī)器人賽事研究等10門(mén)方向課程。課程體系中涉及的理論教學(xué)、項(xiàng)目實(shí)踐、實(shí)訓(xùn)演練、畢業(yè)設(shè)計(jì)等基本環(huán)節(jié)都體現(xiàn)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)和解決實(shí)際問(wèn)題的本科專業(yè)定位，并能與實(shí)際工作崗位的工作內(nèi)容對(duì)接，培養(yǎng)機(jī)器人應(yīng)用型高素質(zhì)人才。

2.2.3 機(jī)器人專業(yè)課程的設(shè)置依據(jù)、建設(shè)目標(biāo)、主要內(nèi)容和相互支撐關(guān)系

根據(jù)機(jī)器人職位人才市場(chǎng)需求，機(jī)器人產(chǎn)品經(jīng)理、機(jī)器人項(xiàng)目開(kāi)發(fā)、機(jī)器人研發(fā)、機(jī)器人技術(shù)、機(jī)器人認(rèn)證、機(jī)器人安裝調(diào)試與維護(hù)、機(jī)器人教師、機(jī)器人競(jìng)賽等崗位人才缺口較大。且這些崗位可以對(duì)應(yīng)于自研機(jī)器人的崗位設(shè)置。

(1) 機(jī)器人項(xiàng)目開(kāi)發(fā)崗位。主要負(fù)責(zé)機(jī)器人項(xiàng)目的市場(chǎng)調(diào)研、客戶需求分析、前期技術(shù)溝通、基本方案編寫(xiě)、及時(shí)把握新技術(shù)、掌握機(jī)器人的基本操作。對(duì)此，設(shè)置了1門(mén)核心課機(jī)器人概論(4學(xué)分),2門(mén)專業(yè)課：機(jī)器人前沿技術(shù)解讀(2學(xué)分)、仿人機(jī)器人開(kāi)發(fā)(4學(xué)分)等課程。這幾門(mén)課是其他所有崗位工作都涵蓋的最基礎(chǔ)課程。

“機(jī)器人概論”的目標(biāo)是對(duì)機(jī)器人有整體了解。具體內(nèi)容包括機(jī)器人的基本發(fā)展歷程、各種機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)和原理、機(jī)器人總體情況和服務(wù)社會(huì)的宗旨、同行業(yè)其他機(jī)器人的基本情況以及自研機(jī)器人的對(duì)比優(yōu)勢(shì)等。

“機(jī)器人前沿技術(shù)解讀”的目標(biāo)是及時(shí)捕捉和了解機(jī)器人行業(yè)最新動(dòng)態(tài)。因?yàn)闄C(jī)器人屬于日新月異的學(xué)科，新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品、新政策層出不窮。本課程引導(dǎo)學(xué)生以機(jī)器人設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、加工工藝材料、新的仿真技術(shù)與仿真軟件、先進(jìn)智能算法、先進(jìn)控制方法、近期出現(xiàn)的新型機(jī)器人等各種視角實(shí)時(shí)收集相關(guān)知識(shí)、資訊和文獻(xiàn)，特別是與自研機(jī)器人相關(guān)的最新信息，并在課堂上研討,作為師生長(zhǎng)期研究的課題。

“仿人機(jī)器人開(kāi)發(fā)”的目標(biāo)是自研機(jī)器人的廣泛宣傳與推廣。本課程在學(xué)習(xí)我校自研機(jī)器人使用手冊(cè)和了解中小學(xué)情況的前提下，組織實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，深入中小學(xué)宣傳機(jī)器人。研究學(xué)生、家長(zhǎng)、老師、管理層等對(duì)于仿人教育機(jī)器人引入科學(xué)課堂的反映，收集并分析客戶需求并形成報(bào)告，據(jù)此提出產(chǎn)品技術(shù)要求。可以把客戶心理學(xué)等作為研究方向。

(2) 機(jī)器人研發(fā)崗位。主要工作包括關(guān)鍵技術(shù)研究、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與外觀設(shè)計(jì)、圖紙審核；根據(jù)產(chǎn)品規(guī)劃、系統(tǒng)構(gòu)架和功能需求完成控制程序開(kāi)發(fā)及文檔編寫(xiě)、設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)機(jī)器人系統(tǒng)軟件架構(gòu)、系統(tǒng)軟件的定制和實(shí)時(shí)性優(yōu)化、器人運(yùn)動(dòng)控制算法的開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃算法和優(yōu)化。仿真驗(yàn)證方案可行性、工藝布局合理性、工藝流程優(yōu)化等；機(jī)器人生產(chǎn)過(guò)程模擬仿真研究、機(jī)電聯(lián)合仿真試驗(yàn)等。為使學(xué)生畢業(yè)后能夠勝任此崗位，設(shè)置了機(jī)器人結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)(6學(xué)分)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真分析(6學(xué)分)、機(jī)器人智能決策與規(guī)劃(6學(xué)分)、機(jī)器人造型與視覺(jué)傳達(dá)設(shè)計(jì)(6學(xué)分)等核心課程,以及仿人機(jī)器人本體設(shè)計(jì)(4學(xué)分)、仿人機(jī)器人工藝仿真(4學(xué)分)、機(jī)器人感知與辨識(shí)(4學(xué)分)等專業(yè)方向課程。

“機(jī)器人結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)”的目標(biāo)是通過(guò)直觀的設(shè)計(jì)和調(diào)研，為機(jī)器人整體設(shè)計(jì)打好理論基礎(chǔ)。課程內(nèi)容要掌握構(gòu)成機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)和常用機(jī)構(gòu)的原理、設(shè)計(jì)、選型等。包括齒輪、聯(lián)軸器、軸、舵機(jī)等，以及常用產(chǎn)品的調(diào)研。以開(kāi)發(fā)機(jī)器人的舵機(jī)齒輪為案例，通過(guò)SW、UG等三維設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)完成設(shè)計(jì)計(jì)算。研究方向和內(nèi)容可以涉及先進(jìn)設(shè)計(jì)理念、精密加工工藝等。

“機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真分析”的目標(biāo)是利用等力學(xué)分析軟件，分析機(jī)器人設(shè)計(jì)方案的合理性，并對(duì)于薄弱環(huán)節(jié)提出改進(jìn)方案。主要學(xué)習(xí)Adams軟件與Matlab軟件的基本使用方法以及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型。通過(guò)兩個(gè)軟件平臺(tái)完成機(jī)器人整機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，得出機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)范圍仿真結(jié)果；以及機(jī)器人動(dòng)力學(xué)仿真分析，以自研機(jī)器人為課堂案例，得出機(jī)器人極端情況下受力情況，用于舵機(jī)選型和結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。為形成系列化產(chǎn)品做好鋪墊。同時(shí)可將仿真的條件、分析過(guò)程、數(shù)據(jù)擬合等作為研究方向或研究?jī)?nèi)容。

“機(jī)器人感知與辨識(shí)”開(kāi)設(shè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人接受視覺(jué)圖像、遙感信號(hào)、內(nèi)部傳感信號(hào)后，完成目標(biāo)位置和狀態(tài)等信息等的識(shí)別。主要學(xué)習(xí)并研究信號(hào)檢測(cè)方法和識(shí)別算法，特別是我校機(jī)器人已有的算法，并理解對(duì)應(yīng)軟件程序代碼。有創(chuàng)新思維的學(xué)生可以修改更新算法，并通過(guò)實(shí)際機(jī)器人平臺(tái)實(shí)現(xiàn)算法和軟件的驗(yàn)證。課程以自研機(jī)器人為課堂案例和項(xiàng)目平臺(tái)。學(xué)生可以同步掌握Linux操作系統(tǒng)、C/C++、Python、Matlab等軟件使用。

“機(jī)器人智能決策與規(guī)劃”課程目標(biāo)是在“機(jī)器人感知與辨識(shí)”后，制定行為策略，例如，向目標(biāo)方向前進(jìn)、向目標(biāo)方向踢球等，以及對(duì)路徑足跡和姿態(tài)等做出規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的決策。主要學(xué)習(xí)并研究決策與規(guī)劃策略及主流算法，特別是自研機(jī)器人已有的算法，并理解對(duì)應(yīng)軟件程序代碼。有創(chuàng)新思維的學(xué)生可以修改更新算法，并通過(guò)實(shí)際機(jī)器人平臺(tái)實(shí)現(xiàn)算法和軟件的驗(yàn)證。課程以自研機(jī)器人為課堂案例和項(xiàng)目平臺(tái)。學(xué)生可以同步精通Linux操作系統(tǒng)、C/C++、Python、Matlab等軟件使用。

“仿人機(jī)器人本體設(shè)計(jì)”課程在“機(jī)器人結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)”的基礎(chǔ)上，對(duì)自研機(jī)器人的各個(gè)部件進(jìn)行三維仿真建模以及裝配建模，并生成標(biāo)準(zhǔn)化的工程圖用以加工零件。設(shè)計(jì)水平和標(biāo)準(zhǔn)要達(dá)到商用和產(chǎn)業(yè)化水平，學(xué)生作品經(jīng)過(guò)整改后直接用于零部件生產(chǎn)。設(shè)計(jì)過(guò)程中，可形成系列化和對(duì)比性的產(chǎn)品，可進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。還可利用“機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真分析”課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

“機(jī)器人造型與視覺(jué)傳達(dá)設(shè)計(jì)”課程主要完成自研機(jī)器人的造型和外觀設(shè)計(jì)以及操作軟件上的各個(gè)功能圖標(biāo)設(shè)計(jì)。可借鑒但要區(qū)別于市面已有的機(jī)器人，將美觀和實(shí)用性統(tǒng)一、具備獨(dú)特的設(shè)計(jì)風(fēng)格，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的作品。培養(yǎng)較高的審美能力和表現(xiàn)能力。精通3D Max、Photoshop等軟件。設(shè)計(jì)水平和標(biāo)準(zhǔn)要達(dá)到商用和產(chǎn)業(yè)化水平，學(xué)生作品經(jīng)過(guò)整改后直接用于機(jī)器人產(chǎn)品。設(shè)計(jì)過(guò)程中，可形成系列化和對(duì)比性的產(chǎn)品，可進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

“仿人機(jī)器人工藝仿真” 學(xué)習(xí)并借助Tecnomatix Robcad等通用的工作單元仿真工具，開(kāi)發(fā)、仿真、優(yōu)化、驗(yàn)證和離線設(shè)計(jì)機(jī)器人和自動(dòng)制造流程。一方面用于產(chǎn)生機(jī)器人裝配過(guò)程的指導(dǎo)視頻，另一方面用于機(jī)器人零部件加工工藝的選擇和標(biāo)準(zhǔn)制定。學(xué)生作品經(jīng)過(guò)整改后直接用于仿人機(jī)器人裝配和外協(xié)加工(或自行加工的設(shè)備選型與工藝過(guò)程制定)。還可拓展工業(yè)生產(chǎn)的工藝仿真。此項(xiàng)工作研究意義重大。

(3) 機(jī)器人技術(shù)崗位。主要工作包括各種知名品牌機(jī)器人編程、非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備程序設(shè)計(jì)、機(jī)器人電氣圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、機(jī)器人配置選型及操作和示教、編寫(xiě)技術(shù)方案、出具電氣原理圖、部件選型、樣機(jī)制作、樣機(jī)調(diào)試。整理和歸檔電氣設(shè)計(jì)圖、BOM表、使用手冊(cè)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的規(guī)范化，并對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行技術(shù)總結(jié)。 配合產(chǎn)品試制、安裝調(diào)試、測(cè)評(píng)與技術(shù)改進(jìn)工作，配合質(zhì)檢、工藝等技術(shù)指導(dǎo)及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化推動(dòng)工作等。為使學(xué)生畢業(yè)后能夠勝任此崗位，設(shè)置了機(jī)器人控制原理與仿真分析(6學(xué)分)、機(jī)器人控制器與操作系統(tǒng)(6學(xué)分)、機(jī)器人電氣設(shè)計(jì)(6學(xué)分)等核心課程,以及仿人機(jī)器人控制系統(tǒng)(4學(xué)分)、機(jī)器人制造技術(shù)(4學(xué)分)等專業(yè)方向課程。

“機(jī)器人控制原理與仿真分析”課程以“機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真分析”課程的模型和仿真結(jié)果為基礎(chǔ)，計(jì)算正向和逆向模型解，計(jì)算給定姿態(tài)下的每個(gè)舵機(jī)角度以及給定舵機(jī)角度集下的機(jī)器人姿態(tài)，學(xué)習(xí)穩(wěn)定性判據(jù)并應(yīng)用于機(jī)器人控制模型，做出機(jī)器人不同行進(jìn)速度的穩(wěn)態(tài)動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果，結(jié)合舵機(jī)技術(shù)參數(shù)模擬極限速度，為加速機(jī)器人行進(jìn)步伐和設(shè)計(jì)機(jī)器人動(dòng)作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?？梢匝芯坎煌愋偷臋C(jī)器人抽象模型以及不同的求解算法。

“機(jī)器人控制器與操作系統(tǒng)”課程根據(jù)“仿人機(jī)器人開(kāi)發(fā)”課程的機(jī)器人技術(shù)要求和“仿人機(jī)器人本體設(shè)計(jì)”課程的整機(jī)結(jié)構(gòu)條件約束，進(jìn)行機(jī)器人的控制器選型。學(xué)習(xí)掌握Arduino、樹(shù)莓派、ARM等主流控制器的適用條件和編程環(huán)境，了解ROS、Linux等操作系統(tǒng)。學(xué)習(xí)并掌握RoboCup類人機(jī)器人和RoboMan教育機(jī)器人的控制器程序和開(kāi)發(fā)環(huán)境，并理解對(duì)應(yīng)軟件程序代碼。有創(chuàng)新思維的學(xué)生可以修改更新算法，并通過(guò)實(shí)際機(jī)器人平臺(tái)實(shí)現(xiàn)算法和軟件的驗(yàn)證。課程以自研機(jī)器人為課堂案例和項(xiàng)目平臺(tái)。學(xué)生可以同步精通Linux操作系統(tǒng)、C/C++、Python、Matlab等軟件使用。

“機(jī)器人電氣設(shè)計(jì)”課程完成機(jī)器人電氣系統(tǒng)的選型配置。包括識(shí)別決策軟件和控制軟件的硬件載體、電源配置、舵機(jī)、傳感器等的配置以及相互之間的連接，保證系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行。學(xué)會(huì)機(jī)器人行業(yè)日益流行的Eplan軟件繪制電氣圖紙。

“仿人機(jī)器人控制系統(tǒng)”利用“機(jī)器人控制原理與仿真分析”課程產(chǎn)生的仿真結(jié)果，完成機(jī)器人動(dòng)作庫(kù)編制和設(shè)計(jì)并在自研機(jī)器人平臺(tái)進(jìn)行調(diào)試。盡可能完成最快速的機(jī)器人步行或跑步速度。學(xué)會(huì)Unity3D軟件，借用“機(jī)器人造型與視覺(jué)傳達(dá)設(shè)計(jì)”課程生成的圖標(biāo)圖樣完成APP與PC上位機(jī)和控制器下位機(jī)軟件開(kāi)發(fā)。實(shí)現(xiàn)用戶利用機(jī)器人無(wú)線遙控完成各個(gè)動(dòng)作和動(dòng)作組合編程，以及PC機(jī)軟件的動(dòng)作編程。

“機(jī)器人制造技術(shù)”的宗旨是產(chǎn)生“仿人機(jī)器人本體設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)的自研機(jī)器人的各個(gè)構(gòu)件，以及保證制造的機(jī)器人成品符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并取得相關(guān)認(rèn)證。學(xué)習(xí)使用或熟悉相關(guān)設(shè)備并掌握加工制造技能，配合“機(jī)器人安裝調(diào)試與保養(yǎng)”課程形成加工制造標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。另外，機(jī)器人認(rèn)證崗位主要負(fù)責(zé)取得機(jī)器人產(chǎn)品上市前必須取得的3C等認(rèn)證。需要熟知認(rèn)證的意義、了解認(rèn)證機(jī)構(gòu)和認(rèn)證流程、熟悉機(jī)器人認(rèn)證所采用的標(biāo)準(zhǔn)以及認(rèn)證測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試方案等。因此，本課程需要學(xué)生掌握這方面內(nèi)容。機(jī)器人關(guān)鍵部件的精密加工以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都是值得研究的方向。

(4) 機(jī)器人的安裝、調(diào)試和維護(hù)。該崗位人才缺口最嚴(yán)重，也是我校自研機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中至關(guān)重要的工作環(huán)節(jié)。因此設(shè)置了“機(jī)器人安裝調(diào)試與保養(yǎng)”(4學(xué)分)和“機(jī)器人故障診斷與處理”(4學(xué)分)兩門(mén)專業(yè)課，前者可以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)、實(shí)踐并改進(jìn)優(yōu)化安裝調(diào)試規(guī)程，從中主動(dòng)學(xué)習(xí)和積極探索機(jī)器人的奧秘、產(chǎn)生出高標(biāo)準(zhǔn)高質(zhì)量的機(jī)器人成品；后者主要負(fù)責(zé)維修從客戶處返回的機(jī)器人，并對(duì)機(jī)器人設(shè)計(jì)、用戶培訓(xùn)等提出改進(jìn)意見(jiàn)。學(xué)習(xí)、實(shí)踐并不斷充實(shí)故障處理手冊(cè)，總結(jié)形成報(bào)告。這兩門(mén)課程能夠很好地鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力、動(dòng)腦能力、處理各種問(wèn)題的能力、責(zé)任心等。這些都是相關(guān)工作崗位的能力要求。

(5) 機(jī)器人教師。隨著機(jī)器人的普及化發(fā)展，培訓(xùn)教師的需求量連年增加。自研機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目一方面培養(yǎng)面向中小學(xué)和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的培訓(xùn)講師，另一方面學(xué)生們畢業(yè)后可以直接到社會(huì)上的對(duì)應(yīng)崗位任職。要求師生深入一線，綜合其他課程提供的資源，共同研究和編制培訓(xùn)教程和培訓(xùn)方案。將機(jī)器人教學(xué)內(nèi)容以機(jī)器人實(shí)例的形式展現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生先模仿后創(chuàng)造在實(shí)踐中獲得知識(shí)和技能，使學(xué)生對(duì)于機(jī)器人的基本原理有很好的把握，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用和創(chuàng)新能力；模塊化、層次化的教學(xué)資源支持教學(xué)創(chuàng)新和學(xué)生個(gè)性化自主學(xué)習(xí)；注重學(xué)生機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)技能和教學(xué)能力的培養(yǎng)。

(6) 機(jī)器人競(jìng)賽和會(huì)展。這是近年來(lái)世界各國(guó)機(jī)器人愛(ài)好者極力追捧的活動(dòng)，也是推廣機(jī)器人產(chǎn)品、學(xué)習(xí)同行的先進(jìn)技術(shù)以提高自身的水平和把握機(jī)器人未來(lái)開(kāi)發(fā)走向以及提高學(xué)校知名度的重要渠道，也是極具研究?jī)r(jià)值的領(lǐng)域之一。但目前的狀況是大多數(shù)師生意識(shí)水平尚未達(dá)到應(yīng)有的高度，對(duì)研究比賽的重視程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此擬開(kāi)設(shè)專門(mén)的核心課程“仿人機(jī)器人賽事研究”(6學(xué)分)以彌補(bǔ)這方面的不足，并培養(yǎng)賽事組織和策劃工作者、比賽評(píng)委、比賽技術(shù)委員會(huì)成員、組委會(huì)成員、主辦方干事等崗位從業(yè)者。主要學(xué)習(xí)世界和國(guó)內(nèi)主流機(jī)器人比賽，尤其是涉及到仿人機(jī)器人的項(xiàng)目、參賽要求、比賽規(guī)則及規(guī)則演化趨勢(shì)、歷年參賽隊(duì)伍、歷年比賽成績(jī)、學(xué)術(shù)會(huì)議、技術(shù)委員會(huì)日常交流情況、跟進(jìn)機(jī)器人比賽的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息。主要研究機(jī)器人課堂級(jí)、學(xué)年級(jí)、校級(jí)、省市級(jí)、國(guó)家級(jí)和國(guó)際比賽項(xiàng)目設(shè)置和規(guī)則要求、比賽策劃和組織等。

(7) 留學(xué)生教育。該教育是國(guó)際交流和國(guó)家教育的重要組成部分，如何結(jié)合留學(xué)生的特點(diǎn)制定相應(yīng)的教學(xué)方案是保障留學(xué)生課程教學(xué)質(zhì)量、提升國(guó)際化辦學(xué)水平的關(guān)鍵[23]。留學(xué)生來(lái)源區(qū)域分布跨度較大，留學(xué)生之間的個(gè)體差異性較為明顯。要把機(jī)器人本身吸引人之處與留學(xué)生自身的文化習(xí)慣結(jié)合起來(lái)設(shè)置既能讓學(xué)生感興趣又能讓他們聽(tīng)得懂的課程。

“Fundamentals of Robotics”和“Robot Theory”是面向留學(xué)生開(kāi)設(shè)的機(jī)器人專業(yè)課，主要教授機(jī)器人基本常識(shí)，包括機(jī)器人種類和基本發(fā)展歷程、各國(guó)機(jī)器人研究水平、世界先進(jìn)機(jī)器人形態(tài)等，以及基本原理，涉及機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)部件、機(jī)器人傳感器、機(jī)器人控制器、機(jī)器人基本操作等。全部英文教學(xué)。教學(xué)過(guò)程穿插關(guān)鍵詞的中英文雙語(yǔ)理解，讓留學(xué)生在科學(xué)與文化方面都得到充分熏陶。

2.3機(jī)器人高級(jí)研修系列課程(第3層級(jí))

在國(guó)家政策大力支持和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)科技進(jìn)步的大趨勢(shì)下，機(jī)器人和人工智能發(fā)展迅猛，新理念、新技術(shù)、新成果層出不窮。發(fā)展機(jī)器人事業(yè)必須開(kāi)放邊界，著眼未來(lái)，拓展思維。因此我校設(shè)置機(jī)器人高級(jí)研修系列課程定期邀請(qǐng)知名專家學(xué)者，組織機(jī)器人與人工智能領(lǐng)域?qū)ｎ}研修。涉及機(jī)器人生產(chǎn)線全流程優(yōu)化、機(jī)器人控制系統(tǒng)干擾補(bǔ)償理論及應(yīng)用、機(jī)器人軌跡優(yōu)化及控制技術(shù)、機(jī)器人的安全可靠性標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試方法、移動(dòng)機(jī)器人定位及環(huán)境感知技術(shù)、中國(guó)十大標(biāo)志性機(jī)器人的機(jī)遇與挑戰(zhàn)、國(guó)家機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、機(jī)器人國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)器人的安全可靠性標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試方法等主題，吸納機(jī)器人領(lǐng)域前沿技術(shù)與思維、引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)提高機(jī)器人世界比賽水平、宣傳與推廣機(jī)器人研究成果，與國(guó)內(nèi)外先進(jìn)科研成果和管理理念接軌。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文提出的機(jī)器人學(xué)科課程設(shè)置與內(nèi)容安排將課堂教學(xué)與科學(xué)研究、產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目、學(xué)生就業(yè)有機(jī)結(jié)合、融為一體，通過(guò)機(jī)器人科普教育系列課程、高等教育系列課程和高級(jí)研修系列課程培養(yǎng)人才，既能夠使學(xué)校機(jī)器人項(xiàng)目真正切實(shí)可行地服務(wù)社會(huì)，又能從中培養(yǎng)出用人單位急需的專業(yè)化應(yīng)用型人才，還滋生出一系列具有深遠(yuǎn)意義的科學(xué)研究方向以培養(yǎng)和提升教師隊(duì)伍的科研能力。依托沈陽(yáng)市仿人機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、沈陽(yáng)城市學(xué)院智能工程學(xué)院，將機(jī)器人學(xué)科建設(shè)成區(qū)域乃至國(guó)家仿人和教育機(jī)器人研發(fā)的源頭、解決方案的專業(yè)集成領(lǐng)地、機(jī)器人行業(yè)人才培養(yǎng)基地。向中小學(xué)生和科普愛(ài)好者提供完善的人工智能和機(jī)器人科學(xué)教育平臺(tái)和教育方案、在實(shí)踐中不斷滋生具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)器人學(xué)科各研究方向的科研成果、源源不斷地為遼沈地區(qū)和東三省乃至全國(guó)各地輸送機(jī)器人、人工智能等方向的中國(guó)制造2025戰(zhàn)略實(shí)施中的緊缺人才。同時(shí)孵化特種機(jī)器人、智能制造相關(guān)產(chǎn)業(yè)，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和振興提供強(qiáng)有力的技術(shù)和人才保障。