導(dǎo)語(yǔ)：機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)教學(xué)探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1引言

我國(guó)作為一個(gè)工農(nóng)業(yè)發(fā)展大國(guó)，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的需求量很大。隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品單一化功能已不能滿足時(shí)展的要求，社會(huì)亟需多功能化的機(jī)械產(chǎn)品來(lái)解決工程科技面臨的難題，同時(shí)也對(duì)機(jī)械類專業(yè)人才提出了新的挑戰(zhàn)：機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)創(chuàng)新。機(jī)械類專業(yè)不僅是一個(gè)傳統(tǒng)專業(yè)，而且是一個(gè)不斷融合和創(chuàng)新的專業(yè)。為了響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，我校機(jī)械工程學(xué)院開(kāi)設(shè)了機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)這門課程，以培養(yǎng)學(xué)生綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)，不斷為國(guó)家提供創(chuàng)新型人才。機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)作為我校機(jī)械類專業(yè)創(chuàng)新型課程，也是一門多學(xué)科交叉學(xué)科，涉及機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、理論力學(xué)等課程抽象的理論知識(shí)，其中對(duì)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)的實(shí)現(xiàn)是該課程的教學(xué)主線。當(dāng)前，對(duì)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析的方法主要是圖解法和解析法。圖解法的主要特點(diǎn)是形象直觀，用于平面機(jī)構(gòu)分析簡(jiǎn)單方便，但精確度有限。解析法通過(guò)列運(yùn)動(dòng)方程將構(gòu)件中已知的結(jié)構(gòu)參數(shù)與未知的運(yùn)動(dòng)變量相關(guān)聯(lián)，再進(jìn)行求解。求解精確度高，不僅容易對(duì)機(jī)械的一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)過(guò)程進(jìn)行研究，而且還便于把機(jī)構(gòu)綜合問(wèn)題和機(jī)構(gòu)分析聯(lián)系起來(lái)，以尋求最優(yōu)方案，但數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜，計(jì)算工作量大，輸出的結(jié)果也不能直觀展示，嚴(yán)重妨礙了課程的教學(xué)效果與學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。本文將ADAMS仿真技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)課堂教學(xué)，提出理論教學(xué)與軟件平臺(tái)相結(jié)合的方法，為該課程教學(xué)改革提供一種思路。

2ADAMS功能介紹

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬樣機(jī)技術(shù)逐漸成為一項(xiàng)應(yīng)用廣泛的計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)[1]。其中，ADAMS軟件由于其先進(jìn)的“多功能數(shù)字樣機(jī)”技術(shù)，成為了CAD/CAE/CAM領(lǐng)域中使用范圍最廣、應(yīng)用行業(yè)最多的機(jī)械系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)仿真工具，被廣泛應(yīng)用于航空航天、軍工制造、汽車、船舶、化工、鐵道及重型機(jī)械等行業(yè)，國(guó)內(nèi)外眾多大型公司和知名企業(yè)也均把ADAMS作為其產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能仿真的平臺(tái)。憑借ADAMS軟件內(nèi)部集成的多樣化建模功能、優(yōu)越的分析能力及靈活的后處理手段，可建立復(fù)雜多樣的機(jī)械系統(tǒng)“虛擬樣機(jī)”模型，在虛擬工況下模擬其各種運(yùn)動(dòng)狀況，從而使用戶對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的各種動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行有效評(píng)估。另外，通過(guò)參數(shù)化建模技術(shù)[2]，可以獲得多種設(shè)計(jì)思路，直至提出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，提高產(chǎn)品的性能指標(biāo)和設(shè)計(jì)水平，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期和成本。ADAMS以其公認(rèn)的優(yōu)越性被越來(lái)越多的工程技術(shù)人員使用，功能強(qiáng)大，具體如下：（1）利用交互式圖形環(huán)境建立參數(shù)化三維實(shí)體模型，便于改進(jìn)設(shè)計(jì)。（2）可以對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、線性、非線性、剛體及柔體分析，功能多樣。（3）具有強(qiáng)大的接口處理能力，能與其他軟件聯(lián)合使用。（4）靈活多樣的數(shù)據(jù)后處理功能，能生成動(dòng)畫(huà)、曲線及應(yīng)力云圖等等。（5）支持用戶自定義的子程序，便于實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制與優(yōu)化。機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)這門課程的理念在于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和設(shè)計(jì)能力，并將設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)或模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真以檢查機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性與可行性[3]。ADAMS軟件憑借其多功能特點(diǎn)正好能滿足使用要求，具體分析流程如圖1所示。

3教學(xué)現(xiàn)狀分析

自我校開(kāi)設(shè)機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)這門課程以來(lái)，得到了機(jī)械學(xué)院老師和同學(xué)們的廣泛認(rèn)可，每學(xué)期該課程的選修人數(shù)都在不斷增加，為學(xué)院培養(yǎng)了一大批具有創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維的人才，他們?cè)趯W(xué)院或國(guó)家組織的“機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”“未來(lái)飛行器創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”“電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”中均取得了一定成績(jī)。雖然取得了一定的教學(xué)效果，但也對(duì)該課程的教學(xué)體系和教學(xué)方法提出了新的挑戰(zhàn)。在實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)該課程在教學(xué)過(guò)程中仍然存在一些弊端，主要的問(wèn)題如下：（1）該課程作為一門專業(yè)選修課。學(xué)生大多懷著掙學(xué)分完成課程任務(wù)的目的來(lái)學(xué)，不能引起學(xué)生足夠的重視，嚴(yán)重影響了學(xué)生的課堂積極性與自主性。（2）課程知識(shí)體系涉及廣泛，學(xué)科難度大。機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)這門課需要大量的先修課程為基礎(chǔ)，其主要講解的是機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法與機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，機(jī)構(gòu)的概念和運(yùn)動(dòng)的原理過(guò)于抽象化和理論化，學(xué)生不易掌握，教學(xué)質(zhì)量比較差。（3）創(chuàng)新和設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生的發(fā)散思維要求比較高，學(xué)生不喜歡動(dòng)手動(dòng)腦。現(xiàn)在的許多大學(xué)生都形成了過(guò)于依賴的習(xí)慣，缺乏獨(dú)立思考問(wèn)題的能力，動(dòng)手實(shí)踐能力差，學(xué)習(xí)上難度加大。（4）一成不變的上課方式，不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課程以理論教學(xué)講解為主，其中理論分析占用了大量的課堂時(shí)間，學(xué)生往往難以跟上學(xué)習(xí)進(jìn)度，思想容易開(kāi)小車，導(dǎo)致對(duì)課堂教學(xué)的興趣越來(lái)越少。綜上所述，對(duì)機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)的教學(xué)應(yīng)該注意教學(xué)方式與方法的合理安排。把理論與實(shí)踐緊密結(jié)合在一起，借助軟件平臺(tái)把抽象化的機(jī)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)機(jī)理通過(guò)仿真動(dòng)畫(huà)的形式展示出來(lái)，以此來(lái)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題的能力和動(dòng)手能力，這是目前在教學(xué)改革上的主要方向。

4ADAMS課堂應(yīng)用模式

為了達(dá)到教改目的，在機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)教學(xué)中引進(jìn)ADAMS軟件，希望以此來(lái)增強(qiáng)教學(xué)效果，提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，我們重點(diǎn)進(jìn)行了以下工作：4.1入門指導(dǎo)。在具體的課堂教學(xué)中引入ADAMS的學(xué)習(xí)，主要在理論教學(xué)時(shí)穿插介紹基本的ADAMS入門知識(shí)[4]。教師在上課時(shí)可以對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單的建模仿真分析，得到不同參數(shù)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫(huà)和結(jié)果曲線圖，使學(xué)生了解這種軟件的使用特點(diǎn)和長(zhǎng)處，讓大家有興趣學(xué)習(xí)這款軟件，并用它來(lái)進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析。4.2加強(qiáng)課堂互動(dòng)。為了避免傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)方法，改變枯燥乏味的教學(xué)方式，教師應(yīng)該加強(qiáng)課堂的互動(dòng)環(huán)節(jié)，積極引導(dǎo)學(xué)生探尋知識(shí)和理論的創(chuàng)新性應(yīng)用。鼓勵(lì)學(xué)生把安裝有ADAMS軟件的筆記本電腦帶到課堂上來(lái)，當(dāng)講到設(shè)計(jì)方法和案例分析的時(shí)候，學(xué)生可以邊聽(tīng)邊操作，在具體的操作過(guò)程中，學(xué)生可以將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，遇到不懂的問(wèn)題也可及時(shí)提出并獲得解答。這樣不但學(xué)習(xí)了知識(shí)，也提高了學(xué)生的動(dòng)手動(dòng)腦能力。這種交互式的教學(xué)方法，能夠充份調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，也優(yōu)化了課堂教學(xué)過(guò)程。4.3課后作業(yè)布置。在課后，教師必須對(duì)學(xué)生提出明確的復(fù)習(xí)內(nèi)容及復(fù)習(xí)要求，課后作業(yè)布置要少而精，以達(dá)到鞏固教學(xué)的目的。引導(dǎo)學(xué)生使用ADAMS軟件對(duì)課后習(xí)題或者設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，不但可以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握，而且可以達(dá)到拓寬學(xué)生知識(shí)面和熟練使用仿真軟件進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的目的。另外，布置的作業(yè)要做到“有布必收，有收必閱，有閱必評(píng)，有評(píng)必改”。4.4教學(xué)考核評(píng)估。教學(xué)評(píng)估不以一張?jiān)嚲碜鳛槲ㄒ豢己朔绞剑己诵问揭鄻踊渭兊脑嚲砜己溯^片面，不能真實(shí)地反映學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度和應(yīng)用能力，實(shí)踐中應(yīng)該采用課程考試、課后作業(yè)、課上問(wèn)答、自評(píng)與他評(píng)相結(jié)合的工作方法，綜合評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)。這樣不但能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也使教學(xué)評(píng)估更加規(guī)范化、常態(tài)化及制度化。

5結(jié)語(yǔ)

機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)，結(jié)合機(jī)械類專業(yè)各學(xué)科的特點(diǎn)，將虛擬樣機(jī)技術(shù)ADAMS軟件融入到課堂教學(xué)中，提出了理論與實(shí)踐教學(xué)于一體的教學(xué)模式，能夠較好地改善教學(xué)效果，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，不但加深了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，也提高了教學(xué)質(zhì)量。

作者:宮赤坤 羅士淼 單位:上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院

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