基于虚实结合的机器人实验教学平台设计及应用实践.pdf

简介：
本文探讨了将虚拟与现实技术融合应用于机器人实验教学中的创新方法，并展示了该平台的实际运用案例。通过构建一个综合性的学习环境，提升了学生的实践能力和创新能力。 本段落档介绍了一种结合虚拟与现实的机器人实验教学平台的设计及应用情况。该平台基于MatLab软件开发而成，旨在通过模拟操作来提高学生对机器人学的理解，并增强其实践能力。 1. 虚实融合的教学理念：此设计理念将虚拟仿真实验台和实际机器人操作相结合，使学生们可以在计算机上进行安全的实验预演，避免了因错误操作导致的真实设备损坏问题。此外，在物理实验前于虚拟环境中熟悉流程与方法有助于提高学生的实践效率。 2. 实验平台软件架构：该平台采用基于MatLab的开发环境，并利用其Simscape和Multibody™工具箱进行物理模型的设计、仿真及分析，非常适合机器人学的教学研究工作。 3. 六自由度机械臂实验系统：文档详细描述了六轴机械臂实验系统的构建过程及其各层级的功能与组件。例如应用层用于物理仿真实验；运动控制层负责算法计算和路径规划等任务。 4. 虚拟仿真环境集成：平台整合数字孪生技术，创建了一个虚拟模型来模拟真实的机器人设备。这使得学生能够在安全的环境中进行实验操作，并获得接近实际体验的效果。 5. 实体机器人系统的搭建：除了虚拟部分外，文档还介绍了实体机器人的构成要素，包括机械本体、控制器、电动夹爪以及六维力传感器等硬件组件。 6. 理论与实践相结合的教学模式：借助于虚实结合的实验平台，学生可以将书中的理论知识转化为具体的编程任务。在实践中不仅锻炼了编程技巧，还学会了如何应用这些原理来控制和操作真实机器人设备。 7. 新工科背景下的机器人教育：文章提到，在第四次工业革命背景下，“新工科”概念强调跨学科交叉融合的重要性。作为新兴领域之一的机器人工程受到了越来越多的关注。东北大学机器人科学与工程学院致力于培养学生的实践技能，以适应新时代的需求。 8. 教学资源开发：该实验平台不仅是一个技术工具，还是一套辅助教学资源体系。包括教程、示教器和上位机中的MatLab等都旨在帮助学生更好地学习掌握相关知识和技术。 9. 实验能力的培养与提升：通过使用此虚实结合的教学平台，学生们可以在虚拟环境中进行初步测试设计，并在实际设备中验证结果。这种方式既节省了成本又降低了风险。 10. 教育创新实践：文章还提到了机器人专业课程体系建设项目，该项目强调教育改革的重要性，并倡导产学研合作育人机制来提升人才培养质量。 综上所述，本段落档详细探讨了如何利用虚实结合的实验教学平台以提高学生学习兴趣和理论联系实际的能力。同时为新工科背景下培养高水平机器人工程技术人才提供了具体方法及实践案例。