论文部分内容阅读
摘要 大学生高水平的创新能力是建设创新型国家的人才和技术基础。足球机器人系统是一类典型的多移动机器人合作的对抗系统,机器人足球比赛已受到人工智能和机器人相关领域学者的广泛关注,并逐渐成为一个标准问题。分析机器人比赛在培养大学生创新能力方面所起的重要作用,阐述机器人系统的基本知识。通过参加机器人比赛,使学生获取更多的知识并学会分析问题和解决问题的方法,在创新能力方面得到有效的训练和全面健康的发展。
关键词 机器人比赛;大学生;创新能力
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1671-489X(2010)03-0021-03
Robot Contest and Cultivating Innovative Ability of College Student//Zhu Hairong, Du Jun, Liu Feng, Sang Xuehai
Abstract The high innovative ability of college student is the foundation of talent and technology for building up an innovative country. Robot soccer system is a kind of typical multiple mobile robots rivalry system, and the robot soccer game has got attentions of researchers in AI and related fields and is becoming a standard problem. This paper analyzes how the robot contest play an important role in cultivating the innovative ability of college student and explains the fundamental knowledge of the robot. By participating robot contest enables students to gain more knowledge,analyzing and researching approach as well as to get effective training and all-round development.
Key words robot contest; college student; innovative ability
Author’s address School of Electrical Engineering, Nantong University, Nantong, Jiangsu, China 226019
全球经济社会的快速发展和国内改革发展形势对高等教育提出进一步要求,未来几年,我国将在稳步提高高等教育大众化水平的同时,更加注重人才的培养质量和学校的办学效益,引领高等教育走健康可持续发展之路。提高高等教育质量,既是高等教育自身发展规律的需要,也是办好让人民满意的高等教育、提高学生就业能力和创业能力的需要,更是建设创新型国家、构建社会主义和谐社会的需要[1]。
1 大学生创新能力培养的重要性
近年来,高等教育规模快速发展,为我国经济社会的快速、健康和可持续发展作出巨大贡献。但是,目前高等教育还不能完全适应经济社会发展的需要,学生的创新能力亟待加强,人才培养模式、教学内容和教学方法需要进一步转变。要在短期内解决当代大学生的创新能力问题,提高当代大学生的创新能力是非常困难的,但这并不意味着当代大学生的创新能力不能得到提高。当代学生普遍具有创新的动机和欲望[2]。但目前大学所能提供的创新环境有限,创新气氛缺乏,大学生的创新潜力得不到充分发挥,创新能力难以得到提升[3]。
针对时代要求和当代大学生现状,利用自身条件,结合实践创新训练,有效提高大学生的综合创新能力。结合机器人实验室,参加机器人比赛等实践创新训练是沟通传统教学方法和培养创新型人才的桥梁。中国传统教育培养出能够灵活运用所学知识,具有发现问题和解决问题能力、具有创新思维和创新能力的学生少之又少。实践创新训练针对性强,从学生实际出发,调动学生对知识学习的主动性。学生在实践创新过程中既需要加深专业知识的学习,也需要吸收很多非专业的知识,从而培养学生对知识的驾驭能力,唤起学生对未知领域、对困难的探索欲望,激发创新潜力,提高创新能力[4]。
2 机器人比赛的意义
机器人足球比赛兴起于20世纪90年代,它是自动化及机器人领域最具前瞻性的研究之一。足球机器人系统是一个典型的多智能体系统和分布式人工智能系统,涉及机器人学、计算机视觉和模式识别、多智能体系统、人工神经网络等多个领域,而且它为人工智能理论研究及多种技术的集成应用提供了良好的实验平台。
机器人比赛涉及诸多领域的前沿研究和技术集成,实际上是高技术的对抗赛。国际上最具影响的FIRA和RoboCup两大世界杯机器人足球赛,有严格的比赛规则,融趣味性、观赏性、科普性为一体。机器人比赛从一个侧面反映了一个国家信息与自动化领域基础研究和高技术发展的水平。RoboCup是一个国际性机构,通过提供一个标准平台来促进人工智能和智能机器人的研究和发展,其最终目标是到21世纪中叶,一支完全自治的人形机器人足球队能够在遵循国际足联正式规则的比赛中,战胜最近的人类世界杯冠军。FIRA是韩国人创立的组织,从1997年开始每年举办一次比赛。FIRA的比赛中以前只有实际机器人的比赛,从2002年开始加入仿真组的比赛。FIRA采用集中式系统结构,即系统中只有一个决策系统,比赛过程中需要人的部分参与;而RoboCup为分布式系统,每个队员具有自己独立的进程,负责自身的信息感知、决策和动作执行,进程之间不允许进行直接的信息交换。
中国机器人大赛暨RoboCup公开赛是中国最具影响力、最权威的机器人技术大赛,在培养学生创新意识和团队精神方面发挥了极为重要的作用。机器人大赛竞赛形式公平,旨在促进电子信息类学科的建设,引导高校在实践教学中注重创新能力、协作精神、理论联系实际、动手能力和工程训练的培养,越来越受到相关院校的高度重视以及学生的欢迎。目前,该竞赛已成为全国电子信息类专业影响最大的赛事之一[5]。
3 中型组足球机器人比赛介绍
3.1 足球机器人系统的研究意义中型组机器人足球比赛要求机器人完全自主,环境感知、决策、运动控制、通讯等都必须由机器人自身完成,不允许任何形式的场外干预。其研究内容涉及机器视觉、图像处理、人工智能、多机器人协作、无线网络通信、数字电路等诸多领域。由于赛场上双方的形势是时刻变化的,机器人球队必须了解双方形势的动态变化,并根据这一变化采取相应的策略,如全面进攻、局部进攻或防守等;为执行这个决策,各自主机器人之间必须通过通讯来相互沟通和协调。因此,足球机器人系统是一个典型的多智能体系统。全自主机器人足球赛不仅包含多智能体系统要研究的全部内容,而且其中所包含的动态环境和实时性要求比一般系统更为苛刻。通过研究机器人足球赛,不仅可以研究多智能体系统的诸多典型问题,而且可以直接检验对抗双方多智能体协调策略的优劣程度,是进行多智能体理论研究的一个很好的实验平台。
3.2 足球机器人系统介绍机器人由运动控制模块、电源及驱动模块、传感器模块、计算机模块等多个模块组成,各模块间连接和拆装方便,如图1所示。就硬件方面而言,国际比赛中各队伍的硬件结构以全向运动机构和全向视觉系统为主。全向运动机构是将运动机构设计成3～4个车轮,均匀分布在同一圆周上,每个车轮分别由直流伺服电机、减速器、码盘和车轮等零部件组成;在每一个大轮子圆周上均匀分布若干个小轮子,大轮子受电机驱动,小轮子自由转动,这样整车可以很方便地实现任意主方向运动。国内比赛的各队伍中仍有一些采用非全向运动机构。非全向运动机构一般都是采用双轮差分驱动,在车体两侧布置有2个驱动轮,由2个电机分别进行控制,运动轨迹可以归结为直线和圆弧的组合;这种机器人在地平面上只有2个自由度,在某些运动之前要先进行转向运动,而且运动轨迹规划复杂,一些路径规划需要分解为多次的直线和圆弧运动,因此在球场上的运动速度和灵活性受到一定的影响。
实践表明,机器人比赛是素质教育、创新教育与前沿研究相结合的一条可行途径。与传统的以知识传授和技能培养为目标的课程不同,足球机器人具有实践性强、探索性强和综合性强的特点。通过开展机器人足球赛,有利于促进教学与科研的结合;有利于及时了解前沿研究;有利于探索教育改革和人才培养的新途径、新方法;有利于提高教师的科学研究能力;通过为学生提供参与科研的平台,有利于学生综合素质的提高和良好学风的形成,并促进学生创新能力和专业素质的提高;作为一种很好的课外科技活动形式,有利于促进校园文化建设。
4 结论
机器人研究所涉及的技术在当前企业单位应用甚广,人才缺口很大。同时由于机器人具有优于其他项目的开放性和趣味性,能够通过丰富的实验活动充分调动学生参与,吸引学生投入学习和动手研究,其创新型研究的理念也符合当前培养具有创造力人才的需求。因此,如果能够应用这种平台进行实践环节训练,将更有效地为社会提供专业型的动手和创新能力强的人才。机器人比赛是促进机器人教育和研究的重要手段,比赛中设置明确的目标、开放式的解决方案、充满挑战的对抗方式,这些特点都能激发学生的研究学习兴趣,从而提高动手能力、创造能力、协作能力和综合能力。
参考文献
[1]张云洲,吴成东,崔建江,丛德宏.基于机器人竞赛的大学生创新素质培养与实践[J].南京:电气电子教学学报, 2007,29(1):116-119
[2]万佑红,蒋国平.机器人教育与大学生创新能力培养的探索[J].南京:电气电子教学学报,2005,27(4):6-9
[3]Matheson B.A culture of creativity: design education and the creative industries[J].The Journal of Management Development,2006,25(1):55-64
[4]李春华,崔世钢,郑桐,郝立果.发展机器人教育培养综合型创新人才的研究与实践[J].天津工程师范学院学报,2005,15(4):61-63
[5]孙媛媛,何华.浅谈国际机器人竞赛[J].上海:上海教育科研,2005(2):52-54
关键词 机器人比赛;大学生;创新能力
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1671-489X(2010)03-0021-03
Robot Contest and Cultivating Innovative Ability of College Student//Zhu Hairong, Du Jun, Liu Feng, Sang Xuehai
Abstract The high innovative ability of college student is the foundation of talent and technology for building up an innovative country. Robot soccer system is a kind of typical multiple mobile robots rivalry system, and the robot soccer game has got attentions of researchers in AI and related fields and is becoming a standard problem. This paper analyzes how the robot contest play an important role in cultivating the innovative ability of college student and explains the fundamental knowledge of the robot. By participating robot contest enables students to gain more knowledge,analyzing and researching approach as well as to get effective training and all-round development.
Key words robot contest; college student; innovative ability
Author’s address School of Electrical Engineering, Nantong University, Nantong, Jiangsu, China 226019
全球经济社会的快速发展和国内改革发展形势对高等教育提出进一步要求,未来几年,我国将在稳步提高高等教育大众化水平的同时,更加注重人才的培养质量和学校的办学效益,引领高等教育走健康可持续发展之路。提高高等教育质量,既是高等教育自身发展规律的需要,也是办好让人民满意的高等教育、提高学生就业能力和创业能力的需要,更是建设创新型国家、构建社会主义和谐社会的需要[1]。
1 大学生创新能力培养的重要性
近年来,高等教育规模快速发展,为我国经济社会的快速、健康和可持续发展作出巨大贡献。但是,目前高等教育还不能完全适应经济社会发展的需要,学生的创新能力亟待加强,人才培养模式、教学内容和教学方法需要进一步转变。要在短期内解决当代大学生的创新能力问题,提高当代大学生的创新能力是非常困难的,但这并不意味着当代大学生的创新能力不能得到提高。当代学生普遍具有创新的动机和欲望[2]。但目前大学所能提供的创新环境有限,创新气氛缺乏,大学生的创新潜力得不到充分发挥,创新能力难以得到提升[3]。
针对时代要求和当代大学生现状,利用自身条件,结合实践创新训练,有效提高大学生的综合创新能力。结合机器人实验室,参加机器人比赛等实践创新训练是沟通传统教学方法和培养创新型人才的桥梁。中国传统教育培养出能够灵活运用所学知识,具有发现问题和解决问题能力、具有创新思维和创新能力的学生少之又少。实践创新训练针对性强,从学生实际出发,调动学生对知识学习的主动性。学生在实践创新过程中既需要加深专业知识的学习,也需要吸收很多非专业的知识,从而培养学生对知识的驾驭能力,唤起学生对未知领域、对困难的探索欲望,激发创新潜力,提高创新能力[4]。
2 机器人比赛的意义
机器人足球比赛兴起于20世纪90年代,它是自动化及机器人领域最具前瞻性的研究之一。足球机器人系统是一个典型的多智能体系统和分布式人工智能系统,涉及机器人学、计算机视觉和模式识别、多智能体系统、人工神经网络等多个领域,而且它为人工智能理论研究及多种技术的集成应用提供了良好的实验平台。
机器人比赛涉及诸多领域的前沿研究和技术集成,实际上是高技术的对抗赛。国际上最具影响的FIRA和RoboCup两大世界杯机器人足球赛,有严格的比赛规则,融趣味性、观赏性、科普性为一体。机器人比赛从一个侧面反映了一个国家信息与自动化领域基础研究和高技术发展的水平。RoboCup是一个国际性机构,通过提供一个标准平台来促进人工智能和智能机器人的研究和发展,其最终目标是到21世纪中叶,一支完全自治的人形机器人足球队能够在遵循国际足联正式规则的比赛中,战胜最近的人类世界杯冠军。FIRA是韩国人创立的组织,从1997年开始每年举办一次比赛。FIRA的比赛中以前只有实际机器人的比赛,从2002年开始加入仿真组的比赛。FIRA采用集中式系统结构,即系统中只有一个决策系统,比赛过程中需要人的部分参与;而RoboCup为分布式系统,每个队员具有自己独立的进程,负责自身的信息感知、决策和动作执行,进程之间不允许进行直接的信息交换。
中国机器人大赛暨RoboCup公开赛是中国最具影响力、最权威的机器人技术大赛,在培养学生创新意识和团队精神方面发挥了极为重要的作用。机器人大赛竞赛形式公平,旨在促进电子信息类学科的建设,引导高校在实践教学中注重创新能力、协作精神、理论联系实际、动手能力和工程训练的培养,越来越受到相关院校的高度重视以及学生的欢迎。目前,该竞赛已成为全国电子信息类专业影响最大的赛事之一[5]。
3 中型组足球机器人比赛介绍
3.1 足球机器人系统的研究意义中型组机器人足球比赛要求机器人完全自主,环境感知、决策、运动控制、通讯等都必须由机器人自身完成,不允许任何形式的场外干预。其研究内容涉及机器视觉、图像处理、人工智能、多机器人协作、无线网络通信、数字电路等诸多领域。由于赛场上双方的形势是时刻变化的,机器人球队必须了解双方形势的动态变化,并根据这一变化采取相应的策略,如全面进攻、局部进攻或防守等;为执行这个决策,各自主机器人之间必须通过通讯来相互沟通和协调。因此,足球机器人系统是一个典型的多智能体系统。全自主机器人足球赛不仅包含多智能体系统要研究的全部内容,而且其中所包含的动态环境和实时性要求比一般系统更为苛刻。通过研究机器人足球赛,不仅可以研究多智能体系统的诸多典型问题,而且可以直接检验对抗双方多智能体协调策略的优劣程度,是进行多智能体理论研究的一个很好的实验平台。
3.2 足球机器人系统介绍机器人由运动控制模块、电源及驱动模块、传感器模块、计算机模块等多个模块组成,各模块间连接和拆装方便,如图1所示。就硬件方面而言,国际比赛中各队伍的硬件结构以全向运动机构和全向视觉系统为主。全向运动机构是将运动机构设计成3～4个车轮,均匀分布在同一圆周上,每个车轮分别由直流伺服电机、减速器、码盘和车轮等零部件组成;在每一个大轮子圆周上均匀分布若干个小轮子,大轮子受电机驱动,小轮子自由转动,这样整车可以很方便地实现任意主方向运动。国内比赛的各队伍中仍有一些采用非全向运动机构。非全向运动机构一般都是采用双轮差分驱动,在车体两侧布置有2个驱动轮,由2个电机分别进行控制,运动轨迹可以归结为直线和圆弧的组合;这种机器人在地平面上只有2个自由度,在某些运动之前要先进行转向运动,而且运动轨迹规划复杂,一些路径规划需要分解为多次的直线和圆弧运动,因此在球场上的运动速度和灵活性受到一定的影响。
实践表明,机器人比赛是素质教育、创新教育与前沿研究相结合的一条可行途径。与传统的以知识传授和技能培养为目标的课程不同,足球机器人具有实践性强、探索性强和综合性强的特点。通过开展机器人足球赛,有利于促进教学与科研的结合;有利于及时了解前沿研究;有利于探索教育改革和人才培养的新途径、新方法;有利于提高教师的科学研究能力;通过为学生提供参与科研的平台,有利于学生综合素质的提高和良好学风的形成,并促进学生创新能力和专业素质的提高;作为一种很好的课外科技活动形式,有利于促进校园文化建设。
4 结论
机器人研究所涉及的技术在当前企业单位应用甚广,人才缺口很大。同时由于机器人具有优于其他项目的开放性和趣味性,能够通过丰富的实验活动充分调动学生参与,吸引学生投入学习和动手研究,其创新型研究的理念也符合当前培养具有创造力人才的需求。因此,如果能够应用这种平台进行实践环节训练,将更有效地为社会提供专业型的动手和创新能力强的人才。机器人比赛是促进机器人教育和研究的重要手段,比赛中设置明确的目标、开放式的解决方案、充满挑战的对抗方式,这些特点都能激发学生的研究学习兴趣,从而提高动手能力、创造能力、协作能力和综合能力。
参考文献
[1]张云洲,吴成东,崔建江,丛德宏.基于机器人竞赛的大学生创新素质培养与实践[J].南京:电气电子教学学报, 2007,29(1):116-119
[2]万佑红,蒋国平.机器人教育与大学生创新能力培养的探索[J].南京:电气电子教学学报,2005,27(4):6-9
[3]Matheson B.A culture of creativity: design education and the creative industries[J].The Journal of Management Development,2006,25(1):55-64
[4]李春华,崔世钢,郑桐,郝立果.发展机器人教育培养综合型创新人才的研究与实践[J].天津工程师范学院学报,2005,15(4):61-63
[5]孙媛媛,何华.浅谈国际机器人竞赛[J].上海:上海教育科研,2005(2):52-54