机器人和控制是东北大学的优势专业方向之一,在全国具有很强的示范性,建有国内“985高校”首个机器人学院。依托NI ELVIS虚拟仪器平台、Quanser控制对象和移动机器人套件等各类开放平台,东北大学完成了诸多机器人和控制类课程改革,成果显著,打造了“互联网+”环境下的《自动控制原理》虚拟仿真实验、开发了基于一阶旋转倒立摆的虚拟仿真实验、形成了机器人运动控制实验教材建设以及各种机器人和控制“项目制”实验。东北大学《自动控制原理》为国家级精品课程,建设了国家级在线开放课程,多项成果获教育部产学合作协同育人项目立项支持。
合作目标
针对机器人和控制类课程实验进行改革,助力《自动控制原理》国家级在线开放课程建设,开发更多有实际工程应用背景的虚拟仿真实验和“项目制”实验。支撑机器人科学与工程学院专业建设和探索,开发形成针对机器人方向的教学资源。
解决方案
一、引入具有“互联网+”开放能力的工程教育实验平台
基于NI ELVIS和Quanser控制对象实验平台,构建基于Web访问控制的“互联网+”实验平台,学生可以通过网页浏览器从实验室以外的地方操控实验室中的实验平台完成实验,突破时间和空间的限制,线上线下结合的开展实验。《自动控制原理》课内课程设计实验包括了多样化的教学形式:视频点播、虚拟仿真、面对面教学、翻转课混合课堂和远程实验。深入研究了“互联网+”环境下的实践教学方法改革,完成实践环节的网络化课程建设,保证课程教学内容与模式的完整性,建设虚拟实验资源,以探究式、讨论式、参与式教学方式,为学生搭建个性化开放实践平台。
开发设计基于物理系统的综合设计性实验
二、开发设计基于物理系统的综合设计性实验
围绕《自动控制原理》国家级精品课建设,在实践环节开展层次递进式实验教学模式改革,优化整合数字仿真实验和模拟仿真实验,精选验证性和设计性实验,加入基于物理系统的综合设计性实验。依托NI ELVIS硬件实验平台,以Quanser一阶旋转倒立摆为对象,基于3D网络环境、虚拟现实、人工智能等信息技术开发设计,实现网络线上同步3D虚拟仿真实验及远程硬件操作实验课程。
基于一阶倒立摆的综合设计性实验
三、开发面向机器人工程专业的实验教材
参照国内外相关大学同类课程标准,对机器人运动控制实验课程内容、教材讲义和实验案例等进行设计,并开展教学实践,强化学生研究能力和创新能力培养,形成适合机器人专业本科生实际需求的机器人运动控制实验教材及实验指导书。
《移动机器人创新实践》课程现场