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但在如此有誘惑力的市場中,掌握話語權(quán)的是“四大家族”:瑞士ABB、日本發(fā)那科公司、日本安川電機、德國庫卡。
目前,“四大家族”占據(jù)全球工業(yè)機器人60%以上的市場份額,在核心技術(shù)和關鍵零部件研發(fā)上處于絕對領先地位,而國內(nèi)廠商還沒有叫陣“四大家族”的實力。
傳統(tǒng)關節(jié)機器人(即機械手臂機器人)需要三類核心零部件:高精密減速機、伺服電機和控制系統(tǒng)。
“在機器人的三大核心零部件中,國產(chǎn)控制系統(tǒng)能基本滿足目前需求。但如果要進入汽車領域,對控制器要求更高,還是需要進口。伺服電機跟控制器差不多,低端沒問題,中端產(chǎn)品也能滿足要求,減速機問題最大?!敝袊鴻C械工業(yè)聯(lián)合會執(zhí)行副會長、中國機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟執(zhí)行理事長宋曉剛坦言,中外品牌減速機的原理設計基本一致,但在工藝精度和穩(wěn)定性方面差距非常大。
在技術(shù)路線上另辟蹊徑是國產(chǎn)品牌突圍的一個現(xiàn)實路徑。常州金石機器人就是如此。從技術(shù)路線看,金石機器人主攻桁架機器人,這種機器人非常適用于金屬加工類的數(shù)控機床自動化和重載高速搬運行業(yè),可以為“無人工廠”提供系統(tǒng)解決方案。在這種技術(shù)路線下,高精密減速機并非核心零部件,也不會受制于國外企業(yè)。桁架機器人的最大優(yōu)勢就是超大負載,最大的能抓起4噸重的東西。
目前,在工業(yè)機器人這個行業(yè)里,中低端產(chǎn)品產(chǎn)能過剩、無序競爭局面開始出現(xiàn),相當一部分企業(yè)以集成組裝生產(chǎn)為主,停留在模仿、跟隨和簡單集成階段。
在宋曉剛看來,機器人的傳統(tǒng)應用領域是汽車,但國外并沒有中國這么全面和細分的制造業(yè)門類,國外機器人品牌也不可能熟悉這么多工藝流程,“我們的優(yōu)勢就在于,本土品牌應該對不同的制造業(yè)細分行業(yè)的工藝、流程、管理更加熟悉?!?/p>
對于未來,宋曉剛判斷,“我們需要一大批了解機器人性能、熟悉細分行業(yè)工藝的系統(tǒng)集成商,這是國產(chǎn)品牌可以發(fā)力的方向?!?/p>
在落地后的《中國制造2025》規(guī)劃中,明確將工業(yè)機器人列入大力推動突破發(fā)展的十大重點領域之一。而在宋曉剛看來,在政策利好的推動下,各地區(qū)都扎堆布局的現(xiàn)象已經(jīng)開始顯現(xiàn)。
在這場機器人產(chǎn)業(yè)“競賽”中,地方政府的補貼政策也是一個重要籌碼。例如,安徽蕪湖在2014年出臺了《蕪湖市機器人產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展若干政策(試行)》,其中細致地規(guī)定了十多項政府支持和補貼措施?!罢难a貼政策取向沒錯,但一定要補助那些質(zhì)量合格、真正在生產(chǎn)線上應用的機器人。”宋曉剛表示,現(xiàn)在一個最大問題是,相關政府部門,補貼政策不夠精準,大水漫灌,導致一些機器人生產(chǎn)企業(yè)靠補貼“過日子”,甚至頂著機器人概念套取地方政府補貼。
無錫市育英實驗小學舉行
在現(xiàn)場你會發(fā)現(xiàn),青少年機器人競賽參賽者雖是年紀不大的學生,不過玩起科學創(chuàng)意卻一點不含糊,而且還特別有“自我推銷”的意識。在一個“創(chuàng)意機器人”項目中,兩位高中生學生搭檔就不停地“吆喝”大家去見識自己的設計,為自己贏的比賽積攢“人氣”。
小學4年級男孩讓機器人跨欄鉆障礙
今年12歲的小男孩趙昱柯是江陰華士實驗小學4年級的學生,5月5日上午9點多比賽快開始前,他和自己的搭檔忙著檢測機器人的性能,防止在比賽中出現(xiàn)意外。對照著紙條上列舉的每一個動作的操作按鍵列表,一個個地進行檢查,從跨欄到鉆障礙,再到走樓梯,確認機器人能夠按照操作順利完成指示動作之后,他信心滿滿地參加了比賽。臨開始之前,他還不忘提醒搭檔說:“這場地和我們學校的不一樣,機器人走路容易倒,待會兒我們要注意點。”
不過,比賽現(xiàn)場還是出現(xiàn)了意外,電池電力不足,需要拆換電池??赡芤驗榫o張,小昱柯滿頭大汗地裝電池時,硬是插反了方向。當裁判告訴他規(guī)定的換電池時間已過,他不能繼續(xù)比賽時,小昱柯臉色紅了,頗有些茫然地發(fā)了一會兒呆,才在成績單上簽了名?!巴浛纯措姵亓?,裝電池的方向也搞錯了,哎!”
但孩子到底是孩子,愛玩的心性依然不改。在和搭檔找出問題裝好電池后,兩個孩子干脆在一旁玩起了機器人,開心地操縱著機器人做些有趣的動作,臉上也露出了開心的笑容?!跋麓尉蜁浀迷趺囱b電池了,也不會那么緊張了!”看起來,這次失利并沒有影響他對機器人的興趣,而且還相當?shù)赜惺斋@。
高中生搭建“迷你溫室大棚” 可模擬黑夜高溫等多種環(huán)境
“老師,您來看看吧,這是我們的設計,向您介紹介紹,歡迎支持我們!”當天的競賽現(xiàn)場,這個名為“迷你溫室大棚”的項目參加的是機器人競賽的“創(chuàng)意機器人”組,而作品的設計者是來自市北高中一年級的兩位男女生同學搭檔。為了能讓自己的設計受到更多的關注,為自己在競賽中積攢“人氣”,他們現(xiàn)場不停地“吆喝”,自我推銷的意識相當不錯。
“迷你溫室大棚”的設計者之一吳朝澤介紹說,他們設計的這個迷你溫室大棚,可以模擬出黑夜、高溫等多種環(huán)境,通過感性裝置,對溫室內(nèi)的植物生長進行自動調(diào)節(jié)。從植樹培土,到裝置的搭建、調(diào)適,所有的環(huán)節(jié)還比較復雜,他們兩人足足花了一個月時間?!拔覀兌际亲约簞邮肿?,還有一些需要完善的地方,請老師多看看指導啦,多支持我們!”搭檔小女生顏碩不忘記為自己
“拉票”。
還真別說,在他們的吆喝下,當天真有不少觀眾來“捧場”,在接下來的評分中,他們也獲得了12張笑臉,比賽成績相當?shù)睾???雌饋?,現(xiàn)在的孩子不但會玩創(chuàng)意,還會玩“推銷”,“組織老師讓我們要會自我介紹,我們就大著膽子照做了,呵呵!”
關鍵詞 創(chuàng)新 機器人 競賽 能力
中圖分類號:G644 文獻標識碼:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2017.05.021
2016中國杭州G20峰會已于9月4日在杭州召開,本次峰會的主題確定為“構(gòu)建創(chuàng)新、活力、聯(lián)動、包容的世界經(jīng)濟”,創(chuàng)新再次成為了關鍵詞。深圳優(yōu)必選智能人形機器人登上了央視G20峰會國家宣傳片,不僅代表了我國最前沿的高科技,更是凸顯了我國對于以智能機器人為代表的科技創(chuàng)新精神的大力支持。2016年,國務院《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》,我國工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委和財政部共同推出的機器人產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃。創(chuàng)新不是一蹴而就的,是需要恒久的堅持和深入的思考。
0引言
何謂“創(chuàng)新”?創(chuàng)新是以新思維、新發(fā)明和新描述為特征的一種概念化過程,是主觀能動性的高級表現(xiàn)形式,是推動民族進步和社會發(fā)展的不竭動力。從本質(zhì)上說,創(chuàng)新是創(chuàng)新思維藍圖的外化和物化。以現(xiàn)有的思維模式提出有別于常規(guī)或常人思路的見解為向?qū)?,利用現(xiàn)有的知識和物質(zhì),在特定的環(huán)境下,改進或創(chuàng)造新的事物、方法、元素、路徑或環(huán)境,并獲得一定有益效果的行為。
軍校教育相對于地方基礎教育和高等教育而言,儆諞愿叩冉逃為基礎的軍事專業(yè)教育和職業(yè)教育?,F(xiàn)代科學技術(shù)在軍事領域的廣泛應用,我軍科技強軍、質(zhì)量建軍的要求,未來戰(zhàn)爭對作戰(zhàn)行動的影響,以及世界范圍內(nèi)新的軍事革命的挑戰(zhàn),促使軍隊日益成為知識密集、科技密集、人才密集的群體,從而對軍事人才素質(zhì)的要求也越來越高。
對于學生而言,創(chuàng)新并不是一個新名詞,也不是一個遙不可及的概念,實際上是一種基本素質(zhì),是可以培養(yǎng)和訓練,并形成習慣的一種基本能力。創(chuàng)新能力是指技術(shù)和各種實踐活動領域中不斷提供具有經(jīng)濟價值、社會價值、生態(tài)價值的新思想、新理論、新方法和新發(fā)明的能力。依據(jù)人才培養(yǎng)目標,本著“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質(zhì)、廣適應”的要求,我校成立了“烽火”機器人俱樂部,作為學生科技活動創(chuàng)新實踐基地,營造全面、開放、綜合的創(chuàng)新實踐環(huán)境,以適應我校人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)型的需要。
1層次化創(chuàng)新培養(yǎng)體系的構(gòu)建
信息化條件下的戰(zhàn)爭是聯(lián)合作戰(zhàn),著眼于當前軍事斗爭準備和部隊需要,我校認真貫徹創(chuàng)新教育思想,更強調(diào)自主學習能力、科學思維能力、工程應用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
“烽火”機器人俱樂部依托機器人競賽為學生提供了提升自我能力的平臺,學校鼓勵感興趣、有能力的高年級和低年級學生積極參與。機器人研究涉及多個學科,如力學、機械、電子、控制、計算機等,俱樂部成員需要具備一定的專業(yè)基礎知識和能力。學生在參加比賽過程中不僅可以拓寬知識面,促進學科交叉,還能突破“搬磚式”的教學和實驗困局,開始學生的創(chuàng)新之旅。
目前,國內(nèi)影響力最大的機器人競賽是原中國機器人大賽暨RoboCup中國公開賽,該項賽事從1999年開始到2015年,一共舉辦了17屆。從2016年開始,原公開賽中非RoboCup項目繼續(xù)舉辦中國機器人大賽,原RoboCup比賽項目和RoboCup青少年比賽項目合并在一起,舉辦RoboCup機器人世界杯中國賽。2016年在將原有子項目進行了充分合并的基礎上,設置了空中機器人、水面機器人和救援機器人等多項符合機器人發(fā)展熱點和難點的比賽項目,整個比賽項目的技術(shù)難度涵蓋不同層次。
為幫助學生樹立系統(tǒng)的概念,培養(yǎng)系統(tǒng)地分析問題、解決問題的能力,提高工程實踐能力,與專業(yè)課程體系相配套,構(gòu)建多種層次的創(chuàng)新課程體系。該體系使學生從簡單的小系統(tǒng)到大系統(tǒng),從模塊到整體,由點到線,由線成面,由面建體,逐步、分層次、全方位的動手實踐,學生在擬定設計方案、搭建系統(tǒng)、調(diào)試整機等過程中,充分激發(fā)和展現(xiàn)學生的創(chuàng)新性和能動性。
“層次化”創(chuàng)新能力的培養(yǎng)中,組織了四層培養(yǎng)體系:
(1)基礎層:針對機器人競賽的要求,主要培養(yǎng)學生在方案設計,結(jié)構(gòu)設計與制作,傳感器和攝像頭使用,舵機和電機的運用,控制板的使用和軟件的編程,通信系統(tǒng)等方面的基本技能。
(2)提高層:針對競賽中各個項目的具體要求,培養(yǎng)學生新器件和新知識的應用能力以及新思路和新想法等創(chuàng)新設計思維能力。
(3)綜合層:針對項目中需要達到的指標,培養(yǎng)學生對所有技能的綜合應用能力,引導學生思考真正需要解決的問題。
(4)創(chuàng)新層:圍繞差異性、可行性、價值性等特征,突破、創(chuàng)新,培養(yǎng)學生一步一步把創(chuàng)新的想法變成現(xiàn)實的過程。
2創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的具體實施
以參加機器人比賽項目為目標而提出具體建設項目,而不是機器人競賽中所設立的項目。主要思路是通過梯隊建設,不僅能夠完成機器人競賽等科技競賽,而且能夠為相關專業(yè)和學科的學生提供自主創(chuàng)新設計及研究的平臺。機器人俱樂部采用以學生自主學習為主、老師指導為輔的教學模式,老師的主導作用與學生的能動作用的和諧統(tǒng)一。學生能動作用所表現(xiàn)的范圍、廣度、深度、側(cè)重點有所不同,老師在實施過程中注意啟發(fā)誘導學生獨立地進行學習、思考、練習、應用。結(jié)合實際電路設計的需要,按照先易后難,先簡單后復雜的思路進行,在實驗中注重新技術(shù)、新器件的運用,提前布置實驗內(nèi)容,要求學生獨立思考,自行設計,仿真并搭建電路。以提高學生的理論聯(lián)系實際、獨立思考、分析解決實際問題的能力,同時培養(yǎng)基本的實驗技能和動手能力。對學有余力的學生著重培養(yǎng)設計、綜合和創(chuàng)新能力。
2.1變換角度
重新審視討論的主題,如果一條道不容易走通時,就可以換一條道路。變換角度看問題,對于所有的現(xiàn)象,當大家認為不可能時,換一種思維模式時,就會有解決方案。只有變換一個角度考慮問題,就可以獲得意想不到的創(chuàng)意。人型搬運機器人需要完成搬運物塊的任務,手部設計很關鍵,不可能完全按照人手結(jié)構(gòu),也不可能用手指去拿,但是我們換個角度想一想,手部只要能完成搬的功能即可,也不一定是個正常的手,可以在手部加上小舵機,用舵機控制兩個夾片,采用抱合的方式搬,這樣還能增加夾片和物塊之間的摩擦程度,抓取比較牢固,不易滑落。
2.2打破常規(guī)
常規(guī)是大家認為一直遵守的規(guī)則或習慣。在很多情況下,大家都認為是不可能的時候,打破常規(guī),超越現(xiàn)實可以使得事情做成。在搬運項目人型比賽中,機器人將搬運的物塊放置到規(guī)定位置后,需要沿線返回,再去搬運其他物塊,這個過程中正常的思路是人轉(zhuǎn)身再沿線往回走,但是機器人在轉(zhuǎn)身的過程中需要不時調(diào)整腳上的傳感器對準黑線,用時不少。我們在設計的過程中,可以將機器人設計成既能向前也能倒退的形式,腳上的傳感器前后合理布局,不轉(zhuǎn)身,直接程序控制成倒退模式,這樣就節(jié)省不必要的麻煩,而且循線很準。所以說,創(chuàng)新不一定是非常大的東西,創(chuàng)新設計思維的創(chuàng)新往往是很重要的。同時,安排歷屆參賽獲獎的學生對新學生進行培訓和輔導,不斷積累比賽經(jīng)驗,并進行研究。
2.3團隊效應
在創(chuàng)新思維的過程中,需要集思廣益,就像是項目組一樣,從智商IQ走向眾商WeQ,由不同專業(yè)的人員組成設計團隊,各自給出完全不同的建議和想法,再進行民主集中制,獲得大家公認的最佳方案。讓不同專業(yè)和不同年級的學生進行組合,不僅擴大了不同專業(yè)學生的參與面,還建立了相應的梯隊,為后續(xù)的競賽奠定基礎。團隊建立后,由指導老師確定一名能力比較強的高年級學生作為隊長,利用傳幫帶作用開展活動。以人型搬運機器人比賽項目為例,在進行任務分配時,盡量考慮團隊中學生的特長和專業(yè),如,機器人的機械結(jié)構(gòu)設計,由具有機械設計基礎的隊員負責,硬件電路的設計和制作,如舵機和電機的驅(qū)動部分、控制電路部分、循線電路、搬運電路等由電路基礎好的隊員負責,軟件程序的設計由計算機相關專業(yè)的學生負責,團隊中每個隊員的分工非常明確,還要注重自我管理,責任細化。
下課了,我和李梓園懷著雀躍的心情在同學們羨慕的目光中跟著老師一起來到訓練室,開始賽前的集訓。眼前的機器人并不是想象中變形金剛一樣威武的形象,而是由各種電子元件組合在一起,有著四個輪子的“戰(zhàn)車”,我們則要操縱這個“戰(zhàn)車”機器人踢足球。
距離比賽只有兩周的時間,我和李梓園把所有課余時間都用來熟悉我們的“戰(zhàn)車”,在老師的精心輔導下,我們逐漸對這個新奇的東西操縱自如,我和李梓園的配合也越來越默契了。
兩周的時間如箭般飛過,就在比賽的日期馬上來臨之際,我居然在這最關鍵的時刻發(fā)燒了!比賽的前一天我?guī)缀鯖]有吃飯,渾身難受,無精打采,心中一時敲打著退堂鼓,一時又非常擔心錯過這場期待已久的比賽。晚上吃過藥,爸爸媽媽一直鼓勵我要堅持,其實,我也不愿意放棄這個難得的機會呀!
第二天一早,感覺好了一些,爸爸媽媽送我趕到集合地點,看到正在焦急等待著的老師和李梓園時,我仿佛一下子忘記了病痛。經(jīng)過兩個半小時的車程,我們終于抵達鞍山比賽場地,來自省內(nèi)的300多名中小學選手濟濟一堂,場面十分火爆!
比賽開始了。我和李梓園調(diào)試好我們的“戰(zhàn)車”,我們B-2小組首先要和B-1小組一決高低。萬萬沒想到,比賽才剛剛開始,兩個機器人就都出現(xiàn)了故障!我的防守機器人本應該在黑色區(qū)域攔截對方的進攻,可是我剛啟動它,它就像箭一般“飛”到了對方的角落里,根本不理我輸入的指令,而李梓園的進攻機器人則象“跳跳蛙”一樣,在那里自顧自地一下一下跳呢!正在我們不知所措的時候,對方的機器人卻“嗖”地一下把球踢入了自家的大門,我們反而得到了1分,上半場我們居然憑借對方的烏龍球僥幸領先了。下半場,對手的狀態(tài)出奇的好,他們的機器人一直兇悍地進攻,而我們的“跳跳蛙”呆若木雞地站著,一動不動,結(jié)果這一局我們以1:3的比分慘告失敗。
我們倆低著頭,非常自責地抱著機器人回來了,做了那么多的準備,卻輸?shù)眠@么慘,真是不甘心?。±蠋熆吹轿覀兇诡^喪氣的樣子,鼓勵我們說:只要付出了努力與汗水,總會有勝利那一天的,再說還有兩輪呢,你們要加油??!
不久之后,第二輪開始了。這次的對手是B-4小組,我們把老師的話銘記在心,把我們情緒和“戰(zhàn)車”都調(diào)整到最佳的狀態(tài),勇敢迎戰(zhàn)?!皯?zhàn)車”仿佛領會到我們必勝的信念,終于發(fā)揮出它們的昂揚斗志,上半場,我的機器人先拔頭籌,下半場,“跳跳蛙”又進一球,我們勝利在望??斓浇K場時,“跳跳蛙”不負眾望,又進一球,咦?這是我們自己的球門呀,停!停!……不理我們倆的大聲阻止,球還是慢悠悠地滾入自家的球門,真丟人!但是我們還是以2:1領先哦!
這次活動內(nèi)容豐富多彩,每個節(jié)目都各具特色,使人難以忘懷。有緊張激烈的問答題,優(yōu)美動聽的月亮歌曲;有詼諧幽默的小品表演,靈活好看的舞蹈;還有感情真摯的朗誦等等。在這些節(jié)目中,最使我難以忘懷的還是月亮詩背誦和講故事了。先說講故事吧,當屏幕上出現(xiàn)“月亮故事”這個標題時,我真有點不知所措,因為我們這個組從頭到尾就沒有準備過這個節(jié)目,但是,如果我現(xiàn)在棄權(quán),那么就要記零分了。眼看著前面的同學以個個都能流利的講出自己準備的故事,而我卻焦躁不安,但是我必須準備以個。?。∥抑懒?,前幾天不是看過一個關于月球的來源的一個故事嗎?別人一定想不到的,就是它了。
輪到我講故事了,我信心滿滿的大步跨上演講臺,我們組員們都為我捏一把汗,而我,卻在臺上輕松自如的盡情揮灑,雖然有時我吐錯了一個字,甚至記不清楚下一句話了,但是,我是相信我自己的,相信自己一定能為組里爭取分數(shù)。講完后,臺下響起一陣激烈的掌聲。通過這次講故事,我明白了一個道理:成功的第一步就是自信。
這次活動最精彩的莫過于背誦月亮詩了。知道為什么嗎?那就跟著我一直看吧,第一組的代表上臺了。他說了三四句就下臺了,然后一組的組員陸續(xù)背誦。每個組都有五分鐘時間。背對每個句子得五分!這個環(huán)節(jié)可是得分的關鍵哦!繼續(xù)看吧,第二組的代表上臺了,不過她好象沒做好準備,也說的不多,但是呢,魯冰花同學可厲害了,一口氣說了二十多個句子,對我們來說已經(jīng)是極限了,隨后,三組也說,他們得分也很不錯。