新工科实践应用型课程教学改革与探索——以“组态控制技术”为例

“课程思政”作为一种思政教育理念已不断融入课堂教学改革,促使实现思想政治教育与专业课知识体系教育的有机统一。针对机械电子工程的专业课程进行改革与探索,基于互联网大背景下在教育教学制度改革、教师引导、学生实践的三个方面进行改革,提出了“三优化一结合”,其中“三优化”表示优化教学大纲、优化课堂教学、优化评价体系,“一结合”表示结合“五位一体”的教学积分管理制度,分别从教务端、学院端、系部端、教师端、学生端进行积分制度管理。以新工科实践应用型课程“组态控制技术”为例,提高教育教学目的性,将立德树人作为教师的根本要务,将习近平新时代中国特色社会主义思想融入课堂与实践,充分运用互联网大背景的优势,将产教相融合,实现思政课程到课程思政的转型,实现基于OBE模式下的三全育人,引领思政教育在青年大学生中高质量发展,培养新时代高素质型创新人才。

大视场宽景深双远心系统的设计

为了满足基于机器视觉的复杂零件表面质量在线实时检测的需求,根据双远心成像原理和像差理论基础,采用ZEMAX光学设计软件,设计了一款大视场宽景深的双远心光学系统。所设计的系统仅由6块透镜组成,工作波长在可见光范围内,系统放大率为-0.061,工作距离大于390mm,最大视场达到180mm。结果表明,光学系统的最大畸变小于0.1%,景深范围达到80mm,调制传递函数在全视场100lp/mm处大于0.4,远心度最大值控制在0.012°内;各种像差均得到很好的矫正,像质优良。该设计结构符合双远心系统的总体设计要求。

基于单目结构光的手型、脚型三维轮廓测量系统设计

随着人们生活水平的提高,定制化产品也逐渐实现大众化。产品的三维参数快速精确获取是定制化产品的前提。基于结构光三维测量技术,搭建了用于手型、脚型三维轮廓测量的光机结构平台,实现了视觉旋转装置与测量对象的运动轨迹分开,保证了系统可以对测量对象无接触、简便地采集图像信息。另外,结合逆相机系统标定技术、条纹编码技术、三频外差解相技术、点云配准技术等搭建软件分析平台,集合了相机投影仪控制及标定、图像采集、三维重建,点云处理等功能。通过该软件平台可以快速进行系统标定和对数据图采集和处理,获取测量对象的三维点云数据,得到手模的三维轮廓信息。最后,进行了相机和投影仪标定实验、基于手模的三维重构实验。相机和投影仪标定的重投影误差分别为0.04和0.1像素,标定结果较好。系统标定参数结合解相得到的相位可以对手模的三维重构,不同角度重构的点云进行配准融合,得到完整的手模点云,实现了手模三维参数的获取。通过系统验证了所提出方案的可行性以及有效性。本方案为手型和脚型的定制化数据获取提供有效的解决方案,有望用于相关产品的生产制造。

基于虚拟制造技术的成型工艺及模具设计教学实训平台

针对当前塑料注射成型试验教学过程中出现的问题,提出一种基于虚拟制造技术的机械模具专业的教学实训开发平台。以虚拟制造技术为核心,以MATLAB为工具,结合模具教学标准资源库,开发可用于教学、实训和考核一体化的综合训练平台,有助于学生掌握注射成型过程中的关键技术,实现"教学互动","人机交互","虚实结合"的新型实训平台开发和应用。该平台的开发与应用在模具实训教学过程中有着较高的实用价值和推广价值。

新工科背景下基于虚拟制造技术的模具实训实验双语教学模式初探

新工科背景下国际化人才的培养成为高等教育发展的方向。对模具实训实验教学现状进行分析,认为"填鸭式"的教学手段、实训内容的滞后性和"双语型"教师的缺乏,已经不能满足新工科背景时代要求。通过实施基于虚拟制造技术的模具实训实验双语模式教学,在课程改革方向提出三步走的措施:提升师资队伍新工科教育能力;教师教学模式国际化;加强学生实践操作能力。该培养模式为国际化人才的输出打下坚实基础,为中国新工科建设发展添砖加瓦。

基于STC8A8K单片机的温室浇灌系统实验平台开发

针对当前本科生参加农业类智能装备竞赛的需求,设计开发了一种温室自动浇灌实验平台。该装置以三自由度桁架式机械手为主要机械结构,以STC8A8K64S4A12单片机为核心,对温室的湿度和温度进行检测,利用电机驱动、红外通信等模块实现定点准确灌溉,且可根据环境的变化实时调整浇灌水量,精准定位,节约水资源。利用该装置,可以训练学生的机械设计、单片机控制、步进电机控制、红外通信等技能,提高学生的实际动手能力和工程实践能力。

新工科“赛—教—学—研—创”模式实践教学探索

文章提出基于“赛—教—学—研—创”五位一体的实践教学创新理念,将学科竞赛、理论教学、多维自学和创新创业相结合,对五个环节分别设置培训和考核内容,以激发学生的学习兴趣,提高学生的实践动手能力以及创新创业能力,为机械电子工程专业本科实践教学提供新的教学思路和模式。

基于机器视觉的机器人智能分拣实验平台开发

针对机器视觉和机器人技术设备分散和功能单一等问题,开发设计了基于机器视觉的机器人智能分拣综合实验平台。将机电传动控制、气动控制、工程光学、图像处理技术、机器人控制技术等有机融合,可开设物料传送装置拆装测绘、光学图像采集系统搭建、单片机控制系统设计、真空吸附搬运分拣气动回路设计、手眼标定与形状匹配图像处理、机器人操作控制、上位机软件开发等实验。该实验平台体现了教学设备的先进性和创新性,有利于提高学生的工程实践和创新能力。

一种新型光机电一体化实验平台设计

针对传统光机电一体化实验平台技术落后,功能单一,实验环节不连贯等问题,提出一种基于控制卡和机器视觉的新型光机电一体化实验教学平台。利用十字交叉步进电机运动平台和真空吸盘构成上料/分拣机构,链条传动式传送带平台传送工件;利用VB.net软件,结合控制卡DMC1380库函数,控制电机和外部IO信号;采用Halcon软件对机器视觉采集的图像进行分析处理,得到检测结果;利用接近传感器对工件不同工位进行位置检测;运用气动技术,对工件进行真空拾取和分拣,可模拟自动化生产线流程,具备上料、机器视觉检测、分拣等功能,开设多个光机电一体化实验项目,为学生学习光机电一体化技术等课程提供了一个创新的实验平台,取得良好的教学效果。

三维应力状态下饱和软黏土循环动力特性试验研究

在三维应力空间中,基于循环大主应力与循环中主应力的耦合模拟交通荷载下竖向循环正应力与平行于道路方向的水平向循环正应力的耦合,构建了循环大、中主应力耦合应力路径,定义了循环应力路径表征参数——循环中主应力系数bcyc。通过GDS动静真三轴仪,对正常固结饱和软黏土进行了一系列循环大、中主应力耦合应力路径下的不排水循环加载试验,重点分析了循环中主应力系数及循环应力比对正常固结软黏土长期循环动力及安定特性的影响。试验结果表明:三维应力状态下,循环中主应力系数的增大提升了土体回弹模量,抑制了累积大主应变的发展,并且累积大主应变与循环中主应力系数呈线性关系。基于安定理论,确定了循环大、中主应力耦合应力路径下饱和软黏土的容许循环应力比,同时发现循环中主应力系数的增加引起了容许循环应力比的上升。

基于STC8A8K单片机的机电创新实训系统设计

新工科教育背景下,针对大学生在机电创新项目中需要对步进电机、舵机、直流电机进行控制,掌握SPI和IIC协议、串口通信、机器视觉等方面的知识,自主设计基于STC8A8K增强型51单片机的机电创新实训系统。该系统由单片机最小核心板及各模块组成,可用杜邦线灵活配置端口,实现典型机电控制训练,控制直流电机、步进电机和舵机,训练多种通信协议。该实训平台具备模块化和层次递推训练的特点,已应用在学生机电项目训练中,起到良好效果,可以提高学生解决复杂工程问题的能力。

摄录物镜光学设计

为满足某机器视觉检测设备系统的需求,设计了一款三组元六片式高分辨率摄录物镜,分析了摄录物镜的成像特点和光学特性参数,利用OSLO光学软件优化设计出符合指标的高分辨率的摄录物镜,可匹配1/2″CCD相机,放大率为0.2×,像方数值孔径为0.17,物方线视场为20 mm,物方工作距为240 mm,像方后工作距为29.46 mm,在160lp/mm的Nyquist频率处,MTF值为0.46,边缘视场畸变为0.02%,像散、场曲小,具有平像场的特点。该镜头结构简单,成本较低,可对相关摄录物镜的设计起到很好的参考作用。

智能宜家式盆栽自动灌溉控制系统设计

针对现代人常因忙于工作而不能及时对家中盆栽进行灌溉护理,而造成盆栽干死的问题,设计了宜家式智能盆栽灌溉控制系统,系统中STM32单片机作为控制中心负责人机交互以及数据汇总,STC89C51单片机负责控制水阀门进行灌溉,系统主要功能包括有:盆栽浇灌功能、土壤湿度检测功能、通风散热功能、数据存储功能。该系统能对各种盆栽进行个性化管理,具有可多节点扩展的特点。结果表明,系统能根据实时的盆栽土壤湿度和环境温度实现自动灌溉,为更加人性化和物联网智能家居提供可靠的参考。

七自由度双臂机器人旋量理论正向运动学与工作空间分析

机器人关节空间与工作空间的关系是通过正向运动学方程建立的,正向运动学分析是实现轨迹规划和控制的关键。介绍了比D-H参数法计算简单、描述全面的旋量理论法,应用指数积公式分别对七自由度和六自由度双臂机器人的单臂进行运动学分析并建立正向运动学方程。利用ADAMS进行运动仿真,对比发现:仿真结果与通过正向运动学方程求解的数据接近,误差不超过3 mm,验证了结合旋量理论建立的正向运动学方程的正确性;利用MATLAB软件进行工作空间分析,通过工作空间云图对比,得出七自由度双臂机器人有着更大的工作空间,表明拥有肩部关节的七自由度双臂机器人具有更好的运动学性能。

基于VUP构建虚实结合的光机电一体化综合实验平台

针对高校机械类实验教学中存在的设备少、设备更新慢、设备封闭,不易观察等问题,提出利用虚拟仿真技术构件虚实结合的实验平台。以工业生产中产品外观检测为例,基于法国irai公司的VIRTUAL UNIVERSE PRO(VUP)软件,构建了光机电一体化综合实验平台。该实验平台可以直观再现产品的在线检测过程以及每个部件在其中的内部结构、工作形式等。它涉及了三维建模、机械设计、机电控制、光学基础等多学科知识的练习,使学生多方面的知识得到锻炼。同时,VUP软件平台的开放性与生动性,可以很好地调动学生的积极性以及提高学生的创新能力。虚拟仿真技术可以清晰再现实验过程,是今后实践教学改革的重要方向之一。

基于HALCON的药盒条形码识别系统设计

为方便药品智能分拣,针对药盒条形码识别,利用多个摄像头,搭建了机器视觉检测平台,利用HALCON软件对药盒条形码进行识别,分析了识别软件中的图像读取,预处理,以及条形码识别,结果显示等方面内容,实验结果表明,设计的系统成本低、识别速度快,准确率高,能满足检测分拣需要。

建筑青砖废料对真空预压加固吹填淤泥效果影响

随着城市快速发展,城市建筑垃圾大量产生而利用率极低的问题日益突出。同时逐渐紧张的土地资源问题促使大量沿海城市使用吹填法进行围海造陆,然而吹填淤泥由于其性质需要进行处理。而被广泛应用的真空预压法由于淤堵等原因导致处理效果不理想,需要进一步改进。为解决当前问题,本文选择四种不同粒径破碎青砖废料掺入吹填淤泥中进行真空预压试验。试验结果表明,掺入粒径0.25~0.5mm破碎青砖废料真空预压试验组加固效果最佳。

广西高校科研层次架构优化及学科交叉优势互补体系研究

为了提升高校科研的综合能力,提升学生的科学素养,文章以广西某高校为研究对象,综合分析该高校科研人员的层次水平,通过对不同类型科研团队科研人员学科体系需求进行分析,构建多学科科研人员交叉优势互补体系。

基于虚实结合的智能制造人才培养模式探索

如何培养高素质智能制造人才,是现阶段教育面临的重要课题。分析目前培养方式的不足,提出探索虚实结合的人才培养模式,第一课堂与第二课堂联合培养,实验(实训)平台与虚拟仿真平台相互补充,希望能够为智能制造人才培养提供思路。

基于Robot Studio的机器人夹取装配生产单元虚拟仿真

在智能工厂规划设计过程中,智能生产线的计算机仿真技术能够帮助企业在实际投入硬件设备前做好优化,降低成本。因此,利用ABB机器人仿真软件Robot Studio,根据零件夹取的工艺设计和简单装配体的装配流程,设计规划了机器人夹取装配的空间布局,包括对活动机械夹具的设定、机械夹手多功能夹具创建Smart组件、机器人I/O信号板信号分配创建及连接等方面。使用SolidWorks三维建模软件设计机器人夹取装配线模型,再导入Robot Studio构建机器人多功能抓取及装配的方案设计、轨迹规划、离线编程和仿真过程。此设计方案与现实生产相符合,为智能制造方案实施中生产线规划设计提供了有力的理论指导和可行性分析,可降低生产线设计和调试成本。