基于Robocup机器人足球竞赛大学生创新能力培养

基于Robocup机器人足球竞赛的大学生创新能力培养随着我国科学技术的进步和市场经济的快速发展，社会各个层面的竞争越来越激烈，社会对大学生的素质也提出了新的要求，新时代的大学生不但要有扎实的理论知识，更需要有创新能力和实践能力。这个新的变化引起了教学主管部门、高校、家长和大学生本人的广泛关注。

我校从2004年起组织学生参加国内外robocup机器人竞赛，并取得了较好的成绩：2004年中国机器人大赛robocup 2d仿真组冠军；2009年伊朗机器人国际公开赛3d仿真组季军；2010年新加坡世界杯3d仿真组冠军；2011年土耳其世界杯3d仿真组季军；2011年中国机器人公开赛3d仿真组冠军；2011年江苏省机器人大赛3d 仿真组冠军等等。机器人竞赛的全面开展对提升我校电类专业学生的创新实践能力和增强就业竞争力发挥了积极作用，也加深了我们对自动化类课程实践教学重要性和必要性的认识，强化了我们对学生动手能力的训练，促进了我们对学生基本素质的培养。

学生创新实践能力通过机器人竞赛的成绩来体现，并在竞赛实施过程中得以培养和提高。近年来，我们贯彻教育部质量工程建设，在实施机器人竞赛过程中，以校级大学生机器人创新基地为龙头，积极开展教学改革。在教学团队建设、课程体系建设、注重实践教学、重视学生第二课堂等方面全面开展了大学生创新与实践能力培养新途径的探索。开展了如何培养学生的兴趣、如何在实验中发挥学生的主体作用、如何鼓励学生利用课余时间进行电子系统开发、

如何营造创新环境、如何培养学生的创新意识、如何提高学生的创新能力、如何激发教师的指导热情等课题研究，积累了一定的经验，取得了一定的成效。在这过程中逐步形成了一个竞赛经验丰富的教学团队和一套卓有成效的竞赛培训体系。但是如何以机器人竞赛为载体，促进大学生创新与实践能力培养，我们还有很多需要探索和改进的地方，本文从以下几个方面进行改革。

一、竞赛教材的编写

以培养学生的创新实践能力为目标，完善培训课程设置、完善培训教学大纲、完善培训教材。建立完善的培训教学计划和培训体系。形成一年级普及兴趣班、二年级提高班、三年级综合班、暑期强化集训班的层次化集训体系，分别编写相关行之有效的集训教材；建立完善的、随着科技进步不断更新优化的实验教学体系；不断研制开发综合性、设计性培训实验项目。

设计一个参加robocup球队，根本问题是设计一个多智能体系统，能够进行实时的反应，表现出目标指导的理性行为。目标与环境动态的实时变化，由于足球比赛的状态空间极大，不可能用手工的方法来编码所有可能的情形和智能体的行为。这使智能体能学习如何有策略的进行比赛变得极为重要，因此必须对课程的内容进行合理地选择。我们的选择思路是尽量涵盖机器人学的主要内容，使学生对机器人有一个整体的认识，同时必须突出重点，深入浅出，使学生掌握课程的关键知识。因此，选择仿人机器人和轮式机器人为对象，以机器人运动学、动力学和控制系统设计为主线，机器人

传感器主要介绍光电编码器和视觉传感器，驱动器重点介绍直流伺服电机和舵机。机器人运动学和动力学部分主要难点是复杂的空间变换、运动学和动力学关系，这些内容即使对机械类的学生来说学起来也是相当困难的。如果要求学生完全掌握是不符合实际的，而且过多地纠缠在复杂的公式推导，学生难以理解反而会失去兴趣。因此，在讲授过程中简要介绍坐标变换、运动学和动力学原理。这样，学生以相对简单的对象进行学习，再通过仿真试验就可以对运动学和动力学原理有比较深的理解。认识到复杂的机器人系统不过是计算过程比较复杂而已，这一点对增强学生信心是非常重要的。在智能体协作方面，通过简化的人类足球赛策略模式，加以改进提升，形成有效的进攻与防守策略，让高智能算法理解起来不会太困难，这样改革教学内容和讲授方式可以减轻学生心理压力，进而学好本门课程的内容。

二、智能机器人实验平台建设

智能机器人实验平台主要包括轮式机器人实验系统和类人机器人实验系统两个主流的机器人平台。通过这两个平台的建设提高学生的动手和创新能力。

依托与网络机器人中央地方共建实验室的建设，建立轮式机器人实验系统，系统中机器人配备摄像头、激光和声纳等传感器，学生可以从中学习信息如何进行采集、如何进行处理和如何进行利用等多种知识，学习如何编写程序实现一系列的功能。

在类人机器人实验系统中，机器人各关节的运动及运动姿态由

位于关节处的电机控制，依据所使用的电机个数的不同，机器人有不同的自由度，训练学生通过控制电机来实现机器人的行走、舞蹈及踢球等各种动作，将书本上的运动学及逆运动学的知识生动地再现。

三、学生兴趣的培养

兴趣是最好的老师。依托学院机器人竞赛创新基地和学生组织“apollo社团”，进行科学的培训与管理，促进学生的素质与素养得到整体提高。培养的具体方法如下。

1．实验场所、实验设备、实验器材和文献资料对参赛同学全天候开放，分层次制订培训计划，使不同层次的学生都以最快的进度完成计划内容，让每一个参赛学生都能获得充实感、成就感。

2．树立培训榜样，使骨干队员充满自豪感，全力引跑，形成一种“比、学、赶、帮”的气氛。

3．建立竞赛获奖光荣榜，进行优秀作品展示，长期激励低年级同学。

4．积极邀请机器人方面的专家、应用能力强的优秀教师、高年级优秀获奖选手做学术和学习经验报告。

在培养学生的创新意识方面，我们进行过一些有益的尝试。如2010年机器人世界杯竞赛，学生任彦达、李立森、黄文伟应用自己所学的数学知识，完成了仿人机器人的全向行走、远距离射门、快速起身等动作的设计，并用一个多月的时间完成了算法的调试，最后在竞赛中取得了优异的成绩。由策划设计到实现调试，到答辩交

流，整个过程和经历让学生终生难忘。机器人竞赛的操作性很强，侧重于锻炼学生的动手能力。竞赛使那些具有良好的理论基础、实践动手能力强，特别是具有创新意识和协作精神的学生有了施展自己才能的空间。在目前就业形势严峻的情况下，参加过我们集训的同学其实践能力都较为突出，在毕业时都找到了较为满意的工作，并得到用人单位的好评。今后我们将在集训项目的选择、竞赛指导的安排上进一步强化学生实践能力的培养。

此项工作得到南京邮电大学通达学院教改项目(td00511jg11)、南京邮电大学教改项目（jg00511j79、jg00511j78）资助。

（责编张宇）