王涛特种机器人创新工作室-太原理工大学工会

一、特种机器人创新工作室建立背景、师资团队及开展方向

1.1工作室建立背景及意义

国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要为机器人产业创新发展指明方向。特种行业无人化、高危行业机器人换人，已成为行业发展共识。山西省是煤炭、钢铁、镁铝资源大省，面临用工成本高、资源就地转化率和产品附加值低的特点，大力推动机器人与传统产业融合，对支撑传统产业升级、带动资源转型升级，助力山西省从“一煤独大”迈向多元支撑发展意义重大。

王涛特种机器人创新工作室主要是面向全校热爱机器人的本科及研究生提供课外实践平台，支撑机械、力学、控制、计算机等学科发展，培养高端复合型人才。

1.2工作室师资团队

（1）工作室带头人

工作室带头人王涛教授为山西省青年学术带头人、“先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心”副主任、先进成形与智能装备研究院副院长、机械电子工程系主任，太原理工大学“五四青年奖章”获得者,担任“2021国际层状金属复合材料论坛”副主席。中国机械工程学会塑性工程学会理事、副秘书长，全国专业标准化技术委员会委员，山西省振动工程学会理事，上海市有色金属学会铝基复合材料分会专家委员会委员等学术职务，为服务行业发展和地方经济做出贡献。

主持国家重点研发计划课题、国家自然科学基金面上项目、中央军委国防科技创新特区项目、武器装备预研项目等项目10余项；以第一作者或通讯作者发表学术论文20余篇；以第一发明人授权国家发明专利5项；相关成果获冶金科学技术特等奖、教育部优秀成果奖、中国机械工业科学技术奖等省部级科技奖励5项。

（2）师资成员

特种机器人创新工作室创建于2018年3月，创建以来十分重视团队建设，形成了以一线专业技能人才为主体的技术骨干团队共计12人，有山西省中青年学术带头人、优秀青年博士学者、从事多年学生工作的经验丰富的辅导员、担任国家级学科竞赛评委的竞赛辅导教师和青年思政教师，可以从机器人发展战略、国际前沿、机器人构造与原理、机器人设计与控制、竞赛辅导、思政教育等方面为学生提供多角度，多层次的丰富指导。

工作室骨干教师包括教授4名、副教授3名、讲师1名、工程师4名，其中具有博士学位8名，硕士学位4名，是一支年龄结构搭配合理，精力充沛且有丰富教学、科研和学生管理经验的指导教师团队。团队教师讲授近代液压控制理论、机电系统导论、机械工程测试技术基础、液压与气压传动、工业机器人等专业基础课程；指导教师中包含从事多年教学工作的授课教师和从事多年学生工作的辅导员，能为学生的学业顺利开展和心理健康发展提供精准的指导。

图1 师资组成及专业特长

近五年来，团队教师负责国家重点研发计划项目课题3项、国家自然科学基金项目10余项、省部级项目30余项、横向项目多项；承担教育部新工科研究与实践项目1项、山西省教育教学改革项目6项、太原理工大学教育教学改革项目4项，形成了较为成熟的人才培养体系。

1.2工作室研究方向

（1）特种机器人机构学；

（2）特种机器人控制技术；

（3）特种机器人传感技术；

（4）特种机器人研发及其使役。

二、特种机器人创新工作室场所及教学设施

2.1特种机器人创新工作室的场所

特种机器人创新工作室目前拥有学生学习与实践基地300平，并配有完备的水电网络设施，可同时容纳60多名学生进行机器人创新实践学习。良好的工作环境是一切工作的前提，王涛特种机器人创新工作室自创建以来就十分重视工作室环境卫生的保持与维护，为了确保工作环境的整洁卫生，每次使用设备之后，指导教师均会对成员的打扫效果进行检查，并且该部分也会算作成员成绩考核的一个参考指标。

图2 工作室学习环境

此外，工作室还开展工作室之间的相互促进与合作，使得工作室之间取长补短，共同推进山西省职工（劳模）创新工作室的人才培养。2021年在常晓明教授和王涛教授的推动下，“晓明研究室”和“特种机器人创新工作室”联合成立了创新型人才培养基地。

图3 基地落成

两个工作室师生之间相互交流，形成了良好的互学交流氛围。目前两个工作室发挥各自的优势，吸引对计算机、机器人有兴趣的本科学生进行分阶段课外实践培养，以拓展人才培养的维度。

图4 特种机器人工作室教师为晓明研究室学生做课题分享

图5 特种机器人创新工作室学生分享研究成果

图6 工作室学生相互交流

2.2工作室设备

工作室内配置有先进的智能服务机器人、AGV+四自由度智能巡检机器人、3D打印机、双机协同运动六自由度工业机械臂、六维力传感器、矿井巡检机器人、学生自制机械臂以及人体关节行为自动捕获系统等机器人系统，实践教学硬件设施丰富。

图7 工作室部分实验设备

2.3工作室的教学情况

特种机器人创新工作室始终秉持“以学生为主体”的教学与管理模式，坚持工作室运行制度来源于学生又服务于学生，从而实现教学上教与学的辩证统一。目前经工作室全体成员集中讨论已经形成并起草了“特种机器人创新工作室成员管理规章制度”共四章、二十四条，主要用于严明纪律，激发学生们的求知探索热情。特种机器人创新工作室拥有学生自主设计的logo及微信公众平台。

图8 工作室的logo及微信公众号

工作室十分重视学生的心理健康与个人成长，并且在思政教育与党建工作方面也有着丰富的经验，会定期邀请心理专家开展活动，同时进行红色教育宣传，在工作号上我们也会会定期开展个人分享专栏，分享经历并且邀请专家开展一系列的专题讲座。

工作室坚持创新引领，注重学生创新意识的培养。指导教师利用课余时间为学生普及机器人及智能装备基础理论知识，为学生构建专业知识体系架构。

图9 老师授课

通过老师带学生学习模式创新，让不同年级同学之间相互讨论交流，形成指导教师带研究生，研究生带本科生、本科生高年级带低年级的“传帮带”培养模式。作为各学科的交叉域和融合点, 更有利于激发创新的火花；时间上全天候开放,学生可以随时到工作室做实验、做项目；工作室的仪器设备全面向学生开放,对学生进行仪器设备的使用考核后,可发给合格学生上岗证,给学生充分发挥的空间;实验内容上开放,即学生自主参加科研,学生可以运用所学的知识,自己设计实验题目,实验内容、实验条件、实验步骤,进行创新研究和探索;工作室管理上开放,学生在工作室中是主人而不是教师监管的对象,让学生主动参与管理,制定管理措施、管理模式、管理手段和方法,使学生在实验室里既有实验任务也有管理责任,真正使实验室成为知识运用、知识融合、知识创新的场所让学生充分发挥自己的主观能动性,主动去驾驭整个实践过程,学生在实践过程中处于主体地位,在主动、愉快的环境中充分发挥个性, 培养能力, 在知识、能力、品格方面都得以提高。

工作室注重将学生兴趣和工程热点相结合，设置微课题，并形成申请、答辩、论证、立项为主体的项目管控模式，设置时间节点督促各课题小组有效推进课题进度。目前工作室已经形成了垃圾示教分类、山西非物质文娱机器人、极地无人机应急保障机器人等八个特种机器人课题研究小组。；

2.4工作室的人才培养理念

以国家重大项目为引领，设置本科生创新创业训练项目，选拔优秀本科生参与应用型科研项目等，积极鼓励学生参加各类学科竞赛，全面提高学生的实践能力。将思想政治教育、创新创业教育融入到工作室人才培养的全过程。设置工作室专项基金，用于支持优秀本科生参与机器人国际会议或大型世界机器人展览会，并组织教师赴国际和国内机器人顶尖高校交流学习，培养高素质的国际化人才。优化工作室的管理模式，扩大工作室人才培养的范围，更大的最大化的发挥工作室在“新工科”复合型人才中的作用。

图10 建设设想

2.5工作室的国际化

工作室注重学生国际化视野的培养，先后选配学生参加第四届“全球工程重大挑战论坛”、世界机器人大会、山西省机械工程学会年会专题论坛，在国际化建设过程中使学生有机会与全球顶级科学家交流，学习他们优秀的思想和治学品格。

图11 学生参加国际化活动

三、特种机器人创新工作室师生取得的成果

基于学生兴趣跨专业跨年级自由组队，团队教师指导学生参与“互联网+”和“挑战杯”创新创业大赛、中国研究生机器人创新设计大赛、中国研究生数学建模竞赛、国内高水平竞赛，已取得丰硕的竞赛成果和丰富的竞赛经验，定期组织学生开展竞赛经验分享活动，分享学生在竞赛过程的所见、所思、所想，促使学生全面认识竞赛，对标竞赛所需认识不足并完善自己的知识体系，激发学生突破专业限制探求未知领域与知识的勇气。

竞赛成果：

（1）“百炼钢化为绕指柔——手撕钢钢铁工业皇冠上的明珠”获第七届中国“互联网+”大学生创新创业大赛全国总决赛金奖。

（2）“极地无人机应急保障机器人”获首届中国研究生机器人创新设计大赛二等奖及优秀指导教师奖；

（3） “基于刚柔耦合驱动的大型轴类锻件氧化皮在线清除机器人”获第二届中国研究生机器人创新设计大赛二等奖；

（4）“轻探寰宇——中国航空航天材料革新项目”获第六届山西省“互联网+”大学生创新创业大赛金奖；

（5）“中国航空航天不锈钢极薄带/碳纤维预浸带层合材料”获第十二届山西省兴晋挑战杯大学生创业计划竞赛金奖；

（6）“极地‘航母’” 获第七届山西省“互联网+”本科生创意组金奖；

（7）“远途智慧车联网平台” 获第七届山西省“互联网+”本科生创意组银奖；

（8）“‘1+1>2’的金属材料--高端金属变革性与绿色化制造先行者” 获第八届“创青春”中国青年创新创业大赛互联网专项铜奖；

（9）“超大轴类锻件氧化皮清除刚柔耦合机器人设计” 获2021好设计大赛创意奖；

（10）“百炼成钢薄如蝉翼坚不可摧——多能场辅助超薄精密不锈带钢成形” 获第四届“京津冀-粤港澳”青年创新创业大赛中原赛区一等奖。