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近日，2017年度普通高等学校本科专业备案和审批结果公布，又有60所高校将在今年招收机器人工程专业本科生，加上2015年度和2016年度已开设机器人工程专业的高校，全国共有86所高校开设了机器人工程专业，其中985高校4所。这是高校对国家提出的“中国制造2025”战略规划的积极响应，也是顺应全球产业格局深度调整的需要，更是对我国这个世界上较大的机器人市场对人才需求的应对举措。机器人将是改变未来世界的人和智能机器之间的中间体，是衡量一个国家高端制造业水平和科技创新的重要标志。机器人技术涵盖多个学科，它以控制科学工程、计算机科学技术、机械工程、生物医学工程、材料科学工程等学科中涉及的机器人科学技术问题为研究对象，综合应用了工程技术、自然科学、社会科学、人文科学等学科的技术、方法和理论，研究机器人的系统设计与优化控制、机器人与人及环境之间的交互模式、机器人的环境感知及人工智能等学术问题。2015年5月国务院印发的《中国制造2025》制造强国战略中，将机器人领域位列十大重点领域的第二位，机器人技术将是推进制造业强国战略的重要支点，机器人产业迎来了千载难逢的发展契机。当前为实现我国经济持续稳定发展，要求进行结构调整、转变发展方式、实现转型升级，同时我国人口老龄化日趋严重，人口和劳动力红利不复存在，这都需要机器人的参与。因而针对机器人领域专业人才培养的“机器人工程”专业受到各高校的关注。
一、国内机器人人才培养现状
目前国内机器人产业研究、设计、操作人员主要来自以下几个方面：（1）重点高校和科研院所培养的研发型人才，如哈尔滨工业大学、北京理工大学、中科院沈阳自动化研究所等，它们都有相应的机器人实验室，主要培养机器人专业硕士、博士层次人才。这些学生本科专业都不是机器人专业，而是与机器人专业相关的专业。他们所学与机器人相关的课程大多数是研究生课程，难以对机器人技术进行系统的学习。（2）高职类院校及部分应用型本科，这类学校培养的人才一般定位于操作应用型人才。这些学生不经过系统培训和深入学习，很难直接从事机器人研发工作。目前，国内机器人学的学科教育与课程教学体系虽已比较完整，但没有专门针对机器人学科的系统化教材，本科阶段机器人课程的开设也都是穿插在机械设计制造、机械电子工程、自动化、智能科学技术等专业中，现有机器人工程专业的课程设置没有突出机器人多学科融合和技术集成的特点，更像是控制、计算机、机械等学科课程的简单混合，在实验教学环节缺乏层次性和递进性，无法满足机器人领域的技术需求。
二、机器人工程专业特点
机器人工程是根据国际上学科发展动态、面向新一代机器人技术发展需求的专业，其理论体系由基础理论、主体理论和相关理论三部分构成，兼容了工程科学、自然科学、社会科学和人文科学的理论内容与技术方法，具有机械工程、电子工程、控制科学与工程、计算机科学与工程、生物医学工程、材料科学与工程、系统工程等多学科交叉融合的特征。由应用数学、机器人建模、运动学和动力学分析、轨迹规划及智能控制组成理论体系的基础；由机器视觉与图像理解、深度学习、强化学习与人工智能、脑与认知学、传感器与信号处理、机器人操作系统、生物机电工程、人机协作智能控制等构成理论体系的主体框架；由工程材料和制造基础、加工工艺、管理与配置科学等相关学科理论构成理论体系的辅助和补充，强化多学科交叉概念下机器人学科的系统理论。
三、机器人工程专业人才培养
机器人工程专业是面向本科层次的机器人人才教育，培养的人才主要有两个出路：一是要进入到同机器人生产或应用相关的及时线，能完成机器人相关应用及技术革新；二是进入高校及科研院所进行研究生阶段的学习，将来从事先进机器人理论和机构研发的高级人才。因此，对于该层次的机器人人才培养要遵循下列原则：首先应改变过去偏重机械、计算机、控制等某一方面的思想，树立多学科的理念；其次机器人学科是一个动态发展的学科，其间要不断融入新的技术和其他学科近期的研究成果；再次在学生学习期间，应积极通过参加机器人竞赛和研发项目实现学生竞争、合作与创新能力的提升；随着全社会对机器人接受程度的提高，应开展面向小学至高中的机器人兴趣班或夏令营，培养青少年对机器人的兴趣，为国家机器人发展储备青年人才。
四、机器人工程专业培养目标
学习机器人工程专业课程，学生将会获得与机械、数学算法、机器人控制方法、计算机图形学、移动机器人编程、应用技术的社会影响及更多相关的知识。除了学习特定的科学方法外，毕业生还将获得涉及数学思维的技能，也将获得艺术视野。由于机器人多学科的特点，在理论和实践环节中，特别是项目实施中要十分重视团队协作能力的培养。机器人工程专业将为培养具有技术设计、编程、修理和安装机器人设备等能力的专家做准备。
五、机器人工程课程设置
机器人工程课程的基础是运动和控制。在此基础上，感知、认知和行动是分层的。由于机器人技术是涉及建立体现这些基本原理、焦点和系统思维的学科，因此实践教学也是该专业的重要内容。考虑到机器人多学科的特质及现有高校专业设置的特点，机器人工程课程开设应该聘请机器人领域的专家组织机械、计算机、自动化及其他新建专业的教师进行交流、论证，根据各学校优势及人才培养目标，合理设置机器人工程专业不同课程的比例及学时，减少相同知识点的重复，根据新技术和学科发展特点及时增加新理论、新成果。应该尽早组织各方面专家共同编写针对本科层次的机器人综合性理论及实验教材。课程设置分为两块内容：理论教学部分和实践教学部分。借鉴国内外高校已开设机器人工程专业课程的专业培养方案，提出了课程类的概念。理论课程类课程主要涵盖了机器人本体机构模块、控制模块、规划模块、感知模块。
（一）理论课程类课程如下
1.机器人类：机器人导论、机器人控制、机器人操作系统基础、学术前沿讲座；2.机构模块：机械类：工程制图、大学物理、机械学基础；数学类：高等数学、矩阵代数及其应用、数值方法、概率论与数理统计；电子类：模拟电子、电路、数字电子；计算机程序设计类：计算机技术基础、微机原理、C语言程序设计、计算机仿真;计算机系统类：嵌入式系统、Linux系统；3.控制模块：自动控制原理、电机拖动与控制、计算机控制、智能控制;4.感知模块：传感器、计算机视觉、计算机视觉应用程序设计；5.规划模块：机器人规划技术、机器学习导论、人工智能。不同于上面理论课程中的实践课程，机器人专业教学实践课程要有层次性、递进性和综合性的特点，目的是向学生介绍机器人工程的多学科理论和实践。在机器人实验课程设计中要按照先由下至上，再由上至下的原则。即先各模块学习、实践到树立机器人整体规划、感知及控制概念；再从面向机器人具体任务出发到实现各模块设计、控制。
（二）机器人实践课程类课程如下
1.初级阶段：关注将电能有效地转化为机械动力
（1）模块化移动机器人套件搭建和调试。目标是熟悉机器人关节机构，坐标及位姿分析。（2）移动平台转向。目标是了解控制板电路与参数测量，控制板嵌入式编程。（3）模块化移动机器人的PID控制。目标是熟悉电机驱动及系统反馈控制思想。（4）移动机器人的动力学分析控制。目标是熟悉机器人的控制方法设计。（5）综合项目。目标是设计一个移动机器人，通过使用转向机构和PID控制器实现直流电机位置控制，完成一个起始点自主导航到一个设定的位置。
2.中级阶段：机器人系统通过传感器及反馈与环境进行相互作用
（1）电机电流传感测和机械力分析。目标是熟悉材料及其属性。（2）应变片和仪表放大器。目标是掌握相关传感器设备及嵌入式底层驱动开发。（3）移动机器人的多传感器融合。目标是熟悉移动机器人多传感器融合并实现自主导航。（4）综合项目：灭火机器人。目标是设计一个移动机器人，它可以在一个区域自主导航，探测到房间的入口，找到一个模拟室内火灾的蜡烛，然后把它扑灭。
3.高级阶段：机器人系统路径与运动规划
（1）AVR单片机编程。目标是熟悉AVR控制框架，实时编程及中断处理。（2）单关节手臂控制。目标是熟悉单关节手臂动力学和控制电路。（3）双关节手臂控制。目标是熟悉多关节手臂的运动学及动力学并实现控制策略。（4）非测距传感器。目标是熟悉非测距传感器的使用及信号处理。（5）综合项目：物流机器人。目标是实现目标的定位，手臂路径与运动规划，未知环境地图构建及移动平台避障。
六、总结
机器人多学科、综合性的属性决定了该学科的人才培养将会面临诸多的挑战。各学校由于专业基础不同，培养目标及培养方式也会存在差异，但机器人本身的特点又使得机器人工程专业人才培养存在许多共性的东西，本文就是从这一点提出了专业课程设置方案，能为多数开设机器人工程专业的学校提供参考。
