小技术的大应用
——让“线上实验”有线下体验
一大早，大三的毕欣明猛然起床，昨天他把代码参数调错，被老师批评“差点弄坏机器”，尽管如此实验报告还没有写好，趁着大家都在酣睡，他打开电脑，使用学院“线上实验”系统，连上实验室机械臂开始调试：宿舍这边，修改了原有预处理命令，改动参数，下发指令；实验室那边，设备收到指令，旋即运转，隔着屏幕，他同步观察，“实际上还是跟自己想的一样，多试试就能找到规律”。
毕欣明是长春理工大学人工智能学院的学生。受疫情影响，学校所有课程均改为线上进行，他所学的“机器人学”基础实验课也不例外，和其他同学一样，大家担心“线上实验”难以获得线下体验。
前提：接上“两条链”
方明是人工智能学院院长，3月中旬，眼看实验教学安排日益临近，情急之下他提出开发“线上实验”系统。“两路信号，一路实现视频流传输，一路实现机械臂远程控制”。
随着几位年轻教师的加入，工作正式开启。博士毕业2年的付飞蚺是成员之一，主要研究方向是图像处理和目标跟踪，目前负责教学实践一体化平台的运维工作。“谈不上擅长，但可以出一份力！”他承担测试跨平台软件的安装和调用，在特定系统中，着手设置“内网连机械臂，外网连客户端”的链接，这“两条链”可以保证指令的发布和执行。邓莉巾负责的多自由度机械臂实验室，之前已经为多门课程提供过服务，她可以提供管理经验支持。具体的组建工作由彼时在校的方明负责，起初，找不到合适的摄像头，他就用手机来“平替”，没有合适的摄像头支架，他就用粗电线自己弯出一个，添加网卡，布置路由器，让只能上内网的设备也能上外网。他走遍其他几间实验室，到处搜罗零部件，能拆的先拆下来，能用的先拿过来，经过多次调整，机械臂“线上实验系统”上线了。
线上：打通“理解关”
人的手臂运动在生活中是灵活的，但机器臂毕竟不是人，它只认数学逻辑，每一个关节有着自己的逻辑判定，如何让机械臂的运动符合预期，这就产生了学问。
厂家的机械臂配套软件只能运行于特定系统中，这与平日里学生们常用的Windows有很大区别。授课中，教师按寝室分布将学生分组，每组分别实验，学生通过“两条链”控制设备，在自己的电脑上操作。
学生先在Qt（一种程序开发框架）中调整代码，“Run”后观察代码正确性，随后使用机械臂客户端软件调整机械臂，最终将两种方式形成的数据进行比较，填写实验报告。首次上课时，为了保证机械臂不发生意外损坏，授课教师会进行预演示，同时检查学生编写的代码，确保正确时才会下发执行。实验过程中，如果学生将程序参数改错，教师会及时介入指导。
“学生熟悉Qt中IDE的操作环境，加深对机械臂运行库中函数的理解”。随着指令下达，实验室中的机械臂实时变换姿态，直观展示机械臂运行情况，其中涉及到正、逆向运动学等机器人运动原理，实现足不出户，“所做即所得”。同时，可以实现实验的全天候，毕明欣正是基于问题的不解，清晨就能开启实验，如果他的同学中有“夜猫子”，实验也可以改到深夜。
日后：增强“改进力”
“学生愿意动手操作，但是缺乏真实的环境”，方明说，疫情之下，既有的条件可以实现小技术的大作为，提升教学效果。
对于“线上实验”，2019级机器人工程专业的熊伟川同学首先说的是“没想到”，在手中有虚拟仿真软件的情况下，他更愿意看到实物，“虚拟仿真没有误差，实物操作贴近实际，操作有一定误差，通过实验现象可以总结出结论，实验报告会更加真实。”
“能够直接看到实验设备，通过远程操作动起来，感觉很奇妙，开设‘线上硬件实验’课很新颖”，同为2019级机器人工程专业的杨云帆说。
“目前系统如果要进行大批量的实验，还是会有问题”，方明深谙，系统要努力改进才能不断增加体验。从基本框架来说，“线上实验的教学系统应该有三部分构成：校外操作、校外解说及校内辅助”。他认为，“在机器人上方加装摄像头，全方位地观察机器人运动细节”，也可以“将摄像头嵌入机器人，实现视场跟随”，眼光向外，机器人在科普中有更多用处，“日后可以向大众开放应用，让中学生远程控制实验设备，探索设备运行和代码执行。”
随着学校线上教学常态化，下一步，人工智能学院会将其他几间实验室进行升级改造，让线上实验教学有更多线下体验。
