【摘要】本案例聚焦 TsingtaoAI 多模態(tài)具身智能實(shí)訓(xùn)解決方案，立足高校人工智能類專業(yè)智慧實(shí)訓(xùn)教學(xué)的核心需求，系統(tǒng)闡述該方案的整體架構(gòu)、核心功能及軟硬件配套體系，結(jié)合其在多所高校的落地應(yīng)用實(shí)踐，深入分析方案在賦能實(shí)訓(xùn)教學(xué)升級、提升學(xué)生專業(yè)實(shí)踐能力、推動專業(yè)教學(xué)改革、培育具身智能領(lǐng)域應(yīng)用型人才等方面的實(shí)際成效，為高校人工智能相關(guān)專業(yè)打造智慧實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系提供可復(fù)制、可推廣的解決方案與實(shí)踐路徑。

【關(guān)鍵詞】具身智能；智慧教育

在人工智能技術(shù)快速發(fā)展的背景下，具身智能成為前沿研究與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的重要方向，高校人工智能、機(jī)器人工程等相關(guān)專業(yè)對前沿化、實(shí)操化、體系化的智慧實(shí)訓(xùn)教學(xué)需求日益迫切。傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)存在技術(shù)與行業(yè)脫節(jié)、實(shí)訓(xùn)設(shè)備智能化程度低、多模態(tài)技術(shù)融合實(shí)操不足等問題，難以滿足具身智能領(lǐng)域的人才培養(yǎng)要求。TsingtaoAI 依托 VLA 大模型、3D 視覺等核心技術(shù)，研發(fā)多模態(tài)具身智能實(shí)訓(xùn)解決方案，深度融入高校智慧教育教學(xué)體系，通過軟硬件協(xié)同的實(shí)訓(xùn)平臺、場景化的教學(xué)設(shè)計(jì)、項(xiàng)目式的實(shí)操訓(xùn)練，破解高校具身智能實(shí)訓(xùn)教學(xué)痛點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)前沿技術(shù)與人才培養(yǎng)的深度融合。

一、架構(gòu)賦能，打造適配高校智慧實(shí)訓(xùn)的產(chǎn)品體系

TsingtaoAI 多模態(tài)具身智能實(shí)訓(xùn)解決方案以機(jī)器人工程/具身智能專業(yè)實(shí)訓(xùn)需求為核心導(dǎo)向，圍繞“感知-理解-執(zhí)行-學(xué)習(xí)”的具身智能核心邏輯，構(gòu)建模塊化、可擴(kuò)展的產(chǎn)品總體架構(gòu)，集成多模態(tài)感知、智能決策、精準(zhǔn)執(zhí)行、自主學(xué)習(xí)四大核心功能，適配高校大班制實(shí)訓(xùn)、分層教學(xué)、科研創(chuàng)新等多元教學(xué)場景，為機(jī)器人工程/具身智能相關(guān)專業(yè)智慧實(shí)訓(xùn)教學(xué)提供全流程技術(shù)支撐與教學(xué)保障。

（一）四層聯(lián)動總體架構(gòu)，適配高校教學(xué)邏輯

方案采用多模態(tài)感知層、多模態(tài)理解與決策層、行動執(zhí)行層、學(xué)習(xí)反饋層的四層閉環(huán)架構(gòu)，各層級相互獨(dú)立又協(xié)同聯(lián)動，既遵循具身智能的核心技術(shù)邏輯，又貼合高?！袄碚撝v解-模塊實(shí)操-綜合應(yīng)用-復(fù)盤優(yōu)化”的階梯式教學(xué)邏輯，讓學(xué)生能夠由淺入深、循序漸進(jìn)地掌握具身智能的核心技術(shù)與應(yīng)用方法。

1.多模態(tài)感知層作為方案的“智能感官”，整合3D深度相機(jī)、力矩傳感器、語音識別模塊三大核心組件，實(shí)現(xiàn)視覺、觸覺、聽覺多模態(tài)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集。在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，學(xué)生可通過實(shí)操相機(jī)參數(shù)調(diào)節(jié)、傳感器數(shù)據(jù)讀取、語音指令轉(zhuǎn)化等操作，直觀理解多模態(tài)數(shù)據(jù)采集的原理與方法，掌握3D視覺建模、力反饋檢測等基礎(chǔ)技術(shù)，為后續(xù)的綜合實(shí)訓(xùn)打下基礎(chǔ)。

2.多模態(tài)理解與決策層作為方案的 “智能大腦”，搭載DeepSeek大語言模型、Qwen-VL 多模態(tài)模型等前沿算法模型，實(shí)現(xiàn)對多模態(tài)數(shù)據(jù)的融合處理、自然語言指令的意圖解析、執(zhí)行任務(wù)的智能生成。該層級是實(shí)訓(xùn)教學(xué)的核心環(huán)節(jié)，學(xué)生可實(shí)操大模型API調(diào)用、多模態(tài)語義融合、指令轉(zhuǎn)化等操作，理解大模型在具身智能中的決策邏輯，掌握復(fù)雜指令的解析與處理方法，提升算法應(yīng)用與邏輯推理能力。

3.行動執(zhí)行層作為方案的“執(zhí)行終端”，以ER mycobot280協(xié)作機(jī)械臂為核心，配套自適應(yīng)夾爪、垂直吸泵等末端執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)對決策層指令的精準(zhǔn)落地。該層級聚焦實(shí)操能力培養(yǎng)，學(xué)生可開展機(jī)械臂關(guān)節(jié)坐標(biāo)控制、路徑規(guī)劃、物體抓取與放置等實(shí)操訓(xùn)練，掌握逆運(yùn)動學(xué)解算、碰撞避免、動態(tài)軌跡調(diào)整等核心技術(shù)，提升機(jī)器人控制的實(shí)際操作能力。

圖1 多模態(tài)具身智能實(shí)訓(xùn)解決方案總體架構(gòu)

圖2 TsingtaoAI昇騰技術(shù)認(rèn)證書

（二）三大核心功能，賦能智慧實(shí)訓(xùn)教學(xué)

方案圍繞高校智慧實(shí)訓(xùn)教學(xué)的核心需求，集成多模態(tài)融合實(shí)操、自然語言人機(jī)交互、實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)全流程管理三大核心功能，針對性破解傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中單一模態(tài)教學(xué)、操作門檻高、教學(xué)評價(jià)缺乏數(shù)據(jù)支撐等痛點(diǎn)，提升實(shí)訓(xùn)教學(xué)的智能化、實(shí)操化、個性化水平。

多模態(tài)融合實(shí)操功能：破解傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)“單一模態(tài)教學(xué)”痛點(diǎn)。該功能支持語音、視覺、觸覺多模態(tài)數(shù)據(jù)的同步采集、實(shí)時(shí)融合與指令轉(zhuǎn)化，學(xué)生可通過“語音指令輸入-3D視覺定位-觸覺傳感抓取-機(jī)械臂執(zhí)行放置”的全流程實(shí)操，掌握多模態(tài)技術(shù)在具身智能中的融合應(yīng)用邏輯。相較于傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)僅聚焦單一設(shè)備或單一模態(tài)的訓(xùn)練模式，該功能讓學(xué)生能夠理解不同模態(tài)技術(shù)的協(xié)同運(yùn)作機(jī)制，提升綜合技術(shù)應(yīng)用能力。

自然語言人機(jī)交互功能：破解傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)“操作門檻高”痛點(diǎn)。該功能依托大模型的自然語言處理能力，實(shí)現(xiàn)自然語言到機(jī)械臂操作指令的直接轉(zhuǎn)化，學(xué)生無需掌握復(fù)雜的C++、ROS等編程代碼，僅通過“把紅色積木放到藍(lán)色方塊上”“取一杯水并放到桌面上”等日常自然語言即可操控機(jī)械臂完成相應(yīng)任務(wù)。這一功能大幅降低了實(shí)訓(xùn)操作門檻，讓低年級學(xué)生或編程基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生也能快速參與到實(shí)訓(xùn)中，提升學(xué)生的實(shí)訓(xùn)參與度與探索欲，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

圖3 智慧實(shí)訓(xùn)技術(shù)方案示意圖

（三）軟硬協(xié)同配套，保障智慧實(shí)訓(xùn)落地

方案打造“標(biāo)準(zhǔn)化硬件+定制化軟件+體系化教學(xué)資源”的三位一體配套體系，適配高校智慧實(shí)訓(xùn)的全流程需求。

硬件方面，按高校4人一組的實(shí)訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配置，核心包含3D深度相機(jī)-Gemini336L、ER mycobot280協(xié)作機(jī)械臂與Jetson Nano套裝、自適應(yīng)夾爪、垂直吸泵等套件附件；硬件設(shè)備采用開源化、模塊化設(shè)計(jì)，支持學(xué)生進(jìn)行二次開發(fā)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)，同時(shí)硬件的操作方式與工業(yè)級設(shè)備高度貼合，讓學(xué)生提前熟悉工業(yè)場景的設(shè)備操作規(guī)范。

軟件方面，基于 Python 3.10搭建環(huán)境，同時(shí)配套 numpy、opencv-python等關(guān)鍵軟件包，提供DeepSeek官方平臺API、百度AppBuilder-SDK 語音識別與合成API，滿足多模態(tài)數(shù)據(jù)處理、大模型應(yīng)用、機(jī)器人控制等各類實(shí)訓(xùn)教學(xué)的技術(shù)需求。

圖4 三位一體實(shí)訓(xùn)配套體系示意圖

二、場景落地，打造高校智慧實(shí)訓(xùn)的多元應(yīng)用實(shí)踐

TsingtaoAI 多模態(tài)具身智能實(shí)訓(xùn)解決方案已在多所應(yīng)用型本科及高職院校的自動化、計(jì)算機(jī)、機(jī)器人工程等專業(yè)落地應(yīng)用，深度融入課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)、科研創(chuàng)新等核心教學(xué)場景，結(jié)合專業(yè)特色打造定制化的應(yīng)用案例，實(shí)現(xiàn)技術(shù)落地教學(xué)、實(shí)訓(xùn)對接產(chǎn)業(yè)、能力適配需求的智慧教育目標(biāo)。

（一）課堂教學(xué)場景：理論與實(shí)操深度融合，破解 “紙上談兵” 難題

在高校具身智能、人工智能導(dǎo)論、機(jī)器人控制等理論課程中，該方案將抽象的理論知識轉(zhuǎn)化為直觀的實(shí)操演示與動手訓(xùn)練，打造“理論講解+模塊實(shí)操+即時(shí)驗(yàn)證”的智慧課堂教學(xué)模式。

圖5 3D深度相機(jī)建模實(shí)踐

（二）實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)場景：項(xiàng)目式分層訓(xùn)練，提升學(xué)生綜合實(shí)踐能力

在高校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程中，該方案圍繞“基礎(chǔ)實(shí)操-綜合應(yīng)用-創(chuàng)新設(shè)計(jì)”設(shè)計(jì)分層式項(xiàng)目訓(xùn)練，適配不同年級、不同基礎(chǔ)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)需求，打造項(xiàng)目式、探究式的智慧實(shí)訓(xùn)模式。

應(yīng)用案例：某高職院校的自動化專業(yè)，在《工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用》實(shí)訓(xùn)課程中，采用該解決方案開展分層實(shí)訓(xùn)。針對大一新生，設(shè)置“機(jī)械臂基礎(chǔ)控制、簡單物體抓取”等基礎(chǔ)實(shí)操項(xiàng)目，讓學(xué)生掌握機(jī)器人的基本操作方法；針對大二學(xué)生，設(shè)置“多模態(tài)指令執(zhí)行、沏茶倒茶等復(fù)雜任務(wù)分解”等綜合應(yīng)用項(xiàng)目，學(xué)生通過語音指令解析、多模態(tài)數(shù)據(jù)融合、動作序列規(guī)劃，完成復(fù)雜任務(wù)的全流程執(zhí)行；針對大三學(xué)生，設(shè)置“工業(yè)零件智能分揀”等創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目，學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)方案，優(yōu)化大模型識別算法與機(jī)械臂運(yùn)動路徑，完成實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的創(chuàng)新開發(fā)。

圖6 機(jī)械臂使用實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練

（三）跨專業(yè)融合場景：打破專業(yè)壁壘，培養(yǎng)復(fù)合型智能人才

針對高校新工科建設(shè)中“跨專業(yè)融合育人”的需求，該方案適配自動化、計(jì)算機(jī)、電子信息、機(jī)械工程等9大類專業(yè)的實(shí)訓(xùn)需求，打造跨專業(yè)的智慧實(shí)訓(xùn)平臺，打破專業(yè)壁壘，培養(yǎng)具身智能領(lǐng)域的復(fù)合型人才。

圖7 跨專業(yè)AI實(shí)訓(xùn)大綱

（四）科研創(chuàng)新場景：賦能師生科研探索，推動教學(xué)與科研協(xié)同

該方案的硬件設(shè)備開源化、軟件算法可二次開發(fā)，為高校師生的科研創(chuàng)新提供了低成本、高適配的研究平臺，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)與科研創(chuàng)新的協(xié)同發(fā)展，助力高校科研成果的轉(zhuǎn)化與教學(xué)反哺。

圖8 采摘機(jī)器人機(jī)械臂設(shè)計(jì)

三、成效凸顯，打造高校智慧教育實(shí)訓(xùn)的新范式

TsingtaoAI多模態(tài)具身智能實(shí)訓(xùn)解決方案在高校智慧教育中的落地應(yīng)用，不僅有效破解了具身智能領(lǐng)域?qū)嵱?xùn)教學(xué)的諸多痛點(diǎn)，還在學(xué)生核心能力培養(yǎng)、專業(yè)教學(xué)改革、師資隊(duì)伍建設(shè)、區(qū)域智慧教育發(fā)展四個維度取得了顯著的實(shí)際成效，打造了技術(shù)賦能、場景落地、成效導(dǎo)向的高校智慧實(shí)訓(xùn)教學(xué)新范式。

（一）學(xué)生核心能力顯著提升，適配產(chǎn)業(yè)人才需求

方案通過場景化、實(shí)操化、項(xiàng)目式的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，讓學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃犹剿?，不僅掌握了具身智能、大模型、3D 視覺等前沿技術(shù)的核心應(yīng)用邏輯，還提升了實(shí)操能力、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、跨專業(yè)協(xié)作能力等綜合素養(yǎng)。據(jù)落地高校統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用該方案后，相關(guān)專業(yè)學(xué)生的就業(yè)率提升35%，其中進(jìn)入人工智能、機(jī)器人制造等前沿領(lǐng)域的畢業(yè)生占比提升50%，學(xué)生的專業(yè)能力與產(chǎn)業(yè)人才需求的匹配度大幅提升，實(shí)現(xiàn)了“實(shí)訓(xùn)即實(shí)戰(zhàn)、畢業(yè)即上崗”的人才培養(yǎng)目標(biāo)。

（二）專業(yè)教學(xué)改革持續(xù)深化，打造智慧教學(xué)特色

依托該方案，各落地高校對人工智能、機(jī)器人工程等相關(guān)專業(yè)的教學(xué)體系進(jìn)行了深度改革，重構(gòu)了“理論+實(shí)操+科研+創(chuàng)新”的課程體系，打造了線上線下融合、校內(nèi)校外互通的智慧教學(xué)模式。多個高校依托該方案建成了校級具身智能實(shí)訓(xùn)中心，開發(fā)了多門特色精品實(shí)訓(xùn)課程，形成了自身的專業(yè)教學(xué)特色，其中部分高校的教學(xué)改革成果獲評省級新工科教學(xué)改革項(xiàng)目，專業(yè)建設(shè)水平得到顯著提升。

（三）師資隊(duì)伍教學(xué)能力持續(xù)提升，賦能智慧教育發(fā)展

方案為落地高校提供系統(tǒng)化的師資培訓(xùn)，涵蓋具身智能技術(shù)、實(shí)訓(xùn)平臺操作、教學(xué)方案設(shè)計(jì)等核心內(nèi)容，同時(shí)配備專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)提供上門技術(shù)支持與教學(xué)指導(dǎo)。通過培訓(xùn)與實(shí)操，高校教師的前沿技術(shù)素養(yǎng)、智慧實(shí)訓(xùn)教學(xué)能力得到顯著提升，多個教師團(tuán)隊(duì)依托該方案開展教學(xué)研究，發(fā)表了多篇智慧教學(xué)相關(guān)論文，開發(fā)了多項(xiàng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)專利，打造了一支“懂技術(shù)、會教學(xué)、能創(chuàng)新”的智慧教育師資隊(duì)伍。

（四）實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式可復(fù)制推廣，助力區(qū)域智慧教育發(fā)展

該方案打造的智慧實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式，適配不同類型、不同層次高校的教學(xué)需求，且軟硬件配套完善、教學(xué)資源體系化、落地實(shí)施便捷，已在多個區(qū)域的高校實(shí)現(xiàn)落地應(yīng)用，形成了可復(fù)制、可推廣的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。通過區(qū)域內(nèi)高校的交流與合作，該模式已在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行輻射推廣，推動了區(qū)域內(nèi)高校人工智能類專業(yè)的智慧實(shí)訓(xùn)教學(xué)發(fā)展，提升了區(qū)域智慧教育的整體水平，為區(qū)域人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展儲備了大量的應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才。

四、結(jié)語

TsingtaoAI多模態(tài)具身智能實(shí)訓(xùn)解決方案，以高校智慧教育實(shí)訓(xùn)需求為核心，以VLA大模型、3D視覺等前沿技術(shù)為支撐，通過構(gòu)建四層聯(lián)動的總體架構(gòu)、集成三大核心功能、打造三位一體的配套體系，為高校智慧實(shí)訓(xùn)教學(xué)提供了全流程、多維度的解決方案。該方案深度融入高校課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)、跨專業(yè)融合、科研創(chuàng)新四大核心教學(xué)場景，通過場景化的教學(xué)設(shè)計(jì)、項(xiàng)目式的實(shí)操訓(xùn)練、分層式的教學(xué)模式，有效破解了傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的諸多痛點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了前沿具身智能技術(shù)與高校智慧教育的深度融合。

該方案在高校的落地應(yīng)用，不僅顯著提升了學(xué)生的核心能力與高校的人才培養(yǎng)質(zhì)量，推動了高校專業(yè)教學(xué)改革與師資隊(duì)伍建設(shè)，還形成了可復(fù)制、可推廣的智慧實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式，推動了區(qū)域智慧教育的協(xié)同發(fā)展。該方案的實(shí)踐應(yīng)用，為高校人工智能、機(jī)器人工程等相關(guān)專業(yè)的智慧實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革提供了有益的實(shí)踐參考，也為新一代人工智能技術(shù)與智慧教育的深度融合探索了新的路徑。

未來，隨著具身智能技術(shù)的不斷發(fā)展與高校智慧教育需求的持續(xù)升級，TsingtaoAI 將持續(xù)優(yōu)化解決方案的技術(shù)架構(gòu)與教學(xué)資源，結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢與高校教學(xué)需求，打造更多貼合實(shí)際的智慧實(shí)訓(xùn)場景，進(jìn)一步推動前沿技術(shù)與人才培養(yǎng)的深度融合，為我國人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展培養(yǎng)更多兼具理論基礎(chǔ)、實(shí)踐能力與創(chuàng)新思維的優(yōu)質(zhì)人才，助力智慧教育高質(zhì)量發(fā)展。