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机器人创新实验室建设方案.pdf

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1深圳德普施科技有限公司深圳德普施科技有限公司深圳德普施科技有限公司深圳德普施科技有限公司机器人创新实验室建设方案机器人创新实验室建设方案机器人创新实验室建设方案机器人创新实验室建设方案2基 于 机 器 人 的 创 新 型 工 程 训 练 方 案 目 录一、 概述 ………………………………………………………………………… 2二、 教学法 —基于机器人的工程对象教学法 ……………………………… 31、 工程对象教学法的基本概念 …………………………………………… 32、 工程对象教学法的体系架构 …………………………………………… 33、 基于工程对象教学法的工程能力与素质培养体系架构 ……………… 44、 合作伙伴 ………………………………………………………………… 5三、 机器人及应用体系简介 …………………………………………………… 71、 功能及特点概述 ………………………………………………………… 72、 应用体系 ………………………………………………………………… 93、 应用体系中的创新点 …………………………………………………… 9四、 基于机器人的创新型工程训练建议方案 ………………………………… 101、 实施策略 ………………………………………………………………… 102、 产品介绍 ………………………………………………………………… 121) 基础教育机器人 ……………………………………………………… 122) 高级教育机器人 ……………………………………………………… 163) 机器人传感器 ………………………………………………………… 234) 智能教育机器人 ……………………………………………………… 30五、 基于教育机器人的创新应用案例 ………………………………………… 361、 机器人选修课与普及型比赛的结合案例 …………………………… 362、 基于机器人的综合专业素质训练课案例 …………………………… 383、 基于机器人的基础认知训练课程案例 ……………………………… 384、 基于机器人的专业设计与创新制作训练课案例 ……………………… 395、 学生作品 ……………………………………………………………… 396、 机器人比赛规则(推荐) ……………………………………………… 40六、 系统总预算(参考) ……………………………………………………… 403一、 概述随着信息与自动化技术的发展, 许 多创新的工程专业都有了共同的专业基础和综 合课程, 如电子电路、 检 测技术与传感器、 嵌入式微控制器等。 创新教育机器人的目的 就是为各类高等院校的学生提供一个综合实验平台, 进 行单片机和微控制器、 数 字电子 和模拟电子、 数字逻辑、 工 业传感器和工业控制、 基础机器人等课程的学习和实践, 同 时也为参加中国大学机器人电视大赛和中国机器人大赛等提供硬件和软件支持。 机器人是一种能够通过程序控制, 能 自主完成某类任务的机器系统, 机 器人的应 用范围十分广泛, 可以用于工业、 农业、 医疗、 空间探测、 教育领域等等。教育机器人 则是一类应用于教育领域的机器人, 它 一般具备以下特点: 首 先是教学适用性, 符合教 学使用的相关需求; 其 次是具有良好的性能价格比, 特 定的教学用户群决定了其价位不 能过高; 再次就是它的开放性和可扩展性, 可 以根据需要方便地增、 减功能模块, 进行 自主创新;此外,它还应当有友好的人机交互界面。众所 周 知 , 机 器 人 是 非 常 典 型 的 机 电 一 体 化 系 统 , 它 融 合 了 机 械 、 电 子 、 传 感 器、计算机软硬件、 控 制、 人 工智能和造型技术等众多的先进技术, 随着技术和产品的不 断发展, 机 器人的种类越来越广, 成 本也越来越低, 是 高等学校开展工程训练、 教 学实 验 、课外创新活动和科研最为理想的平台。二、 教学法 --基于机器人的工程 对象教学法1、 工程 对象 教学 法的 基本 概念 工程对象教学法是一种基于典型工程对象进行教材编制,并 将理论讲解、实 验教 学 、实践教学与创新活动等融为一体的创新型工程教学方法。 为 工程教育领域熟悉的 “ 项 目教学法 ” 、 “ 案例教学法 ” 都是工程对象教学法的表现形式。本教学法的教学模式有两大显著的特点:�按照 “ 任务驱动 ” 的模式分解课程的知识点;按照 “ 实践 - 归 纳 - 推 理 - 再 实 践 ” 的模 式 讲 课 , 完 全 打 破 “ 讲课 + 实 验 ” 的传统 模 式 , 将 讲 课 与 实 验 合 二 为 一 , 其 结 果 是 : 老 师 “ 在讲 中 做 , 在 做 中 讲 ” ,学生 “ 在学中做,在做中学 ” 。为了实现该模式, 必 须重新编写教材, 教 材主要任务是: 基 于工程对象设计典型 的4操作任务, 将 某课程或某项技能训练所包含的知识点打散, 按 照任务驱动的模式重新 编排、 讲解相关的知识点, 用多少, 讲多少, 但从整体而言, 所有任务应覆盖所有相关 知识点。其突出的优势在于: 1) 将教学活动 中各 单个 知识 点分 散逐 步教 授给 学生 ,学 生更 加直 观地 理解 相关知识, 了 解相关单元技术在系统中的作用、 地 位及与其他单元技术协同工作的机理, 从 而帮助学生深入理解本单元技术, 将 本课程的知识真正掌握; 当 将典型工程对象引入实 践教学时, 可使学生更全面、 系 统地理解、 掌握所学知识和所训练的各项技能, 使知识 融会贯通。2) 丰富 的 、 带 有 执 行 机 构 的 对 象 可 激 发 学 生 的 学 习 兴 趣 , 让 学 生 从 “ 被动 接 受 ”转为 “ 主动理解与学习 ” 。3) 根据就教学 改革 要求 重组 教学 计划 ,按 照学 校的 实际 情况 灵活 运用 。尤 其是可以更多地采用 “ 校企合作 ” 的模式, 将教学与社会对人才的需求结合起来, 达到 “ 教 书育人 ” 的目的。2、 工程 对象 教学 法的 体系 架构 下图概况地反应了工程对象教学法与各环节的关系, 该 教学法的应用方案包括课 程教学 、 工 程 训 练 、 学 生 课 外 科 技 创 新 活 动 、 学 生 的 综 合 设 计 如 课 程 设 计 、 毕 业 设 计 等,它们应该是分模块、 多层次、 系 列化的; 整 个教学法的建设目标是 提高学生的实践能 力 、创新 能 力 和 工 程 素 质 , 培 养 学 生 掌 握 按 照 现 代 系 统 论 的 世 界 观 与 方 法 论 分 析 工 程 问 题、解决工程问题的基本方法。典 型工 程对象系 列配 套教材设 备研制 合 作伙伴 教 学法研究 合 作伙伴教 材编写 合 作伙伴 教 学法推广 实 践基地工程对象教学法课 程教学 综 合设计工 程训练 课 外创新系 统的工程世 界观与方法论 实 践 能 力 工 程 素 质创 新 能 力3、 基于 工程 对象 教学 法的 工程 能力 与素 质培养 体系 架构 下图是基于工程对象教学法的学生工程能力与素质培养的体系架构。5该图系统全面地反应了对大学生能力与素质培养的主要观点,主要有: 1) 实践 能 力 、 创 新 能 力 和 工 程 素 质 的 形 成 并 不 能 仅 靠 工 程 训 练 或 实 践 训 练 形 成 ,还与 理 论 教 学 紧 密 关 联 ; 系 统 的 工 程 世 界 观 与 方 法 论 , 既 是 典 型 工 程 对 象 选 择 的 依 据,也是理论教学和实践教学要达到的核心目标;2) 典型工程对 象的 种类 可以 很丰 富, 既可 以覆 盖学 生学 习的 全过 程, 也可 以面向某门课程; 其 用途既可面向理论教学, 也 可面向实践教学, 还可包含综合设计教学如 课程设计和毕业设计等; 而 实践教学有的面向全体学生, 有 的仅面向部分尖子学生, 我 们倡导工程对象教学法应尽可能面向全体学生, 对 于部分基于工程对象的课程教学在时 机未成熟时可先开设实践教学的选修课; 3) 认知实践应 该分 系列 、分 层次 ,并 贯穿 学习 的整 个周 期。 基础 认知 实践 ,应包括工艺知识、 常 用工具、 基 本的调试方法等, 使学生在专业学习之前对本专业技术概 况有初步了解, 激 发学习兴趣; 专 业认知和综合认知实践对专业知识学习、 对学生了解 工程系统、 工 程产品等都有很大帮助; 从 更广义的角度定位, 认知实践的内容具有巨大 的综合 工程 能力 与素 质 实践 教学系列 典型 工程 对象理论 教学毕 业设计实 践能力创 新能力工 程素质系 统的工程世界观与方法论综 合 通 用 典 型工 程 对 象专 业基础课 教 学课 程设计专 业课教学 技 术基础课 教 学毕 业实习专 业实习专 业认知实 践中 级创新实 践综 合认知实 践基 础认知实 践基 础创新实 践综 合创新实 践综 合专业对 象专 业专用对象综 合大系统基 础通用对 象基 础专用对 象综 合专业对 象专 业专用对 象综 合大系统一 年级二 三年级三 四年级基于 工程 对象 教学 法的 工程 能力 与素 质培 养体 系架 构6拓展空间, 可以涉及工程管理认知、 企 业运作认知、 就 业岗位认知等诸多岗前培训内 容 。4) 创新实践活动主要面向部分能力强的学生,针 对大学生在不同阶段能力的差异 ,创新实践活动也应该系列化、分层次。 4、 合作 伙伴为了使工程对象教学法得到有效的推广, 我 们采取了开放的模式构建体系, 基 本 思路有: 1) 引进与自主 研发 相结 合。 首先 全套 引进 美国 帕拉 斯公 司的 机器 人系 列产 品和教材, 在消化吸收的基础上, 对 产品、 教材进行了本地化和升级设计, 现已形成具有自 主知识产权的系列产品、方案和教材; 2) 与专业领域 的院 系合 作, 精心 选择 适合 该领 域的 典型 工程 对象 ,针 对性 研制实验、实训设备,编制相应的教材等; 3) 与各类学校 建立 层次 丰富 、形 式灵 活的 共建 实验 室。 我们 现已 与东 南大 学工程训练中心、 东 北大学机械学院、 深 圳职业技术学院等多所大学的院校或工程训练中心 建立多个共建实验室,共同探索工程对象教学法的理论、产品、方案和教学法。 下表是部分合作伙伴和合作内容介绍。 类别 单位 名称 合作 内容 简介设备研制合 作伙伴 美国帕拉斯公司 教育机器人研制华中科技大学 传感器与检测对象研制教材编写合作伙伴 帕拉斯公司 基于教育机器人的系列实训教材中国海洋大学 C51机器人与 C语言程序设计深圳职业技术学院 工学结合系列教材编写常州轻工职业技术学院 高职版传感器与检测技术编写电子工业出版社 工学结合系列教材出版已开展合作 的典型伙伴 华中科技大学机械学院 工业机械手实验教学方案开发深圳职业技术学院 系列工学结合教学法研究与实践东南大学工程训练中心 面 向 全 校 所 有 专 业 的 机 器 人 选 修教学法研究西 安 理 工 大 学 工 程 训 练中心 面 向 一 年 级 学 生 的 基 础 工 程 训 练法研究7三、 机器人及应用体系简介1、 功能 及特 点概 述 德普施将机器人作为典型工程对象引入工程教育, 已 经形成了丰富的系列, 主 要 有三大类: 基础 教育 机器 人、 高级 教育 机器 人和 智能机 器人 。1.1基础 教育 机器 人 在美国帕拉斯公司的系列教育机器人的基础上本地化而来,它专门为工程教学、 实验、实训、课外科技创新实践、综合设计等而设计,有如下特点: ( 1) 采 用开 放 式 金 属 结 构 设 计 , 所有 教 育 机 器 人 均 可 由 学 生 自 由 拆 装 , 进 行 制作与编程实训;也可进行结构创新设计和实践。 ( 2) 提 供系 列 化 的 中 英 文 实 训 教 材 和 部 分 面向 信 息 类 课 程 的 教 材 。 实训 教 材 非常浅显易懂,适合自学;课程教材按照任务驱动的模式编排知识点。 ( 3) 控 制器 系 列 化 , 提 供 代 码 级 的 开 发 接 口, 支 持 多 种 开 发 语 言 , 便 于 教 学 、实践与 创 新 , 可 满 足 多 层 次 需 求 。 所有 机 器 人 现 已 支 持 PIC/BS系列 、 C51、 AVR等单片机和 ARM控制 器 ; 其 中 , PIC/BS系列 控 制 器 采 用 BASIC编程 语 言 , 其 余 的 控 制 器可支持 C语言和汇编语言。这 种产品规划给学校的实验室建设提供了巨大的便利和扩展 空间,可满足 多种 技术 基础 课如 单片 机、 C语言、 AVR单片机、 ARM控制器等的 教学平台, 也 可作为各年级学生的创新实践载体, 也可作为综合设计如单片机、 C语言、 ARM等课程的课程设计和毕业设计的平台。 ( 4) 产品 系列 化, 可满足多 层次 需求 。 有宝贝车机器人 ( 轮式、 履 带式、 爬 虫式 ) 、相扑机器人、 步行机器人、 铁 甲虫机器人、 工业机械手和人形机器人等, 宝贝车机器 人/相扑机器人 还同 时支 持多 种机 械结 构套 件。 一方 面, 可使 学生 对多 种应 用形 态有 了解,另一方面,形成不同的难度,可满足不同基础的学生、不同专业的学生选用。 ( 5) 提 供了 灵 活 和 丰 富 的 传 感 器 及 传 感 器 接口 方 式 , 使扩 展 应 用 非 常 丰 富 , 也使用途 变 得 丰 富 多 彩 。 通 过 标 准 的 传 感 器 接 口 可 支 持 20多种 传 感 器 模 块 , 通 过 小 面 包板可搭建简单的传感电路。 ( 6) 提供 了 面 包 板 ,为 综 合 实 训 和 扩 展 应 用 提 供 便 捷 的 平 台 。 既 可 作 为 电 子 电路的基础实训,也可作为传感电路的实训平台。81.2高级 教育 机器 人 专门为面向工程专业学生和老师进行教学、实验与实训、 开发、科研而设计。 现 有五自 由 度 、 六 自 由 度 等 多 自 由 度 串 联 关 节 机 器 人 、 多 种 关 节 爬 虫 机 器 人 和 人 行 机 器 人,也有 SCAR机器 人 、 直 角 坐 标 机 器 人 。 它 们 为 学 生 提 供 了 开 放 的 综 合 创 新 实 验 环 境 ,帮助学生了解多关节机器人的组成及操作, 帮 助学生理解各单元技术的工作机理及其 与其他单元技术之间的协作机制等。 主要包括如下特点: ( 1) 采用工业化标准设计, 平 台关键部件全部选用工业级产品, 可 同时兼顾教学 、实训和科研; ( 2) 控制 系 统 硬 件 采 用 多 轴 一 体 化 运 动 控 制 与 驱 动 器 、 带 绝 对 编 码 器 的 交 流 伺服电机,结构紧凑,可靠性高; ( 3) 采用 工 业 机 器 人 离 线 编 程 平 台 , 并 提 供 源 代 码 级 二 次 开 发 工 具 , 方 便 用 户进行二次开发。 1.3智能 机器 人 集 教学、 研究和比赛于一体的综合平台, 具 有可靠性高、 开放性好、 可扩展性强 等特点 。 它包 RoboCup/FIRA小型 组 半 自 主 足 球 机 器 人 、 中 型 组 四 轮 RoboCup智能 全 向足球机器人等。 它融小车机械、 精密传动、 智能伺服驱动、 实时图像处理与图像识别、 自组织与自学习、 多 智能体协调以及无线通讯技术于一体, 既 是一个典型的智能机器人 系统开发平台,又是一个多智能体系统、多机器人协调合作与对抗的研究平台。 作为创新教学平台, 能 够满足机电一体化、 智 能系统与工程、 计算机与自动化工 程等专业的相关专业课程教学与实践的需要,包括课程设计和毕业设计等创新实践; 作为创新研究平台, 能 够满足相关专业硕士研究生和博士研究生进行运动机构、 智能伺服、 实 时视觉导航、 自 组织与自学习、 多智能体协调和对抗以及无线通讯等方向 的研究需要,任何一个环节均能向用户开放,并可以扩展;作为 RoboCup足球机器人竞赛平台, 机械、 电 气和软件都具备高可靠性和高可维 护性,以及具有卓越的运动能力和智能水平。92、 应用 体系 机器人对象的应用体系如下图所示。3、 应用 体系 中的 创新 点3.1软 硬 件 结 合 : 将机器人作为嵌入式系统( C51/AVR/AM)课 程学习的平台,将 C51和 C语言的学习合二为一, 节 省总学时, 大 大提高教学效果, 大 大提高学生的应用实 践能力,并激发学生的学习兴趣。3.2电 子 制 作 : 将机器人的开放式面包板引入传 统的电子制作、 电子实习, 在 不降低电子制作、 电子 实习要求的同时,赋 以系统的概念,使 学生在掌握相 关电子工艺知识和制作技能的同时,了 解电子技术在 现代工程系统中的作用和地位。针 对不同专业的学生 的专业 要 求 特 点 , 公 司 可 提 供 不 同 的 应 用 模 块 和 物 料包,提供多种选择。实践 教学理论 教学 系列 机器 人对 象宝 贝车机器人 BS2/BASIC版宝 贝车机器人BS2/BASIC/焊 接板宝 贝车机器人 C51/C语 言版 电 子制作 /实习基 础认知实践 拆 装训练基 础创新实践宝 贝车机器人C51/AVR/AM 校 内 /校 际比 赛中 级创新实践校 内 /校 际比 赛电 子制作大赛单 片机C51/C语 言教学单 片机课程设计 C语 言课程设计 高 级教育机器人企 鹅机器人工 业机械手( 经济型 /BASIC) 专 业认知实践 拆 装训练工业 机械手C51/AVR/AM工 业机器人教学 演 示 /实 验 工 业机械手 ( 工业级)智 能移动机器人 -RoboCup中 、 小 型 组工 业机器人教学 演 示 /实 验智 能机器人教学 演 示 /实 验教 育机器人 ARM版ARM教 学课 程设计专 业认知实践 拆 装训练专 业创新实践 专 业认知实践 拆 装训练专 业创新实践 RobCup比 赛基 础教育机器 人毕 业设计步 行 /铁 甲虫 /相 扑 /人 形 等( BASIC版 )结 构加工 /装 配、调试、编程电 路板加工 /装 配 、 调 试 、 编 程二 ~四年级一 年级103.3设计 实 验 : 将机 器 人 作 为 学 生 认 知 实 践 的 重 要 载 体 , 既 用 于 基 础 认 知 实 践 ,又作为专业认知实践; 专业认知实践又根据成本、 学 生类型的特点, 引入三款机器人: 经济型五、 六自由度机械手、 工 业级模块化六自由度机器手、 智能移动机器人, 可分别 满足高职、 机电或自动化专业本科生、 计算机类本科生等, 不同层次的需求。 根据 《工 业机器人》课 程教学,提 供教学演示实验和学生实验平台使学生真正掌握工业机器人技 术 。3.4毕业 实习 /制作 : 我们提供主板的线路原理图和部分结构件的机械设计图纸及 零配件(如电 机等),用于学生毕业 实习 /毕业制作使 用。 对于 机电 类学 生, 可要 求学 生根据提供的机械图纸编制加工工艺、 数 控加工代码等, 完 成对机械零件的加工, 通过同 学间的协作完成所有零件的加工, 完 成机器人组装、 调 试, 并可在此基础上进一步完成 传感器应用和编程任务; 对于电子、 自 动化、 计算机类的学生, 可要求学生根据主板原 理图制定电子工艺, 借 助相关软硬件工具加工制造出电路板, 并 根据提供的散件包 (或 自己采购) 完 成主板的焊接, 然 后根据提供的结构图纸及其他配件完成机器人组装, 并 在此基础上完成更多的传感器和编程应用。 3.5创新 实 验 : 基于 系 列 机 器 人 构 架 了 多 层 次 的 创 新 实 践 项 目 , 满 足 不 同 年 级 、不同基础学生 的创 新实 践活 动。 例如 ,基 于 PIC/BS/ASIC系统机器人 可作 为非 电子 类学生的创新项 目, 也可 作为 低年 级学 生的 基础 创新 实践 ; C51/AVR/AM系列教育机 器人和工业机器人、 智 能移动机器人等都可作为专业级的创新实践活动; 铁 甲虫、 人形机 器人等多自由度的机器人可作为基础更好的尖子学生的创新实践活动。 3.6多种 教 学 模 式 相 结 合 : 理论 教 学 模 式 、 实 践 教 学 模 式 、 实 践 实 训 项 目 乃 至 考试模式 都 与 传 统 相 比 , 有 了 重 大 飞 跃 。 基 于 机 器 人 对 象 的 C51/C语言 教 学 按 照 项 目 驱 动,教学 /实验合二为 一; 学生 也可 将机 器人 带回 宿舍 训练 ;课 程考 核方 法有 可能 做大 调整,部分课程的考试变成 “ 校内比赛+论文写作及答辩 ” 的模式; 电子制作的内容和形式 都有重大创新。1四、 基于机器人的创新型工程 训练建议方案1、 实施 策略1.1总体 规划 ,分 步实 施 基于机器人的创新工程训练方案内容丰富, 可以采用 “ 统一规划, 分步实施 ” 的 策略。 逐 步 投 入 资 金 , 逐 步 积 累 师 资 力 量 和 教 学 经 验 。 首 先 开 展 一 些 相 对 比 较 成 熟 、难度相对较低的方案,待经验积累到一定地步以后再逐步深入。1.2分步 实施 规划 按照以上的规划设计思路,我们提出将整个实验教学计划分三步实施:�基础 原理 实验 部分 (一年纪) : 也 就是认知实验。 以基础教育机器人和配套传感器 为实践对象。�研究 性实 验部 分 (二年 纪) : 也 就是设计、 研 究实验。 以 高级教育机器人和配套传 感器为实验对象。�创 新 性 实 验 ( 三 、 四 年 纪 ): 也就是创新实验。 以 智能教育机器人和工业级模块化 六自由度机械手为创新实验对象。1.3先选 修后 必修 ,逐 步推 广应 用 原则上, 每 个学生都需要接受一些以机器人对象为平台的基础认知实践或其他工 程训练内容, 但各个学校对设备数量、 资金投入、 师资培养等都有较大不同, 所以, 可 以很据实际情况通过面向全校或部分院系学生提供选修课的方式起步, 待 时机成熟时在 某些院系或全校作为必修课进行推广。 1.4先开 课后 编教 材, 深度 开展 课程 改革工程对象教学法的推广需要对传统的教材进行革命性变革, 要 求将教材的内容按 照任务驱动的模式编排, 即 要求将该课程的所有知识点打散并分布到事先设计的若干任 务之中。 由于类似教材在市面上是个空白, 几 乎所有相关教材都需要重新编写, 因 此, 如 果要将 该 教 学 法 推 广 到 其 他 相 关 课 程 , 可 以 采 用 “ 校企 合 作 ” 的方 式 双 方 联 合 编 写 教 材。因此, 可 以先借助我们以前的资源和成果首先开课, 在 教学实践基础上逐渐策划、 编 著更贴合自身需求的教材是必然趋势。121.5校企 合作 ,优 势互 补 典型 工 程 对 象 和 相 关 教 材 是 工 程 对 象 教 学 法 顺 利 实 施 的 基 础 , 而 工 程 对 象 的 选 择、制造与维护等工作由企业完成比较合适, 双方联合编写部分教材。 因 此, 建立良好、 紧密的校企合作关系可以充分发挥各方优势,更好地为学生服务。2、 产品 介绍2.1基础 教育 机器 人2.1.1产品 简介 :2.1.1.1宝贝 机器 人宝贝 机器 人是 一个 微型 自主 移动 机器 人实 验平 台, 其底 座为 铝合 金金 属架 构, 坚固 耐用 。底 座上安装一个微控制器教学底板,控制器既可用于机器人控制器的应用软件设计,也可拔下用于其它 课程实验。其它外部附件和检测电路都在一个开放的教学白板上进行插装。学生可跟随实验指导书 各个实验的步骤在白板上插装电子组件,搭接电路后,编写控制程序,下载至微控制器上,执行各种机 器人 操作 。 这 些 操作 包括 : 沿 线 行走 , 走 迷 宫, 跟 随 光源 , 距 离检 测或 与其 它机 器人 通讯 沟通 。加上 语音 板( 另购 )可 使机 器人 发声 对话 ,或 加上 无线 通讯 模块和 CD(另 购) 可以 制成 “ 视觉 导引机 器人 ” 。适应 对象 及要 求适应 对象 :高 中生 、低 年级 大学 生、 教师 、工 程师 和业 余发 烧友 电源 要求 :四枚 5号电 池( 用户 自购 ,不 包含 在产 品套 件内 )产品 组成 组装 工具 : 小刀 子, 细螺 丝批 , 1/4英寸 扳手BS2-IC模组 1个教学 底板 1块Boe-Bot硬件 1套, 含 外 部组 件 ( 发 光二 极管 ( LED) ,扬声 器, 按 钮 开关 , 光 敏 电阻 , 电 阻 , 电容, 红外线 LED及接 收器 等)宝贝车-轮式 宝贝车-履带式 宝贝车-爬虫式13机器 人学 初级 教材 & 实验 指导书 1本2.1.1.2步行 机器 人步行 机器 人是 一款 真正 的寓 教于 乐的 机器 人产 品, 通过 向前 移动 重心 来实 现行走 , 通 过 向相 反方 向滑 动双 脚来 转弯 。 总 体 高约 25厘米 , 机 械 本体 用铝 及黄 铜等金 属制 造, 整个 金属 表面由 CN加工 而成 ,并 经过 严格 的防 腐蚀 等表 面处 理,外表美观,结构坚固耐用。整个机械套件包括身体、脚、足踝以及控制底板安装附件、螺丝等。整 个机器人需要两至三小时完成组装及测试。另外,机械本体还备有多余的安装孔和插槽,为用户增 加外 设提 供安 装装 置。步行 机器 人的 电气 和控 制系 统包括 BS2型微 控制 器, 四套 红外 线感 测器 及接 收器 、发 光二 极管 、伺服马 达、 电阻 /电容 、扬 声器 及光 敏电 阻等 。微伺 服电 机的 技术 参数 如下 : 外 形 尺 寸 ( 英 寸 ): 1.38x0.67x1.26重量 : 26.6克速度 : 0.5sec/180度扭矩 : 39oz-in学习 内容 及对 象通过 该 机 器 人 可 以 学 习 简 单 机 械 系 统 的 组 装 , 嵌 入 式 系 统 的 操 作 与 控 制 , 基 本 电 子 与 电 路 的 搭 建,嵌入 式控 制程 序的 编写 ,完 成诸 如走 直线 、转 弯、走 8字、 寻找 和避 开光 源等 机器 人行 为。适应 对象 :高 中生 、低 年级 大学 生、 教师 、工 程师 和业 余发 烧友 电源 要求 :四枚 5号电 池( 用户 自购 ,不 包含 在产 品套 件内 )产品 组成 组装 工具 :小 刀子 ,细 螺丝 批, 1/4英寸 扳手 ,BS2-IC模组 1个教学 底板 1块机械 组件 1套, 含外 部组 件机器 人学 高级 教材 & 实验 指导书 1本2.1.1.3相扑 机器 人相扑 机器 人是 按照 迷你 相扑 机器 人比 赛规 则设 计的 ,可 即 时用 于参 加比 赛 。它能找到对手的位置再将对手推出界外,而且可自动侦察到边界线,防止意外 越线 。它 的 电子 部份 包括 一粒 嵌入式 BS2-IC,红 外 线感 测器 侦察 对手 及边 界 线 ,硬件部份包括经阳极处理黑色铅金属座架和铲子、伺服马达、车轮、可放四粒 A电池 箱( 不包 电池 )及 螺丝 等。设计 规格 :14按照 迷你 相扑 机器 人比 赛规 则设 计 不大于 10厘米 x10厘米重量 低于 500克相扑 机器 人应 用:学习 基础 的嵌 入式 控制 器和 基础 的机 器人 运行 用红 外线 反射 原理 找寻 或避 开物 体 参加 相扑 机器 人比 赛 接上 其它 数控 、阻 抗及 频率 感测 器接上 Parlax的应 用模 组2.1.2教学 目标 :(以宝贝 车为 例)通过本课程的学习和实践, 要 求学生掌握微控制器的基本概念, 常 用电气元器件 符号识读和简易传感器电路和控制电路的识读和搭建、 智 能机器人运动的基本原理、 控 制技术 与 编 程 方 法 ; 了 解 传 感 与 控 制 的 基 本 应 用 。 熟 知 微 控 制 器 ( 单 片 机 ) 的 基 础 知 识,能够微控制器组成简单的控制装置。 2.1.3实验 内容 :(以宝贝 车为 例)序序序序号号号号单元单元单元单元主要内容主要内容主要内容主要内容项目任务项目任务项目任务项目任务学学学学时时时时1基础机器人概论与课程总纲 本课程的大纲及教学方法 各章教学任务的概要 获取 BS2控制器的编程软件安装 BS2控制器编程软件 下载和安装机器人大脑的编程环境 软件 22机器人大脑及编程软件的安装与使用 单片机控制模块的简要介绍 单片机控制模块的应用 BS2控 制 模 块 作 为 基 础 机 器 人 大 脑 的 优势及其基本组成 BS2控制模块的使用介BS2应用软件的组成和编程环境的使用 搭 建 BS2控 制 器 的 硬 件 编 程 环 境 ,编写第一个机器人程序,理解第一 个机器人程序,使用编程环境获取 软件编程指令介绍和例程 43机器人伺服电机的控制 与编程 机器人伺服电机的基本原理 机器人伺服电机的电气连接方法 伺服电机的调零方法 伺服电机的速度控制方法 连接机器人伺服电机到教学板,编 写调零程序对机器人伺服电机进行 零点调整,编写速度控制程序实现 伺服电机的速度控制 4154机器人的组装和测试 机器人的组装方法 重新测试伺服电机的工程意义 开始 /复位指示电路的原理机器人的速度测试和标定方法 组装完整的基础机器人,对组装好 的机器人重新进行电机测试,搭建 开 始 /复 位 指 示 电 路 并 对 其 进 行 编程使其工作,编程对机器人进行速 度测试和标定 45机器人巡航控制和编程 机器人运动精度的测试和调整方法 机器人匀变速运动的原理与实现方法 子程序的概念 单片机内存数据的使用 机器人走直线比赛,通过比赛确定 机器人的运动精度,编程实现机器 人的匀变速运动,用子程序实现基 本的运动动作,用内存实现复杂的 机器人运动 66机器人触觉导航 触觉传感器的原理 触觉的在线测试和现场测试方法 基本触觉导航的算法 复杂情况下的触觉导航策略 触觉传感器的搭建和编程测试;基 本触觉导航算法的编程实现;触觉 导航机器人在复杂环境下的人工智 能决策编程;触觉导航机器人走迷 宫竞赛 87机器人红外线导航 红 外 传 感 器 原 理 和 非 接 触 测 量 概 念 和 用途 红外传感器的在线测试和现场测试方法 基本红外导航的算法编程 红外传感器检测距离的测试方法 红外传感器作为边沿检测的方法 红 外 传 感 器 电 路 搭 建 和 编 程 测 试 ;基本红外导航算法的编程实现和实 践;红外传感器检测距离的编程测 量; 红外传感机器人画地为牢比赛。 88机器人红外距离探测与 编程 红外距离探测的原理 红外距离探测的编程方法 红外距离探测的用途 简 单 P控 制 器 的 概 念 和 尾 随 小 车 跟 踪 算法 红 外 传 感 器 距 离 测 量 的 编 程 实 现 ,机器人尾随大赛;机器人跟踪条纹 带比赛 89综合性实践项目 多传感器导航的概念和用途 采用触觉和红外传感器机器人的搭 建和复杂导航算法的编程实现和走 迷宫比赛 6162.2高级 教育 机器 人2.2.1产品 简介 :2.2.1.1四脚 铁甲 虫机 器人材 质 : 采用 国家 标准 铝材 。 表 面 特别 处理 , 防 腐 蚀防 刮 痕 。尺寸 (长 X宽 ): 30.48厘米 X38.74厘米 (腿 到腿 距离 )外设 可扩 展空 间: 提供达 854.16平方 厘米 的可 扩展 空间 。高度 : 站立 高度 15.24厘米 蹲下 高度 12.34厘米负荷 能力 : 3.2千克离地 净高 : 8.89厘米腿运 动方 式: 标准 件为 2自由 度( 垂直 及水 平), 升级 版可达 3自由 度自重 : 1.13千克 (带 电机 )电子 部件 : 帕拉 斯教 学板 、微 处理 器、 帕拉 斯伺 服电 机控 制器伺服 电机 规格 : 铁芯 有刷 电机 ,自 润滑 防护 轴承 , 4.8伏扭 矩: 3.0千克 /厘米 , 6.0伏扭 矩: 3.7千克 /厘米4.8伏速 率: 0.19秒 /60度 无负 载, 6.0伏速 率: 0.15秒 /60度 无负 载尺寸 : 40毫米 X20毫米 X36.5毫米可配 附件 : 云 台 系统 、 传 感 器安 装板 、 红 外 测距 套件 、 5伏适 配器 套件 、 镍 锰 电池 、 充 电 器、 教 学 板电源 、电 机电 源、 其他 部件 等2.2.1.2六脚 铁甲 虫机 器人材质 : 采用 国家 标准 铝材 。表 面特 别处 理, 防腐 蚀防 刮痕 。尺寸 (长 X宽) : 49.68厘米 X40.00厘米 (腿 到腿 距离 )外设 可扩 展空 间: 提供达 1819.35平方 厘米 的可 扩展 空间 。高度 : 站立 高度 15.24厘米 蹲下 高度 12.34厘米离地 净高 : 8.89厘米腿部 运动 方式 : 2自由 度( 垂直 及水 平)负荷 能力 : 可自 设自重 : 1.81千克 (带 电机 )电子 部件 : 帕拉 斯教 学板 ,微 处理 器, 帕拉 斯伺 服电 机控 制器伺服 电机 规格 : 铁芯 有刷 电机 ,自 润滑 防护 轴承4.8伏扭 矩: 3.0千克 /厘米 , 6.0伏扭 矩: 3.7千克 /厘米4.8伏速 率: 0.19秒 /60度 无负 载, 6.0伏速 率: 0.15秒 /60度 无负 载10综合实践项目 电 子 罗 盘 的 原 理 和 在 机 器 人 导 航 中 的 应用 采用电子罗盘优化导航程序,使机 器人能够更快更好的完成任务 4学 时 合 计: 54产 品名称 产 品组件 产 品名称 产 品组件四脚 铁 甲 虫 机 器 人对 象 微型 伺服 马达 8个、 机 械套件 1套、 手册 1本等 四 脚 铁 甲 虫 机 器人机 械套 件 机械套件 1套、装配手册 1本等17尺寸 : 40毫米 X20毫米 X36.5毫米可配 附件 : 云台 系统 、传 感器 安装 板、 红外 测距 套件 、 5伏适 配器 套件 、镍 锰电 池、 充电 器、 教学板电 源、 电机 电源 、其 他部 件等 。2.2.1.3四脚 柱状 铁甲 虫机 器人材质 : 采用 国家 标准 铝材 。表 面特 别处 理, 防腐 蚀防 刮痕 。尺寸 (长 X宽 ): 33厘米 X33厘米 腿到 腿距 离外设 可扩 展空 间: 提供 361平方 厘米 的可 扩展 空间 。高度 : 站立 高度 15.88厘米离地 净高 : 7厘米腿运 动方 式: 标准 配置为 2自由 度( 垂直 及水 平), 升级 版配 置可达 3自由 度负荷 能力 : 可自 设自重 : 1.09千克 (带 电机 )电子 部件 : 帕拉 斯教 学板 ,微 处理 器, 帕拉 斯伺 服电 机控 制器伺服 电机 规格 : 铁芯 有刷 电机 ,自 润滑 防护 轴承4.8伏扭 矩: 3.0千克 /厘米 , 6.0伏扭 矩: 3.7千克 /厘米4.8伏速 率: 0.19秒 /60度 无负 载, 6.0伏速 率: 0.15秒 /60度 无负 载尺寸 : 40毫米 X20毫米 X36.5毫米可配 附件 : 云台 系统 、传 感器 安装 板、 红外 测距 套件 、 5伏适 配器 套件 、镍 锰电 池、 充电 器、教学 板电 源、 电机 电源 、其 他部 件等 。2.2.1.4六脚 柱状 铁甲 虫机 器人材质 : 采用 国家 标准 铝材 。表 面特 别处 理, 防腐 蚀防 刮痕 。尺寸 (长 X宽 ): 40.64厘米 X33厘米 腿到 腿距 离外设 可扩 展空 间: 提供 542平方 厘米 的可 扩展 空间 。高度 : 站立 高度 15.88厘米离地 净高 : 7厘米腿运 动方 式: 标准 配置为 2自由 度( 垂直 及水 平)负荷 能力 : 3.4千克自重 : 1.56千克 (带 电机 )电子 部件 : 帕拉 斯教 学板 ,微 处理 器, 帕拉 斯伺 服电 机控 制器伺服 电
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