机器人实验室规划方案ppt课件

天津职业技术师范大学 机器人智能技术实验室建设规划 建设背景 配置理由 建设步骤 公司简介 配置方案 建设目标 建设方案 建设背景 1 国务院于2015年5月8日提出了 中国制造2025 的概念 明确将基于信息物理系统的智能装备 智能工厂等智能制造作为引领制造业变革的重要力量而大力扶持 这种强化高端制造业的国家战略规划 是建设中国为制造强国的三个十年战略中第一个十年的行动纲领 在此历史潮流下 各大高校加快机器人专业方向的建设正在当时 2 在国家政策的扶持和市场需求的驱动下 各大高校纷纷建设机器人实验室 创客创新实验室等 为培养一批智能机器人方面的专业人才而全力奋进 3 清华大学 北京航空航天大学 北京理工大学 北京科技大学等多所重点院校和北京石油化工学院 北京信息科技大学 北京工商大学等多所市属市管院校 哈尔滨工业大学 国防科技大学 广东工业大学 天津工程师范学院 福州大学 南昌大学等部分全国院校都已经建设了机器人创新实验室 01 04 02 03 初步目标 深层次目标 成熟目标 终极目标 建设目标 1 初步目标 1 6个月 实验室整体设备补充完成后 通过专业技术人员的培训 教师对机器人设备的使用和开发过程熟练掌握 然后 教师通过自主学习和公司技术支持 深入掌握相关教学内容 达到可以开课的程度 并完成相关实验课的大纲 教案 完成开课的教学条件准备 在此阶段将我校实验室初步建成一个具有实验设备教材基本齐全 教学实验正常进行的初级实验室 2 深层次目标 1 8个月 第一学期课结束以后 第一批学生结课 在提升工科课程学习积极性 以兴趣来引导学生学习 让学生实践简单的工程任务三个方面取得良好效果 部分学生通过单片机开发 传感器应用 编写程序 编纂开放式实验报告和总结等教学形式 接受了类似于工作单位任务的培养 为找工作积累实用的相关实践经验 在此阶段 实验室已经形成一个设备完善 学科体系建立 学生熟练操作掌握 具有一定科研能力 教师撰写论文的深层次发展阶段 3 成熟目标 3 6个月 教师可以根据经费 人力情况 开展机器人设计 机器人舞蹈 机器人擂台赛 家庭服务机器人比赛和足球机器人比赛等课程竞赛 在这个过程中争取产生优秀作品 同时 可以考虑选拔优秀的 动手能力强的学生 组织参加国家级的机器人竞赛 前期以舞蹈赛 机器人武术擂台赛等难度较低的竞赛为主 部分优秀学生可以进入研究课题 并陆续发表科研论文 在此阶段 将我校实验室建成一个集教学 实验 科研 机器人竞赛为一体的成熟实验室 在整个天津市职业院校中成为拥有强大实力 首屈一指的知名实验室 4 终极目标 6 12个月 教师通过优化授课资料 授课经验 实验经验和科研钻研等 可以自主设计 研发 制造 创新一部分机器人项目 并且总结教学 实验和科研成果 申报成果奖 发表相关论文 并争取获奖 选择一批优秀教师发表一些高水平科研论文 部分学生在教师指导下 也可以自主设计一些小型竞赛机器人 并以该机器人设备为平台 参加挑战杯竞赛 机械设计大赛 亚马逊机器人挑战赛 Robocup赛事等 力争获得奖项 在此阶段 将我校实验室建设成为一个具有自主设计 研发 制造和创新能力的高级实验室 争取在全国职业类院校的机器人实验室中成为领头者 甚至在全国的高校里面 成为特色鲜明 影响力较大的实验室 01 04 02 03 第一步购买设备 第二步培训交流 第三步课程设置 第四步科研比赛 建设步骤 第一步 选择一个1000平米左右的实验室 将实验室分为基础实验区 创新实验区和竞赛实验区 各区根据标准要求进行装修和基础设施的摆放 购买具有核心竞争力的机器人 选3台六自由度机械臂 3台服务机器人 3台智慧臂 3台智慧移动平台 2台智慧全向移动平台 10台变结构模块化套件安排在基础实验区 选2台服务机器人 3台六自由度机械臂和1台智慧全向移动平台 2台服务机器人 1台智慧移动平台 10台变结构模块化套件安排在创新实验区 选1台智慧移动平台 1台智慧全向移动平台 5台足球机器人 1台服务机器人安排在竞赛实验区 选择6个专业老师 每两个老师负责一个实验区 第二步 邀请专业技术人才对老师进行培训 建设科学合理的教学体系 将实验操作与理论学习优化搭配 配套操作实验室 实验课件 实用教材 授课讲稿以及课程体系安排和教学 第三步 按照难易程度 进行有步骤 有条理 层次分明 重点突出的课时安排 1 大一第一学期 给学生安排模块化运动套件 让学生掌握组装模块小车的拆卸方法 单片机的控制原理 基于传感的小车运动控制算法和简单的图形化编程 培养学生的对机器人认识的初步能力 2 大一第二学期 给学生安排智慧移动平台和智慧全向移动平台 让学生能够理解基于PC的控制原理和编程 熟悉两轮差动 四轮差动 三轮全向 单轮驱动算法等运动控制理论 了解室外基于激光的特征导航 惯性导航 多种传感器相互融合等 更深层次地去理解人工智能 3 大二第一学期 安排智慧臂和六自由的机械臂 让学生弄懂机械臂的正反解运算 复杂PID控制 虚拟运动仿真软件的编程 移动平台与机械手臂兼容协作 多台机械手臂协作任务等 4 大二第二学期 配置智慧伺服单元和智慧伺服关节单元 让学生了解舵机和电机的特点 区别和应用条件 明白减速的原理和电机驱动的原理 熟悉掌握模块机械臂的组装搭建方法和开发编程 能够通过关节自行搭建机器狗 机器蛇 双足机器人并编写相应的程序 5 大三第一学期 安排服务机器人 让学生理解服务机器人的自主定位与导航 深入了解激光雷达SLAM技术构建地图的原理 摄像头的识别和机械手臂的抓取 基于步态的移动跟随 基于肢体和语音的人机交互等 全面理解服务机器人的开发编程和复杂控制 6 大三第二学期 配置足球机器人 了解基于网络和视觉的多机协作 让学生实际参与到应用中 留出空间 让学生组织参加足球机器人的比赛 实现从理论到实际的结合 第四步 通过以上对学生合理的课时安排 组织一支专业的教学科研团队 写出一些具有高水平的学术论文 提高实验室的整体水平 组建一支竞赛队伍 参加机器人大赛 提高实验室知名度和学校声誉 配置方案 01 04 02 03 智慧臂 六自由度机械臂 智慧伺服单元 智慧伺服关节单元 05 06 07 智慧移动平台 智慧全向移动平台 智慧型服务机器人 08 足球机器人 配置理由 09 变结构模块化套件 变结构模块化套件产品特点 WPBlock套件的结构均为高强度的铝合金 组装大型构型形变小 稳定度高 传感器和执行器模块也都具备铝合金外壳 最大限度地保护内部电路受静电和灰尘的污染 结构件与模块的连接方式采用独创 MNT 拼装接口设计 主要特点 插接式配合 接口采用特殊应道工艺 靠近便可轻易滑入 手感极佳 拼接后自动锁位 无需螺丝 瞬间固定 拆卸时 只需定向稍加外力 即可解锁 这种新型的拼接口是专门为了工程实训课程的应用特点所设计的 充分考虑到课程的课时及器材的使用体验与维护难度 其主要意义为 无需螺丝即可实验传感器模块 执行器模块与结构件的快速拆装 在有限的科室内可以对构型进行多次改装迭代 减少机械化的螺丝拆装时间 使学生专注与技术开发和排错能力的训练 保持思路灵活 提高实训效果 拼接结构易于复原与收纳 大幅降低课后调整的工作量和设备维护难度 江邵器材耗损 避免频繁的设备故障和丢件影响到实验课程安排 整体参数 配置理由 1 该套件采用目前主流的控制器和开发架构 使学生在锻炼动手创新能力的同时 还能学习到最接近业界现状的开发技能 可以很好地完成理论知识与行业标准之间的衔接过渡 真正做到学以致用 继承创新 2 该套件分为多个版本 面向不同层级的开发 既有底层的硬件开发 也有应用层的软件开发 通过不同侧重的训练 让学生对一个创新产品的整体构架和技术细节都有所了解 掌握产品开发所需的方案规划和技术选型的能力 3 让学生掌握组装模块小车的拆卸方法 单片机的控制原理 基于传感的小车运动控制算法和简单的图形化编程 演示两轮差动 四轮差动 三轮全向 四轮全向运动 多种传感器融合等 培养学生的对机器人认识的初步能力 图片展示 智慧臂 IARM4 供电系统为DC12V 24V供电 配备工业级控制器 具备示教程序 支持图形化编程 人工示教或C语言编程 配有开发指南和实验教程 可以轻松灵活的加载到移动平台上 体重轻 负载大 精度高 具备电流 位置 速度反馈 参数灵活可调 IARM4驱动采用空心杯直流伺服 具备掉电位置锁死功能 产品特点 机电一体化专业教学实验 机器人运动学 动力学教学实验 小型机器人平台执行器 移动机器人平台夹持执行器 应用领域 整体参数 配置理由 1 该智慧臂 IARM4 是一套具有6个自由度的典型串联式小型机械臂 并配有小型手爪式电动夹持器 可用于工业机器人原理及应用教学 空间机构学 机器人动力学与运动学教学 并可作为小型机器人的执行器 2 该智慧臂的驱动采用空心杯直流伺服 具有掉电位置锁死功能 供电系统为DC12V 24V供电 配备了工业级控制器 还具备示教程序 支持图形化编程 人工示教或C语言编程 配有开发指南和实验教程 3 可以进行机械臂运动正反解运算 实现复杂PID控制 虚拟运动仿真软件的编程 移动平台与机械手臂兼容协作 多台机械手臂协作任务等 图片展示 机电一体化设计 通讯供电及控制系统完全集成在模块内 体积小扭矩大 支持标准化RS485接口通讯 方便与控制系统连接 关节内部集成高端TI的DSP 可快速处理指令信息及反馈位置扭矩信息 支持C C C Java Python等多种编程语言 开发自由度高 可通过软件进行虚拟运动仿真 提高开发过程中的使用安全性 六自由度机械臂 WP M1 产品特点 整体参数 配置理由 1 该六自由度机械臂是一款面向工业机器人教学及相关科学研究的高精度机械手臂 由六个自由度关节和一个机械手爪组成 各关节的驱动电机和控制系统均集成在关节内部 体积小扭矩大 而且不需要额外控制柜 可以轻松地搭载到移动平台上 兼容性很高 2 该六自由度机械臂附带控制软件可以进行机械手臂运动正反解运算 在控制实体前虚拟机械臂运动 编辑机械臂的运动序列等等 非常适合我校相关的教学及科研应用 还可进行复杂PID控制 虚拟运动仿真软件的编程 移动平台与机械手臂兼容协作 多台机械手臂协作任务等 3 与其余公司的机械手臂相比较 该款机械手臂外观优美 性能指标和应用范围与我校老师的应用要求非常相符 而且性价比很高 经过前期考察与分析 该款机械手臂 为众多同类型产品中最适合我校做实验 科研和技术开发的产品 图片展示 智慧伺服单元 IDM3 大扭矩 200 1000kg cm 具备掉电位置锁死功能 高精度 位置伺服控制分辨率0 35度 响应速度快 响应速度小于2ms 串行总线连接控制 可最多连接数百个单元 连接方便简单 每个单元均有位置 速度 力矩 电流 电压 状态反馈 并可设置PID 加速度 力矩限制等 具有位置模式和速度模式两种工作模式 位置模式下 转动角度范围为0 270度 速度模式下可连续旋转 可做为轮式机器人驱动 具有强大保护功能 集成电压 电流 过载 高温保护 可报警或自动停机 防止损坏 具有灵活的可重组性 产品特点 整体参数 配置理由 1 该智慧伺服单元 IDM3 系列模块 是一种全新型的机器人关节执行器 其将驱动电机 控制器 传感器和通信电路等完整伺服轴的所有功能完美的封装在一个标准模块中 外部仅需供电和通过总线或串口轻松实现速度 位置 扭矩控制 并可通过串行口数字指令进行加速度 限位 限流 工作模式等设置 2 我校可以根据自己的实际选择适合类型 尺寸的模块 组装出适合工作要求的不同构形的机器人 同时 各单元模块可通过串行总线连接控制 最多可串联数百个单元 3 配置该模块 可以让学生了解舵机和电机的特点 区别和应用条件 明白减速的原理和电机驱动的原理 熟悉掌握模块机械臂的组装搭建方法和开发编程 能够通过该模块自行搭建机器狗 机器蛇 双足机器人并编写相应的程序 图片展示 机电一体化设计 通讯供电及控制系统完全集成在模块内 体积小扭矩大 支持标准化RS485接口通讯 可快速连接使用 集成高端TI的DSP 可快速处理指令信息及反馈位置扭矩信息 单元模块可单独实现多点位置 速度 加速度 扭矩控制 单元本体具备多个安装面 方便与轴 法兰进行螺丝紧固 产品特点 整体参数 配置理由 1 该智慧伺服关节单元采用了模块化设计思路 可以根据我校的需求搭建任意自由度的机械构型 可以实现最简单的一自由度到多自由度的机械结构 通过自由组合的方式 大幅缩短设计编程时间 从而节省大笔的开发费用 2 该智慧伺服关节单元的应用范围广泛 可以大规模用于关节型机械臂 并联式执行机构及特殊结构的机械作业系统 具备优秀的应用自由度和机械电气扩展性 3 该关节单元的使用还可以让学生了解舵机和电机的特点 区别和应用条件 明白减速的工作原理和电机驱动的工作原理 熟悉掌握模块机械臂的组装搭建方法和开发编程等 智慧移动平台IMR 全自主重负载多地形适应能力 全开放完整的二次开发系统 高精度高稳定性全天候工作能力 多用途适应不同行业的复杂应用 产品特点 整体参数 配置理由 1 该智慧移动平台 IMR 是面向科研及现场应用开发的多用途智慧移动平台 系统稳定开放 行走机构可以根据现场工况实现橡胶轮 履带轮 麦克纳姆轮之间无缝切换 运动系统采用大扭矩高精度直流伺服控制 具备完整的传感系统 广泛应用于无人巡检 移动载物 无人作业等 2 它还具备强大的地面适应能力及负载越野能力 橡胶轮具备草地 砂石等普通地面行走能力 履带轮具有雪地 沟壑及复杂室外地形的越野能力 麦克纳姆轮实现平整地面的全方向移动 3 能够让学生很好地理解基于PC的控制原理和编程 熟悉两轮差动 四轮差动 单轮驱动算法等运动控制理论 了解室外基于激光的特征导航 惯性导航 多种传感器相互融合等 更深层次地去理解人工智能 图片展示 360 全向移动底盘 全面支持Windows和Linux ROS 完备的二次开发资源 具备稳健的特征识别算法 可实现定距离目标跟随移动 激光雷达SLAM自主定位与导航 可实现地图中点到点的自主移动 自主充电 大幅提高续航能力 支持无线联网 可完成多机协作任务 智慧全向移动平台IMR产品特点 整体参数 配置理由 1 该智慧全向移动平台 WP V1 是一款面向科研及现场应用开发的室内全向移动平台 使用三轮全向底盘 可以实现360 全方向自由移动 装备了高精度激光雷达系统 可以实现目标跟踪 行进中避障 SLAM自主定位与导航 配合自动充电站 可实现无人自主充电 大幅提升作业时长 除此之外 该产品还具备无线组网功能 可以实现多台设备的协同作业 2 该平台广泛用于移动载物 无人巡航 无人作业等 与普通小车相比 可全向移动 性能更稳定 科技更先进 3 使用该平台 能够让学生深入理解基于PC的控制原理和编程 三轮全向 三轮驱动算法等运动控制理论 了解基于激光的特征导航 惯性导航 多种传感器相互融合等 图片展示 智慧型服务机器人 WP R1 360 全向移动底盘 全面支持Windows和Linux ROS 完备的二次开发资源 具备稳健的特征识别算法 可实现定距离目标跟随移动 激光雷达SLAM自主定位与导航 可实现地图中点到点的自主移动 搭载俯仰平台的立体视觉装置 可对目标物进行识别和空间定位 可升降的机械臂平台 可完成物品抓取和递送任务 自主充电 大幅提高续航能力 支持无线联网 可完成多机协作任务 产品特点 1 机器人自主定位与导航研究 2 机器人视觉技术研究 3 基于语音识别的人机交互技术研究 4 基于肢体识别的人机交互技术研究 5 机械臂运动学研究 6 人工智能研究 主要适用的研究领域 整体参数 配置理由 1 该服务机器人 WP R1 主要侧重的研究方向是机器人的定位导航以及机械臂的控制抓取 该产品使用了三轮全向底盘 机身上装备了一条机械手臂 且高度可自由升降 头部搭载一台高分辨率的RGB D立体相机 可以高效的执行室内的定位导航以及对常用物品的识别操作任务 还配备了自动充电坞 可以在必要时自主移动到充电坞进行充电工作 从而实现核心任务的长时间的连续执行 2 该产品主要工作在室内环境 其搭载的激光雷达可以通过SLAM技术对机器人的自身坐标进行定位 借助头部的立体相机和机载的机械手臂 可以对室内桌面上的物体进行识别抓取 从而完成作业环境中的物品空间转移任务 在人机交互方面 借助机载麦克风 可以进行语音指令识别 通过对话交流 从人类操作员处获取任务信息3 经考察 该款服务机器人为国内做的最完善的 最先进的 非常适合本学校老师和同学做相关教学 实验 科研和比赛等方面 与国外服务机器人相比较 性价比很高 图片展示 360 全向移动底盘 全面支持Windows和Linux ROS 完备的二次开发资源 具备稳健的特征识别算法 可实现定距离目标跟随移动 激光雷达SLAM自主定位与导航 可实现地图中点到点的自主移动 自主充电 大幅提高续航能力 支持无线联网 可完成多机协作任务 足球机器人产品特点 整体参数 配置理由 1 该公司的足球机器人是一款面向科研及现场应用开发的室内全向移动平台 该平台使用三轮全向底盘 可实现360 全方向自由移动 装备了高精度激光雷