基于编程机器人的创客实验室建设需求

基于编程机器人的创客实验室建设需求一、项目背景本项目的实施以创客思想、理念为指导，结合先进的科技创新教育管理平台整合线上线下的课程、教学活动，让高质量的课程体系服务于更多学生。在产品内容设计过程中，钛创星注重培养学生的沟通能力、创新能力、协作能力、审辨思维能力。期待能够和学校以知识传授为中心的教学思想相融合，真正提升教育教学质量，开拓创新人才培养模式，真正促进学生全面而个性的发展。同时让教育工作者逐渐具备科技创新教育教学能力，培养更多未来的科技创新领域人才。（1）信息技术与教育教学实践深度融合通过编程教育，和信息技术课程进行对接，增强学校对技术教育项目的投入以及提高人们对K1-12阶段中编程教育的公认度。（2）提升科技创新技术方法的普及程度通过在学生中开展科技创新教育，进一步推广科技创新理念，培养学生对于未来社会发展的思考。（3）促进学生的发展和成长通过项目实践学习，促进学校教育对于学生解决实际问题所需的实践性能力的培养和提高，进一步促进学生的成长。二、项目概况结合自身实际情况及办学特色，提出了“以科技创新教育为基础手段，通过指导学生学习相关科技创新课程促进学生在编程、计算思维、逻辑思维、科技创新等领域的知识获取和技能习得，培养提升中小学生科创精神和科创水平，从而激活学生的创新意识，使其在各类科技活动中提升创新能力，最终实现学生核心素养提升的目的”的方案。科技创新课程是基于视觉训练、机器学习等多种科技创新理论设计的课程，不仅要学习视觉巡线、数字识别、路标识别等多种视觉识别的使用方法，还要学会这些应用背后存在的逻辑及原理，更加深入了解科技创新这片广阔神秘的领域。学生在学习力、思维发展、知识储备等方面都具有了良好的积累，已经储备了诸多数学、物理、科学、人文等方面的知识，科技创新课程将单门学科交叉融合，形成更加完整的知识体系和适合学生身心发展要求的培养方案，帮助学生全面发展核心素养。主要功能区块包括：编程设计区、训练区、工具材料间、学习活动区、工作坊区、工具墙、文化墙等区域。学校根据实际空间与教学情况进行规划分布。三、项目目标通过开展科技创新教育课程，逐步建设创新实验室，建立科技创新教育教师队伍，从而打造具有学校本土特色的科技创新教育内容模式。同时这也将促进传统学科和科技创新教育的教育模式融合，逐步提升教师团队的教育教学理念与方式方法，提升学校教育教学质量。1、提升学生创造性解决实际问题的能力科技创新教育要求学生动手动脑，注重实践、注重动手、注重过程，注重培养孩子各方面技能和认识能力，激发好奇的天性和主动探索能力，创造机会让孩子去探索有趣的机器人思维，引导同伴之间的合作配合，并强调解决问题的能力。2、培育具备新型教育理念和能力的教师队伍通过培训、备课、听课、评课等手段，提升教师对科技创新、编程知识的教学能力、应用技术方法的实践能力、批判性思维与创造性思维的应用能力、项目教学与问题教学的实施能力，不断促进教师队伍专业发展。3、培育具有一定区域影响力的特色学校随着学校科技创新教育实验室的规划建设，教学活动的日常开展，为学校提供可持续发展的动力。丰富学校课程教学内容，帮助学校开展校本课程建设，搭建科技创新课程体系。本项目整合信息技术(编程)、工程、物理和数学几个学科知识和方法，可与学校相关课程无缝整合，可以让学校现有课程内容更丰富，教学形式更多样，评价方式更多元。在此基础上，全力打造学校成为当地乃至全国具有一定影响力的科技创新型特色学校，使学校逐步形成教育内涵丰富、个性鲜明的特色学校。四、设备清单及参数序号产品名称技术规格要求数量单位基于编程机器人的创客实验室教学类/竞赛类器材1仿生机器人1)机身：机身最大尺寸约为300mm*300mm*4754mm,最小尺寸约为250mm*250mm*215mm。由18个DSSERVO20kg数码舵机构成四个3自由度机械腿，一个5自由度机械臂，一个平行移动夹爪。

2)电源输入：7.4v18650锂电池电池供电。

3)控制方式：usb串口和视觉模块处理判断。

4)控制板：定制一体式arduinomega2560pro核心控制板，带有ADC读值接口，独立带载3a模块，18个舵机驱动接口，串口通讯接口，远程遥控，pc下载调试等。

5)带载能力：5v10a。

6)部件：四路数字量灰度传感器，红外测距传感器。

7)基于cc2540芯片方案，支持ble4.0协议，UART接口。6套2轮式机器人一、产品参数：

1、整车轮距：140mm。

2、外壳颜色：金色、蓝色、红色三色可选。

3、驱动方式：四轮驱动。

4、控制模块：芯片ATmega2560（兼容Arduino主控板），额定输出电压5V，3pinPH2.0防反接I/0接口11个，4pinPH2.0防反接I/0接口3个，其中一个为I2C接口，4pin针脚I2C接口4个，4pin针脚串口2个，4pin2.54串口1个，电机驱动转接板接口1个，DC5.5电源口1个，DC5.5充电口1个，MicroUSB串口1个。

5、传感模块：系列传感器参数如下

1）灰度传感器：5路AI信号，自发光，1个。

2）六轴陀螺仪：1路I²C信号，MPU9250，1个。

3）自锁按键：1路DI信号，1个。

4）启动按键：1路，1个。

6、执行模块：

1）LED灯：2路DO控制，2个。

2）减速电机：130减速电机，4路PWM控制器，4个。

3）直流电机：130直流电机，1路PWM控制器，1个。

4）舵机：全金属齿轮，1路DO控制器，运动范围0~180°，1个。

5）蜂鸣器：1路，1个。

7、能源模块：高容量电池，12V，3000mah，1个，带充电器。6套3轮式机器人1)机身：机身最大尺寸约为280mm*250mm*300mm,最小尺寸约为245mm*250mm*300mm。总体功能结构由3个数码舵机和一个平行移动夹爪组成一个升降机构，一个搅拌机构和一个夹持机构，由一个371微型蜗轮蜗杆电机组成抽放水装置。底盘由两个545编码器电机，万向轮，以及一个八路模拟量灰度传感器构成。

2)电源输入：12.6v18650锂电池电池供电。

3)控制方式：usb串口。

4)控制板：定制一体式arduinomega2560pro核心控制板，带有ADC读值接口，独立带载3a模块，9个舵机驱动接口，16个模拟量通讯接口，串口通讯接口，远程遥控，pc下载调试等。

5)带载能力：5v10a/12v5a。

6)部件：八路模拟量灰度传感器，数码舵机，545编码器电机，371微型蜗轮蜗杆电机，万向轮平行移动夹爪。

7)基于cc2540芯片方案，支持ble4.0协议，UART接口。6套4人工智能车一、产品参数

1、整车尺寸：长度约275mm*宽度约180mm*高度约40mm（不含扩展件）。

2、外壳材料：铝合金。

3、驱动方式：四轮麦克纳姆轮驱动，轮胎直径60mm。

4、电源：11.1V3000mAh锂电池、含充电器、18650锂电池、带保护板、能有效防止过充/过放/短路/过流。

5、控制模块：高性能处理器，兼容Arduino主控板。自带不少于4颗RGB灯珠，可通过编程控制亮度及颜色。

6、传感器

（1）超声波传感器：1路AI信号、测量范围5-50cm、配有4pin防反接接头；

（2）灰度传感器：1路I2C信号，4路灰度检测，可控制补光灯亮灭情况，配有4pin防反接接头；

（3）陀螺仪：6轴陀螺仪，可检测XYZ轴加速度以及XYZ角速度；

7、执行器：130减速电机，额定电压12V，减速比1:90，额定转速175rpm，自带霍尔编码器，4枚。

8、编程环境：控制编程采用Mixly0.98版本及以上，图形化编程界面，兼容arduinoIDE，建议在Windows系统上使用；计算板编程，Python。12套5大扭力编程投掷套件一、产品参数：

1、结构参数

（1）投掷装载尺寸：≥75mm×75mm。

（2）材料：铝合金。

（3）结构铝合金厚度：约2mm。

（4）投掷最大长度：120mm。

2、电子模块：

（1）大扭力直流减速电机：555电机，额定电压12V，空载转速500rpm/mins。

（2）电机驱动板：输入电压≤12.6v，可接入1枚12V电机，电源接口为XH2.54防反接接口，2路PH2.0防反接信号接口。

3、软件特点

基于Mixly图形化编程环境，配备智能车专用模块库，简单拖拽即可开始编程之旅。12套6自动装载套件一、产品参数：

1、结构参数

（1）装载空间尺寸：约240mm×50mm×50mm。

（2）材料：铝合金。

（3）结构铝合金厚度：约2mm。

（4）自由度：1轴。

（5）可容纳6个边长4mm的正方体沙包。

2、电子模块：

（1）舵机：额定电压7.4v，扭矩20kg.cm，自由度180°。

3、软件特点

基于Mixly图形化编程环境，配备智能车专用模块库，简单拖拽即可开始编程之旅。12套7360编程机械臂套件一、产品参数：

1、结构参数

（1）爪子张开尺寸：≥105mm。

（2）爪子抓合包围尺寸：≥50mm。

（3）机械臂高度尺寸：≥140mm。

（4）材料：铝合金。

（5）结构铝合金厚度：≥2mm。

（6）爪子铝合金厚度：≥2.5mm。

（7）自由度：4轴。

2、电子模块：

（1）转动舵机：额定电压7.4v，扭矩20kg.cm，自由度180°，共3枚。

（2）爪子舵机：额定电压5v，扭矩13kg.cm，自由度180°。

（3）舵机驱动板：额定电压5v，输入电压≤12.6v，最多可接入2枚5V舵机、4枚7.4v舵机，自带舵机过载保护，1路I2C接口，电源接口为XH2.54防反接接口，其余接口均为PH2.0防反接接口。

3、软件特点

基于Mixly图形化编程环境，配备智能车专用模块库，简单拖拽即可开始编程之旅。12套8AI视觉套件一、产品参数

1、外形尺寸：长度113mm*宽度52mm*高度35mm±5mm。

2、外壳材料：铝合金。

3、视觉模块：内置高性能四核处理器，高速神经网络处理器，3W扬声器，串口1个，USB接口1个，可实现双车道识别，颜色识别，颜色跟踪，交通标志识别，数字识别，图像识别，开放神经网络分类器，可自定义识别图像内容。

4、摄像头：≥100万像素，水平视觉105°±5°，垂直视角76°±5°，对角线视角120°±5°。

5、编程环境：控制编程采用Mixly0.98版本及以上，图形化编程界面，兼容arduinoIDE，建议在Windows系统上使用；计算板编程，Python。12套9180编程机械爪套件一、产品参数：

1、结构参数

（1）爪子张开尺寸：≥105mm。

（2）爪子抓合包围尺寸：≥50mm。

（3）材料：铝合金。

（4）结构铝合金厚度：≥2mm。

（5）爪子铝合金厚度：≥2.5mm。

（6）自由度：2轴。

2、电子模块：

（1）翻转舵机：额定电压7.4v，扭矩20kg.cm，自由度180°。

（2）爪子舵机：额定电压5v，扭矩13kg.cm，自由度180°。

（3）舵机驱动板：额定电压5v，输入电压≤12.6v，最多可接入2枚5V舵机、4枚7.4v舵机，自带舵机过载保护，1路I2C接口，电源接口为XH2.54防反接接口，其余接口均为PH2.0防反接接口。

3、软件特点

基于Mixly图形化编程环境，配备智能车专用模块库，简单拖拽即可开始编程。12套10装卸套件一、产品参数：

1、结构参数

（1）装载空间尺寸：底部尺寸≥80mm×90mm，顶部尺寸≥125mm×90mm，高度≥50mm。

（2）材料：铝合金。

（3）结构铝合金厚度：约2mm。

（4）自由度：1轴。

2、电子模块：

（1）舵机：额定电压7.4v，扭矩20kg.cm，自由度180°。

3、软件特点

基于Mixly图形化编程环境，配备智能车专用模块库，简单拖拽即可开始编程。12套11智能车遥控配件（蓝牙版）一、产品参数

1、尺寸：长度约148mm*宽度约106mm*高度约58mm。

2、按键：左右摇杆、方向键、XYBA键、HOME键。

3、材质：外壳ABS塑胶。

4、电池：DC5V/500mA，电池容量380mAh，满电放置30天，持续使用时间大于15小时。

5、蓝牙模块：蓝牙4.0，插拔连接，最大传输距离15m。

6、连接方式：MAC地址绑定，1对1匹配。12套12探路者空中机器人（含电子舵机夹具）一、开源平台无人机参数：1、无人机旋翼数：≤4。2、无人机轴距：210mm。3、整机尺寸：≤400mm*400mm*200mm。4、整机重量：≤300g。5、供电电压：≤12V。6、飞行时间：约18分钟。7、电池容量：1000mah，35C放电。8、活动半径：0-700m。二、产品功能1、支持Scratch/Mind+编程，可自行开发编程模块。2、可安装电子磁铁、激光避障模块、电子抓手、激光模块。3、遥控模式下支持一键起飞、降落，碰撞急停，一键设置机头方向，一键回正。4、可识别二维码、条形码。5、可识别色块、形状、人脸及巡线飞行（可识别不同颜色的轨迹路线）。6、Scratch/Mind+编程模式下，支持语音控制，右上角，左上角，不同角度飞行。7、支持二维码编队表演/UWB基站编队表演。8、可提供自研电子靶，无人机激光模式下，可实时在编程软件显示打靶数值。三、产品清单1、无人机一套（出厂前可根据要求安装相应模块）、Y4快速充电器一套、保护罩一套、备用螺丝一个、备用桨叶一套、1000毫安电池*2、数据线*1、固件更新下载线*1、此款设备匹配配套课程且课程可支持专用教学平台使用、匹配专用模拟器。模拟飞行器参数一、遥控器通道：8通道。电压：3.7v(1S锂电)3.7V~84V。电流：≤260mA75mA。应用：多旋翼、直升机、固定翼、车、船。跳频全新FHSS跳频(64点/3.6ms)。PPM储存20组机型。语言：支持中文、英文。二、软件功能1：系统开机自启动：支持系统开机后，自动启动模拟器软件，自动识别遥控器，无需摇杆调试。2：支持学生账号管理：每个学生需要根据自己账号密码登录系统，可以在模拟系统中修改自己的密码。后台可统一批量生成学生账号。3：登录界面定制：登录界面有学校LOGO等字样。4：功能选择界面：除“模拟飞行”功能外，预留“无人机仿真拆装”，“1+X”证书仿真（植保、航拍、安防、测绘、巡检模块）等扩展功能。5：支持多种飞行器模拟：支持多旋翼，固定翼，直升机。多旋翼无人机模型要可定制，根据学校采购的真实机型定制多旋翼无人机模型。6：模拟飞行场地可定制：模拟飞行场地需根据学校实际飞行场地可定制，等比例还原真实飞行场地。训练场地要有“模拟飞行场”的标识语。7：模拟场地环境可设置：支持多种天气的模拟：雨天，雪天，沙尘，雾霾，以及落叶环境。所有环境支持强弱调节，如雨量，可以设置0%到100%的强度。支持环境风设置：在三维环境中可以设置X,Y,Z三个方向上的风向，以及力度。8：飞行界面设置：多旋翼飞行视角支持第一人称（FPV）和第三人称。支持飞行高度和俯仰角度实时显示。9：支持真实飞控系统模拟：支持无自稳功能下的多旋翼无人机，无人机要模拟真实物理效果，运动过程要带有物理惯性，用于学生练习无人机手控，训练学生三维空间感知。支持PixHawks，ROS等无人机或机器人系统模拟，用于无人机飞控系统研发学习。10：支持人工智能应用模块开发：系统提供Python/C++API接口，通过相应API可控制无人机的飞行，模拟摄像头和传感器，用于自动避障，路径规划人工智能模块研发，以及深度学习，强化学习等的开发学习功能。11：训练模式：多旋翼无人机，支持多种训练模式：A:悬停训练：学生通过遥控器控制无人机，悬停在圆形区域，无人机过高，或者偏离圆形区域都算失败，无人机悬停时间越久，成绩越好。悬停过程无人机接触地面，计时归零。B:降落训练：学生通过遥控器控制无人机，沿着地图上的悬停板，逐个完成降落目标，最终降落到制定位置，任务完成，用时越短成绩越好。飞行过程飞机接触地面，任务失败。C:绕AOPA8字场地：绕地图上的“8”字轨迹飞行，飞行过程要依次经过轨迹上的标记桶，成功经过时标记桶会熄灭，绕完所有标记桶后，降落到降落板，任务完成。用时越短成绩越好。12：比赛模式：支持线上联机竞赛。联机系统：学生可创建竞赛场地，指定参数人数；同时可以加入网络内其他同学创建的场地。A:支持多无人机对抗赛：a:降落竞赛：多个学生遥控操作无人机，依次悬停降落到指定区域，最快完成任务的同学获胜。b:赛道竞速：多个学生遥控器操作无人机，依次穿越地图上的标记框，最快完成任务的同学获胜。c:投放炸弹：多个学生遥控器操作无人机，先在装弹位置完成装弹，再将炸弹投放到制定位置，在规定时间内投放成功最多的同学获胜。B:支持人机对抗模拟：人机对抗赛：该赛事模拟黑飞场景下，地面执法人员通过“电子枪”干扰无人机飞行。多名学生分为两个队伍，一方模拟无人机操作人员，通过遥控器操作无人机；另一方模拟地面管理人员，通过“电子枪”干扰无人机操作。规定时间内地面管理人员全部干扰成功即完成任务，否则管理人员一方失败。13：比赛赛道可定制：后期根据学校的需求，配合校方校内外无人机模拟赛事的赛道定制。14：学生账户管理：学生在登录模拟器后，可查看训练记录，飞行时长，训练成绩等。学生需要完成规定时长的飞行训练，获取相应成绩，才能进入比赛模式。15：教师管理模块：A:教师后台登录，可查看所有学生学习训练成绩等信息。B:后台设置学生账号使用权限，如设置某个账号在规定时间内训练，超出规定时间无法使用该系统。四、开源平台无人机主要部件参数：1、核心处理器：国产芯片、72MHz工作频率、20KRAM、128KFLASH、最低工作电压2V；2、辅助处理器：国产芯片、216MHz工作频率、512KRAM、2MFLASH、最低工作电压1.7V；3、陀螺仪：支持IIC和SPI,范围±250、500、1000、2000°/s，工作温度-40℃～85℃；4、气压计：1.7～3.6V工作电压、压力范围300～1100HPA、相对精度±0.06hpa；5、电子罗盘：内置A到D转换器的磁力数据出、灵敏度0.3uT/LSB；6、遥控系统：Cortex-M3、72MHz工作频率、20KRAM、128KFLASH、最低工作电压2V；7、螺旋桨：125；8、电机：有刷电机；9、无线通信：支持六路通道的数据接收；支持GFSK/FSK等通用调制方式；支持2Mbps/1Mbps/250Kbps数据速率,可设不同的发射功率；6套13无人机维修备件库1、125桨叶*4套。

2、空心杯电机*4。

3、电机减速组*4。

4、碳纤维轴杆*2。

5、螺丝等小配件*1。

6、3D中心支架*2。

7、螺丝刀*1。

8、桨叶保护罩*2。2套14比赛套件电子夹：舵机*2，夹片*2，配套驱动板*1。6套15视觉识别无人机电池1、电池电压：3.7V。

2、电池容量：1200mAh。

3、放电倍率：35C。

4、内置保护模式。6套基于编程机器人的创客实验室竞赛场地器材1仿生机器人训练场地双足人形机器人或多足仿生类机器人赛事专用场地。1套2轮式机器人训练场地轮式机器人B类快乐游艺园专用场地。1套3轮式机器人训练场地科学试验台机器人专用训练场地。1套4智慧交通场地模型套件1、场地总尺寸：≥长度2910mm*宽度3080mm。

2、场地材质：可拼接EVA赛道模块，共计38块。

3、模块规格：长度440mm宽度440mm直道模块，长度440mm宽度270mm窄路模块，长度440mm半径710mm角度45°转角模块。

4、车道规格：车道宽度200mm，引导线宽度20mm，转弯半径490mm。

5、任务场景：物流管家，城市享游，倒车入库，通行守护，互联泊车。

6、任务模型：物流管家区2个识别木块，2张识别卡纸；城市享游区1个积木建筑模型，可自动旋转；倒车入库区2个路标模型；通行守护区挡板若干。

7、木块规格：正方体木块，边长80mm。

8、挡板规格：长挡板430*150*10mm，短挡板350*150*10mm白色。

9、挡板卡槽规格：卡槽宽度10mm，共有T型，L型，十字型，一字型4种卡槽。

10、专用画布A：尺寸约为3000mm*2700mm。1套5智慧城市场地模型套件1、场地总尺寸：≥长度3080mm*宽度3040mm。

2、场地材质：可拼接EVA赛道模块，共计26块。

3、模块规格：长度440mm宽度440mm，厚度10mm。

4、车道规格：车道宽度200mm，引导线宽度20mm。

5、任务场景：环保卫士，外卖骑手，急救先锋，疯狂出租车，道路工程队，集装箱码头。

6、任务模型：垃圾桶模型红色1个，垃圾桶模型蓝色1个，集装箱模型3个，外卖盒模型1个，指示牌模型6个，工程装置模型2个，医疗箱模型1个。

7、识别图像：公园贴纸，办公区贴纸，学校贴纸，医院贴纸，左转路标贴纸，右转路标贴纸，数字1贴纸，数字2贴纸，数字3贴纸。

8、专用画布：尺寸约为3080mm*3040mm。1套6星矿探测场地模型套件一、产品参数

1、场地总尺寸：≥长度3500mmm*宽度2000mm。

2、场地材质：喷绘布。

3、模型规格：假山≥46cm*20cm*35cm、数量2个，桥≥90cm*35cm*5cm、数量1个，大石头直径16cm、数量3个，小石头直径8cm、数量2个。

4、道具规格：直径5cm，不规则石头形状，红色4个，蓝色4个。

5、道具材质：PLA。1套7智慧城市普及赛场地套件一、产品参数

1、场地尺寸：≥长度2400mm宽度1200mm。

2、场地材质：喷绘布。

3、挡板规格：尺寸150mm*150mm数量2个。

4、挡板卡扣规格：三卡槽平角，数量4个。

5、方块规格：正方体，边长50mm，数量1个。

6、投放盒：尺寸≥28.8*22*8cm，数量4个。

7、沙包货物道具：尺寸4cm×4cm，数量6个。

8、停车取卡道具：可拼接塑料模型，需组装，数量1个。1套8场地套装电教赛事C类可编程控制飞行器专用场地套装（含场地地图与障碍物）。1套9人工智能城市互动沙盘（含车）1、沙盘框架：沙盘内径尺寸≥244*122cm，外径≥247*125cm，围栏高度≥15cm，板材厚度≥16mm。

2、喷绘布：材质550刀刮布，UV哑光喷绘，防反光，尺寸≥244*122cm。

3、主控板：芯片为mega328p，额定输出电压5.5V，引脚数量22个，PWM引脚数量7个，模拟输入引脚数量8个，miniUSB接口1个，DC2.5mm电源口1个，最大可供36V电压。

4、电子