机器人创新平台与工程教育改革 24P

1、2006年4月,机器人创新平台与工程教育改革,2020/9/7,深圳市德普施科技有限公司,2,内容,引言 机器人作为工程教育典型系统对象的设计要求 分基础教育、专业和复杂三个层次论述 国内教育机器人的现状和问题 分基础、专业和复杂三个层次概括 德普施和鸥鹏机器人创新平台 基础教育机器人典型平台 专业机器人创新平台 复杂机器人系统平台 小结,2020/9/7,深圳市德普施科技有限公司,3,引言,随着50年前信息论、控制论和系统论的发现和应用，人们对科学、技术和工程的看法逐步从机械的世界观和方法论向系统的世界观和方法论转变 工程教育涉及科学、技术和工程，所以必须将原有基于机械世界观和方法论的工程教

2、育体系和内容变革为体现系统世界观和方法论的工程教育体系和内容，这就是现代工程教育改革的主要内容 机器人作为一个最为典型工程系统对象，涵盖了机械、电气、信息、通讯、控制和系统等所有现代工程专业的内容，因此将机器人作为一个典型的系统对象，是所有创新工程专业教育改革的理想载体，而且可以贯穿工程训练、专业基础教育，和专业创新教育整个工程教育过程。,2020/9/7,深圳市德普施科技有限公司,4,机器人作为典型系统对象的总体设计要求,要遵循认识论的规律，分层次设计从简单到复杂的典型机器人系统对象 要坚持以完整系统为设计原则，不同层次的机器人系统都要包含机械、电气、控制和通讯等完整组件 系统要完全开放，要

3、让学生或学员能够完整的了解和学习到机器人系统的各个部件和模块的功能和集成方法，越是基础的机器人系统，越要开放彻底 系统要具有可扩展性，必须要有丰富可扩展传感器和相应的软件扩展功能,2020/9/7,深圳市德普施科技有限公司,5,基础教育机器人系统的详细要求,机械结构可拆装和扩展，而且必须是工程化的机械结构件，以便同塑料件的积木式拼装机器人区别。 机械、电气和控制平台和接口必须完全开放，便于学生或学员扩展各种传感器和外设，可以自行设计、制作和更换其中的任意模块。 软件编程平台必须易学易用：作为初次接触机器人系统对象的工程学生来说，没有必要也不应该直接采用C语言平台，否则，学生不是在学习机器人系统

4、知识，而是在学习C语言工具，背离了我们的教学基本目标。这也是为何在欧美的基础教育机器人都采用BASIC编程语言的原因 要有丰富的可扩展用传感器供学生进行创新设计之用，以便能够起到举一反三的作用,2020/9/7,深圳市德普施科技有限公司,6,专业教育机器人系统的详细设计要求,与基础教育机器人系统具有一定的连贯性 机械结构要轻便简单，符合Robocup中型足球机器人比赛的要求，以便教学研究之余可以参加比赛，提升学生对机器人的兴趣和热情 电气控制结构模块性要非常好，便于学生和学员拆装，电气连线越少越好，这样可以降低专业机器人的复杂性和神秘感，增强学生对专业机器人的热情 控制平台必须采用比较高级的V

5、C平台 各种复杂传感器的扩展要非常方便，概念要非常清楚,2020/9/7,深圳市德普施科技有限公司,7,复杂机器人系统对象的设计要求,直接采用基础教育机器人和专业智能机器人组成多机器人复杂系统，完成 多机器人系统体系结构 多机器人系统通讯 多机器人系统学习 多机器人协同 多机器人系统对抗 等教学和研究,2020/9/7,深圳市德普施科技有限公司,8,国内基础教育机器人的现状,乐高和慧鱼，积木结构为主，适合中小学，并以机构创意为主要创新点 广州中鸣，有塑料套件和完整的塑料机器人，适合中小学生 广茂达，完整的教育机器人和塑料积木式结构结合 完整的教育机器人主要针对软件编程实践 积木式结构与乐高行业

6、慧鱼类似 综合起来，以上产品需要改进的地方有 必须更加开放 进一步提高扩展能力，特别是反映现代信息、控制和系统方面的扩展内容。他们或是强调编程，或是强调机构创意，不能系统均衡地将机器人概念和工程知识传授给学生,2020/9/7,深圳市德普施科技有限公司,9,国内专业和复杂机器人系统的现状,最高端是美国的Active Media，价格昂贵，开放性不好，但水平较高，产品较全 上海交大：国内最早开展中型自主移动机器人研究的单位，在全国RoboCup中型组竞赛中一直名列前茅。但控制结构复杂。 上海广茂达，国内最早以企业参予中型自主移动机器人的研发和推广的企业，推出了一款产品，并实现销售。但机械结构和控

7、制结构较复杂，不适合拆装 其它如国防科大等高校也推出了自己的平台，但没有实现产品化 复杂机器人系统国内主要是RoboCup中型足球机器人系统2对2或4对4，其它复杂机器人系统还没有,2020/9/7,深圳市德普施科技有限公司,10,德普施基础教育机器人创新平台,平台目标： 针对大学生工程知识和系统知识不足的特点，通过亲自组装、调试和编程基础教育机器人系统，使学生了解基础机器人系统的构造、控制原理、传感器技术和软件编程思路和方法。初步建立包含物质、能量、信息和控制的工程系统模型。 平台硬件： 各种微型教育机器人套件，如宝贝机器人、步行机器人机械电子套件 平台软件： BASIC编程平台，易学易用，

8、专门针对工程实践教学的入门语言，国际现代工程实践教育的主流平台 简易C语言平台,2020/9/7,深圳市德普施科技有限公司,11,平台系统课程,课程内容 机器人系统的大脑微控制器 机器人系统的执行机构伺服电机的连接和控制 装配和测试机器人系统 机器人系统的运动原理和控制程序设计 基于触觉传感的机器人系统行为设计电气组装和编程实践 基于红外传感的机器人系统行为设计电气组装和编程实践 基于光敏传感的机器人系统行为设计电气组装和编程实践 课程学时：课内40，课外20 适用专业：机械工程、控制工程、电气工程和信息工程等所有工程专业的大学低年级学生 课程教材：基础机器人学与宝贝机器人,2020/9/7,

9、深圳市德普施科技有限公司,12,典型平台对象-宝贝机器人,基于BS2微控制器和BASIC编程平台 标准配置包括红外、光敏和触觉三种传感器 完备的中英文教材 可扩展罗盘、码盘等10多种传感器 可扩展语音、蓝牙通讯等多种外设 宝贝机器人表演,2020/9/7,深圳市德普施科技有限公司,13,典型平台对象-步行机器人,基于BS2微控制器和BASIC编程平台 标准配置包括红外、光敏两种传感器 完备的中英文教材 可扩展闪光脚趾、数字罗盘等10多种传感器 可扩展语音、通讯等多种外设 步行机器人表演,2020/9/7,深圳市德普施科技有限公司,14,基础教育器人扩展传感器,Memic加速度计,Sensiri

10、on温湿度传感器,SSIR红外传感器组,PWM计数器 波形发生器模块,热电偶套件,宝贝机器人 数字编码器套件,2020/9/7,深圳市德普施科技有限公司,15,Memic加速度计,Sensirion温湿度传感器,SSIR红外传感器组,PWM计数器 波形发生器模块,宝贝机器人 数字编码器套件,基础教育机器人扩展传感器,2020/9/7,深圳市德普施科技有限公司,16,Memic加速度计,Sensirion温湿度传感器,SSIR红外传感器组,PWM计数器 波形发生器模块,热电偶套件,宝贝机器人 数字编码器套件,基础教育机器人扩展传感器,2020/9/7,深圳市德普施科技有限公司,17,温度探测器,

11、指南针,线跟踪模块,HM55B 指南针模块,发声模块,基础教育机器人其它扩展模块,2020/9/7,深圳市德普施科技有限公司,18,Boe-Bot CMUcam 摄像头,TCS230 颜色传感器教学套件,柔性力传感器,嵌入式蓝牙通信模块,HexCrawler TiltPan S3 (传感器安装套件),各种显示模块,基础教育机器人其它扩展模块,2020/9/7,深圳市德普施科技有限公司,19,五/六自由度机械手 可拆装套件 最大负重（提升）能力约400g 各关节运动范围0180度 手臂展开可达空间范围49.53cm 可扩展所有帕拉斯电子配件和外设,更复杂的典型平台对象,2020/9/7,深圳市德

12、普施科技有限公司,20,四/六脚铁甲虫机器人 可拆装套件 每个腿具有两个自由度，适合于平面行走 可以实现各种步态行走 全套帕拉斯控制器和传感器适用 可以扩展各种传感器 铁甲雄风表演,更复杂的典型平台对象,2020/9/7,深圳市德普施科技有限公司,21,四/六脚柱状甲虫机器人 可拆装套件 模块化程度更好 结构更简洁 每个腿两个自由度,更复杂的典型平台对象,2020/9/7,深圳市德普施科技有限公司,22,野外重载六脚/圆形铁甲机器人 可拆装套件 每个腿具有三个自由度，适合于野外不平坦地面行走,更复杂的典型平台对象,2020/9/7,深圳市德普施科技有限公司,23,基本规格 机器人尺寸(高宽厚): 31018090mm 重量：约1.3kg(搭载电池) 扭力：7.4kg/cm(标准6.0V电池搭载)