一、智能机器人教学概述（shù）

　　近年（nián）来，以工业机器人为核心的（de）智能制造加速（sù）推进，服（fú）务（wù）机器人市场规模（mó）快速增长，人工智（zhì）能浪潮席卷（juàn）全球（qiú）。国家的机器人（rén）发（fā）展产业（yè）规划把（bǎ）“加强人（rén）才（cái）队伍建设”作为机（jī）器（qì）人产业发展的6大保障措施之一，提出（chū）要加强高校机器人相关专业学科建设。

1、机器（qì）人发展趋（qū）势（shì）及（jí）人（rén）才需求

　　机器（qì）人是多（duō）学科和多（duō）领域的综合，广泛涉及人工智能、计算（suàn）机视觉、自动控制、精密仪器、传感（gǎn）器、通（tōng）讯、能（néng）源（yuán）、材（cái）料、系统工（gōng）程和信（xìn）息等（děng）一系列学科（kē），因此机器人作为一个（gè）典型的系统对象（xiàng），是新工（gōng）科（kē）改革的理想载体，可以贯穿（chuān）实验实训、工（gōng）程训练和（hé）专业创新等（děng）各个环节，是世界各国（guó）进行（háng）工程训练、教学科研的最为理想的（de）平台。

　　机器人是前沿应用型（xíng）学科，易于激发（fā）学生兴趣。建设以（yǐ）教育机器人为主要平台的实验室，可以让各个专业的学生在专业课程学习的基础（chǔ）上，将（jiāng）理论（lùn）知识（shí）结合到实践中，拓展综合（hé）专业知识（shí），发展多元智能，提高其创（chuàng）新（xīn）、实（shí）践和自主（zhǔ）学习（xí）的能力，是新工科改革最直（zhí）接有效的方法。

2、机（jī）器人教（jiāo）学科研工作现状（zhuàng）

　　工科院校大多已（yǐ）有机器人细分领域的研究，但独（dú）木很（hěn）难成林；

　　教学和科研人数少，远不（bú）如数据、信息、通信、自（zì）动化等专业；

　　集合各学科人才，组成（chéng）机器人专业所需的综合团队很难；

　　缺（quē）乏顶层规划（huá），缺少（shǎo）机器（qì）人教学科研平台（tái）；

　　生（shēng）态没有形成，机器人操（cāo）作系统使（shǐ）用率低（dī），信息和资源获取困难；

　　科（kē）研方（fāng）面（miàn）很多（duō）前置性工作（zuò）费时费力，但实（shí）际上拿过来用（yòng）即可；

　　学习和（hé）研究（jiū）工业机（jī）器（qì）人的人员比（bǐ）例大，但未来（lái）智能通用型、个性化（huà）特种（zhǒng）机器人需求更大；

3、高校机器人方向发展建议

（1）科研（yán）中心的科研成果，有（yǒu）创新中心进行转化；

（2）创新中（zhōng）心的作品（pǐn）和成果准（zhǔn）入认知中（zhōng）心进行展示（shì）；

（3）科研（yán）和创新中心的（de）通用（yòng）成果，可以在实验中（zhōng）心进行传承；

                1、建设机器人认知中心：面向（xiàng）全（quán）校、甚至                2、建立机器人实（shí）验中心：跨学科跨专业

全市（shì）开（kāi）发（fā）展示、体验；                                      　　　　进（jìn）行机器人实训；  

                3、建设机（jī）器人创新中心：鼓励（lì）创新（xīn）、应（yīng）用　           4、建立机器人科研中心：提供智能（néng）机器

　                      参赛（sài）、成果（guǒ）转化；                                               人科研平台，申请省级、国家级机（jī）器

　                                                                                                人工程中心、技术（shù）中心、鼓励高精尖

　                                                                                                研（yán）究；

　　高校（xiào）机器人（rén）方（fāng）向发（fā）展方向框架

二、机器人创新实（shí）训简（jiǎn）介

1、机器人开发平台（tái）

　　机器人（rén）开发（fā）平台是一种基于（yú）Ros操作系统开（kāi）发的应（yīng）用于各种机器人技术及设备的标准化开发（fā）平（píng）台，给用户以可视化的集成（chéng）开发（fā）环境、编译调试（shì）环境（jìng）及（jí）相应（yīng）硬件的（de）接口（kǒu），提供一整套面向部件生产者、机器人开发（fā）者以及机器人（rén）应（yīng）用者的机器人（rén）中间件技术（shù）开发平台。

　　机器人开发平台特点（diǎn）：

　　（1）友好的图形化界面：采用“拖拉（lā）拽”及参数配（pèi）置的方式完成机器人控制软件的开（kāi）发；

　　（2）组态软（ruǎn）件模块（kuài），可（kě）实时监控机器（qì）人运行状况，对（duì）机器人及（jí）集群进行实时（集中）监控；

　　（3）高度复用的组件库和（hé）完备的（de）调试/仿真环境，对多种机器人硬件设备（bèi）提供“驱动”程序支持；

　　（4）集成大量功能（néng）控（kòng）制组件：计算机视觉技术、导航（háng）技术、机械手臂控制（zhì）等；

　　（5）集成大量的人工智能算法库，方便（biàn）机（jī）器人（rén）智能模块开发。

机（jī）器人开（kāi）发（fā）平台采用面向产品（pǐn）设计，涵盖了从机器人架构设（shè）计、本体开发调试到后台人机交互（hù）界面开发的全套工具。包（bāo）括Designer、Studio和Viewer三（sān）部分，分别进行机器人架构设计、代码开发（fā）和界面开发。

（1） Designer

Designer是机器人开发平台推（tuī）出的ROS机器人（rén）硬件架构的（de）图（tú）形化开发工具。在Designer中（zhōng），基（jī）于ROS的硬件（jiàn）和这（zhè）些硬件的软件以可视化的方式（shì）表示（shì），并且（qiě）允许你拖动它们、配置（zhì）它们、编辑它们、连接它（tā）们（men）,并（bìng）提（tí）供相（xiàng）应的ROS资源。

（2） Studio

Studio是一个（gè）ROS集（jí）成开发环境.使ROS开发（fā）更（gèng）加直（zhí）观、简单，并且易于操作.可进行ROS工作空间及包的管理，代码（mǎ）编辑、构建（jiàn）及调试.它是一（yī）个IDE，但又不仅仅是一个IDE！

（3） Viewer

Viewer是一个采用JavaScript开发ROSUI交互（hù）界面开发工具。Viewer通过拖拽式组件的形（xíng）式，使ROSUI交互界（jiè）面开发更（gèng）加直观、简单，并且（qiě）易于操作。

                                                          　       组件区域　　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　  参数设（shè）置

2、移动机器人（rén）开发平台（tái）

机器人移动底盘TR-10是国内较早的（de）专（zhuān）门针对（duì）服务（wù）机器人开发的高（gāo）性（xìng）能，高可靠（kào）性，低成本的移动底盘，其通（tōng）用性、可靠性、耐用性深受（shòu）机器人企（qǐ）业及机器人爱好者（zhě）的欢迎，自主研发的核心结构保证（zhèng）了高精度、载（zǎi）重大、动力（lì）足、续（xù）航长和扩展性能强的性能。

2.1　主要特点（diǎn）

　　高精度：厘米级别的精度误差（chà），完全满足同步（bù）定位（wèi）与建图SLAM；

　　高载重：载重上限最大可达10KG，可匹（pǐ）配（pèi）不同类型的商用机器人外形；

　　动力足：速度上限可（kě）达0.7m/s，适合各种（zhǒng）商业应用场（chǎng）景；

　　续（xù）航长：24V 12Ah电池组，续航时间可达6h；

　　扩展（zhǎn）性强：提供丰富的接口，便于二次开（kāi）发。

2.2  产（chǎn）品参数

Ø 整体尺寸： 1100px*975px

Ø 轮子数量：3

Ø 驱动方式：差（chà）分（fèn）驱动

Ø 主动轮直径（mm）： 125

Ø 悬空高度（mm）： 27

Ø 负载（zǎi）（kg）：10

Ø 净重（kg）：6.0

Ø 最大速度（m/s）：0.7

Ø 续航时间（jiān）（h）：6

Ø 电源输入：29.4V/3A DC

Ø 接口（kǒu）：RJ45、HDMI、DSI、CSI、USB

2.3　软件支（zhī）持及（jí）资源

　　速度精准控制；

　　支持（chí）角（jiǎo）速度和线速（sù）度并发；

        PID控制制（zhì）动调（diào）节；

　　工业级（jí）编码（mǎ）器实时反馈（kuì）底盘运动（dòng）速度；

　　提供完善的文档和丰富的（de）示例；

　　提供建（jiàn）图、定位、导航解决方案；

　　支（zhī）持ROS系（xì）统（tǒng）互联，提供电（diàn）机驱动ROS包、激光雷达驱动（dòng）ROS包、深（shēn）度相（xiàng）机驱动ROS包、导航模块ROS包、机械臂驱动ROS包、机械臂（bì）规划控制ROS包。

建图（tú）、定位、导航

深度相机（jī）画面

2.4　移动机器人可（kě）选配件

2.4.1  激光雷达（dá）

　　实现6米范围（wéi）内360度（dù）二维平面扫描，25ms扫描时间（jiān），IP65防护等级（jí），非接触式（shì）测量,产（chǎn）生空间的（de）平（píng）面点云地（dì）图信息，用于高速运动（dòng）机器人避障和位置识别。

产（chǎn）品特点：

l 360度（dù）二维（wéi）平（píng）面（miàn）测量、Class1激光安全（quán）标准

l 最大可承（chéng）受的（de）环境光强为 100000lx

l 寿命达50，000小时以（yǐ）上

　　实验项目（mù）：

l 扫（sǎo）地机器（qì）人自主导航（háng）与定位、服（fú）务（wù）机器人自主导航与定位

l 自（zì）动引导（dǎo）运输车（AGV）路径规划导航与避障（zhàng）

l 区域安防（fáng）、公共场所人流量（liàng）统（tǒng）计（jì）等

2.4.2　深度相机（jī）：3D体感摄（shè）像头

　　　可同时（shí）获得彩色（sè）图像、3D深（shēn）度图像以及声音信号，结（jié）合核心（xīn）算法（fǎ）能实时获取到环境（jìng）3D影像，即时构建（jiàn）环（huán）境3D模型（xíng），实现智能机器人行（háng）径路线规划，人物识别等功能。

2.4.3　超声采集卡

　　　可采集8路（lù）HC-SR04超声模（mó）块数据，计算每路（lù）测量距离并通（tōng）过ROS_Serial发布标准超（chāo）声（shēng）数据（jù）接口，数据采集范围0.1-2.0m，数据传输单位为米。

2.4.4　机械臂

　　　拥（yōng）有四个（gè）自由度，整体采（cǎi）用（yòng）Metal连杆式结（jié）构，增加了20%的活动范围；开源软硬件平台，提供最大限度的（de）开发资（zī）源，支持Python、Arduino等（děng）常用开发环境。

2.4.5　平板电脑

　　　　平板电脑，实现人机交互、语音下（xià）达指令。可通过APP展示设备实时参（cān）数，对设备（bèi）进行控制等。

2.4.6　其他环境感知类传感器

            支（zhī）持（chí）超声、PM2.5、一氧化碳、火焰、温湿度、光照、甲醛等，可（kě）根据项目实用环境需要定制（zhì）。

                     　  　         超声传感（gǎn）器                     　                PM2.5传感器　                          一氧化碳传感器

       　　          温湿度传感（gǎn）器　 　 光（guāng）照传感器   　 　 　 　火焰传感器　 　 　 　 　 甲醛传感器

2.5　实验资源

       （一） 基础版

  1.熟悉Ros开发（fā）工（gōng）具；

  2.ROS Nodelets、Plugin插件机制、actionlib；

  3.TF变换原理及使用方法；

  4.移动机器人导航包Navigation；

  5.RViz自（zì）定义插件开发方（fāng）法，数据可视化，ROS内嵌工（gōng）具；

  6.Case study（建图（tú）和导航（háng））。

　　（二）进阶版

  1.机器人3D建模方法及仿（fǎng）真工（gōng）具Gazebo；

  2.ROS多线程开发（fā）；

  3.机械臂控制工具MoveIt；

  4.ROS java/matlab/javascript版（bǎn）配置（zhì）及使用方法（外部（bù）程（chéng）序（xù）接（jiē）口）；

  5.Case study。

　　（三）提高（gāo）版

  1.ROS与OpenCV、TensorFlow等第（dì）三（sān）方库的融合（hé）；

  2.语音库的开（kāi）发；3.Case study。

　　（四（sì））竞赛（sài）课题

  1、机（jī）器（qì）人任（rèn）务——控制准确度；

  2、机器人任务——控制精度；

  3、机器人任务——时间（jiān）、竞速；

  4、关键点动作执（zhí）行情况（如（rú）直角拐弯）；

  5、抓取动作（zuò）（提高（gāo）版）；

  6、3D打印部件（jiàn）

3、无人机

       TR22是（shì）国内第（dì）一（yī）款专门针对（duì）教育领域开发的高性能、高可靠（kào）性、高扩展性（xìng）、低成（chéng）本的无人机平台，其自主开发的飞控装（zhuāng）置支（zhī）持ROS开发，提（tí）供了（le）丰（fēng）富的（de）ROS开（kāi）发（fā）包，便（biàn）于开发者（zhě）根据（jù）各（gè）自需（xū）求快速完（wán）成（chéng）项目（mù）开发。

3.1　产品参数

3.2　主要功能

　　功能（néng）1：导航

　　未知环（huán）境下（xià）的（de）建图及（jí）地（dì）图保（bǎo）存，完（wán）成全（quán）局路径规划和运动（dòng）控制，自动将用户引导至（zhì）指定（dìng）区域和高（gāo）度。

　　功能2：实时避障

　　遇到移动的行（háng）人或障（zhàng）碍物时，进（jìn）行悬浮（停止移动直至障碍（ài）物离（lí）开）或绕障（绕（rào）开障碍物（wù）继续行（háng）走）动（dòng）作。

　　功能（néng）3：遥控

　　实体遥（yáo）控器对无人机（jī）进行前进、后退、左飞、右飞、左转、右转控制。

　　功能4：提供ROS开发包

　　提供电机驱动（dòng）ROS包、激光雷达驱动ROS包、深度相机驱动（dòng）ROS包（bāo）、导航模块ROS包，可方便地（dì）与（yǔ）ROS系统对接。

4、智（zhì）能语音交（jiāo）互机器人

4.1　语音识别

         （一）完全（quán）永久免（miǎn）费（fèi）

业（yè）界首创完全（quán）永（yǒng）久免（miǎn）费新形式（shì），为开发者（zhě）提供基于深度学习技术的（de）业界顶（dǐng）级声学模型和语音模（mó）型（xíng），完全（quán）免费，永久使用，彻（chè）底摆脱有效（xiào）期限制。

（二（èr））全平台（tái）REST API

行（háng）业率（lǜ）先（xiān）推出语音识别全平台REST API，不（bú）用担心（xīn）SDK，采用http方（fāng）式请求，适用于（yú）任何平台（tái）的（de）语音识别，提（tí）供（gòng）最大（dà）自由（yóu）度。

（三）离线在（zài）线融合模式

SDK可以根据当（dāng）前（qián）网络状（zhuàng）况及指令的类型，自（zì）动判断（duàn）使用本地（dì）引擎还是云端引擎进行语音识别（bié），极速识别（bié）、流（liú）量节省两不误。

（四（sì））深度（dù）语（yǔ）义解析

支持多（duō）达35个垂（chuí）类领域（yù）的语义理解定制，以（yǐ）及自定义指（zhǐ）令集和问答对设置。让你的应用理解

开发者可（kě）根据使用场景，自定义设置识别垂（chuí）类模型。有音乐、视频（pín）、地图、游戏、电商共17个垂类可供选择。一步设置，精准到位。

（五）自定义上传（chuán）语料、训练模型

开发者可以自行上传词（cí）库（kù），训练专（zhuān）属识（shí）别模型。提交的语料越多（duō）、越全，语音识别的效果（guǒ）提（tí）升也会越明显。

（六）兼容性（xìng）

4.2　语音合（hé）成

　　（一）完（wán）全永久免费（fèi）

　　业界首（shǒu）创完全（quán）免费永久新（xīn）形式（shì），为开发者（zhě）提供基于深度学（xué）习技术（shù）的（de）业（yè）界顶级声学模型（xíng）和语（yǔ）音模（mó）型，完全免费，永久（jiǔ）使（shǐ）用，彻底摆脱限（xiàn）制。

　　（二）离线（xiàn）在线（xiàn）融合模式

       SDK可以（yǐ）根据当前网络状况，自动判（pàn）断使（shǐ）用本地引（yǐn）擎还是（shì）云端引擎进行语（yǔ）音（yīn）合成，再也不用（yòng）担心流量（liàng）消耗!

　　（三）多语言多音色可选

　　中文普通话、中英文（wén）混（hún）读（dú）、男声、女声任你选，更支（zhī）持语速、音调、音量、音频码率设置，让你的（de）应用拥有最甜美和最磁（cí）性的声音。

　　（四）基于弹性单元（yuán）挑（tiāo）选（xuǎn）策略的选音技术

5.飞控（kòng）

　　第三代飞（fēi）行控制系统，集成了多线程和Lua任务脚本与飞行（háng）行为的编程（chéng）环境提供（gòng）了强大的（de）开发潜（qián）力，对各种自主模（mó）型（xíng）实（shí）现高性（xìng）能（néng）、高灵活性、高（gāo）可靠性的（de）控制。

三、智能机器人实训室建设总体目的

为机（jī）电工程、自动（dòng）化工程（chéng）、信息工程（chéng）、电气（qì）工（gōng）程和系统工程等主要工程专（zhuān）业的（de）学生提供一个以机器人为实（shí）验对象的创新基（jī）地，课程教学（xué）内容、方法（fǎ）和手段（duàn）全面引进先进（jìn）教（jiāo）学实验（yàn）模式，使（shǐ）学生能在"做中学、学中做 "，提高学（xué）生的创新能力和动手能力（lì），提升整个教学实验水平，并不断的扩展和延伸，使（shǐ）之能够（gòu）广泛适用于各（gè）个专业教（jiāo）学（xué）实践和创新要（yào）求。