【正文】 1 教育機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案 2020 2 教育機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案 一、 概述 隨著信息與自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，許多創(chuàng)新的工程專業(yè)都有了共同的專業(yè)基礎(chǔ)和綜合課程，如電子電路、檢測(cè)技術(shù)與傳感器、嵌入式微控制器等。創(chuàng)新教育機(jī)器人的目的就是為各類高等院校的學(xué)生提供一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行單片機(jī)和微控制器、數(shù)字電子和模擬電子、數(shù)字邏輯、工業(yè)傳感器和工業(yè)控制、基礎(chǔ)機(jī)器人等課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，同時(shí)也為參加中國(guó)大學(xué)生機(jī)器人電視大賽和中國(guó)機(jī)器人大賽等提供硬件和軟件支持。 眾所周知，機(jī)器人是非常典型 的機(jī)電一體化系統(tǒng)，它融合了機(jī)械、電子、傳感器、計(jì)算機(jī)軟硬件、控制、人工智能和造型技術(shù)等眾多的先進(jìn)技術(shù)，隨著技術(shù)和產(chǎn)品的不斷發(fā)展，機(jī)器人的種類越來(lái)越廣，成本也越來(lái)越低，是高等學(xué)校開(kāi)展工程訓(xùn)練、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、課外創(chuàng)新活動(dòng)和科研最為理想的平臺(tái)。 機(jī)器人是一種能夠通過(guò)程序控制，能自主完成某類任務(wù)的機(jī)器系統(tǒng)，機(jī)器人的應(yīng)用范圍十分廣泛，可以用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、空間探測(cè)、教育領(lǐng)域等等。教育機(jī)器人則是一類應(yīng)用于教育領(lǐng)域的機(jī)器人，它一般具備以下特點(diǎn)：首先是教學(xué)適用性，符合教學(xué)使用的相關(guān)需求；其次是具有良好的性能價(jià)格比，特定的教 學(xué)用戶群決定了其價(jià)位不能過(guò)高；再次就是它的開(kāi)放性和可擴(kuò)展性，可以根據(jù)需要方便地增、減功能模塊，進(jìn)行自主創(chuàng)新；此外，它還應(yīng)當(dāng)有友好的人機(jī)交互界面。 二、 功能及特點(diǎn)概述 我司機(jī)器人產(chǎn)品在美國(guó)帕拉斯公司的系列教育機(jī)器人的基礎(chǔ)上本地化而來(lái)，它專門(mén)為工程教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、課外科技創(chuàng)新實(shí)踐、綜合設(shè)計(jì)等而設(shè)計(jì)，有如下特點(diǎn)： （ 1） 采用開(kāi)放式金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 所有教育機(jī)器人均可由學(xué)生自由拆裝，進(jìn)行制作與編程實(shí)訓(xùn)；也可進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)和實(shí)踐。 （ 2） 提供系列化的中英文實(shí)訓(xùn)教材和部分面向信息類課程的教材。 實(shí)訓(xùn)教材非常淺顯易懂，適合自學(xué)；課程教 材按照任務(wù)驅(qū)動(dòng)的模式編排知識(shí)點(diǎn)。 （ 3） 控制器系列化，提供代碼級(jí)的開(kāi)發(fā)接口，支持多種開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，便于教學(xué)、實(shí)踐與創(chuàng)新，可滿足多層次需求。 所有機(jī)器人現(xiàn)已支持 PIC/BS 系列、單片機(jī)和 ARM 控制器；其中， PIC/BS 系列控制器采用 BASIC 編程語(yǔ)言，其余的控制器可支持 C 語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言。這種產(chǎn)品規(guī)劃給學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供了巨大的便利和擴(kuò)展空間，可滿足多種技術(shù)基礎(chǔ)課如單片機(jī)、 C 語(yǔ)言、 AVR 單片機(jī)、 ARM 控制器等的教學(xué)平臺(tái)，也可作為各年級(jí)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐載體，也可作為綜合設(shè)計(jì)如單片機(jī)、 C 語(yǔ)言、 ARM 等課程的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的 平臺(tái)。 （ 4） 產(chǎn)品系列化，可滿足多層次需求。 有寶貝車機(jī)器人（輪式、履帶式、爬蟲(chóng)式）、鐵甲蟲(chóng)機(jī)器人、工業(yè)機(jī)械手和人形機(jī)器人等，寶貝車機(jī)器人還同時(shí)支持多種機(jī)械結(jié)構(gòu)套件。一方面，可使學(xué)生對(duì)多種應(yīng)用形態(tài)有了解，另一方面，形成不同的難度，可滿足不同基礎(chǔ)的學(xué)生、不同專業(yè)的學(xué)生選用。 3 （ 5） 提供了靈活和豐富的傳感器及傳感器接口方式， 使擴(kuò)展應(yīng)用非常豐富，也使用途變得豐富多彩。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的傳感器接口可支持 20 多種傳感器模塊，通過(guò)小面包板可搭建簡(jiǎn)單的傳感電路。 （ 6） 提供了面包板 ，為綜合實(shí)訓(xùn)和擴(kuò)展應(yīng)用提供便捷的平臺(tái)。既可作為電子電路的基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)，也 可作為傳感電路的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。 三、 機(jī)器人產(chǎn)品應(yīng)用特點(diǎn) 軟硬件結(jié)合： 將機(jī)器人作為嵌入式系統(tǒng)（ C51 /ARM）課程學(xué)習(xí)的平臺(tái)，將 C51 和 C語(yǔ)言的學(xué)習(xí)合二為一，節(jié)省總學(xué)時(shí)，大大提高教學(xué)效果，大大提高學(xué)生的應(yīng)用實(shí)踐能力，并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 電子制作： 將機(jī)器人的開(kāi)放式面包板引入傳統(tǒng)的電子制作、電子實(shí)習(xí)，在不降低電子制作、電子實(shí)習(xí)要求的同時(shí)，賦以系統(tǒng)的概念，使學(xué)生在掌握相關(guān)電子工藝知識(shí)和制作技能的同時(shí)，了解電子技術(shù)在現(xiàn)代工程系統(tǒng)中的作用和地位。針對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生的專業(yè)要求特點(diǎn)，公司可提供不同的應(yīng)用模塊和物 料包，提供多種選擇。 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)： 將機(jī)器人作為學(xué)生認(rèn)知實(shí)踐的重要載體，既用于基礎(chǔ)認(rèn)知實(shí)踐，又作為專業(yè)認(rèn)知實(shí)踐；專業(yè)認(rèn)知實(shí)踐又根據(jù)成本、學(xué)生類型的特點(diǎn)，可分別滿足高職、機(jī)電或自動(dòng)化專業(yè)本科生、計(jì)算機(jī)類本科生等，不同層次的需求。 畢業(yè)實(shí)習(xí) /制作： 我們提供主板的線路原理圖和部分結(jié)構(gòu)件的機(jī)械設(shè)計(jì)圖紙及零配件（如電機(jī)等），用于學(xué)生畢業(yè)實(shí)習(xí) /畢業(yè)制作使用。對(duì)于機(jī)電類學(xué)生，可要求學(xué)生根據(jù)提供的機(jī)械圖紙編制加工工藝、數(shù)控加工代碼等，完成對(duì)機(jī)械零件的加工，通過(guò)同學(xué)間的協(xié)作完成所有零件的加工，完成機(jī)器人組裝、調(diào)試，并可在 此基礎(chǔ)上進(jìn)一步完成傳感器應(yīng)用和編程任務(wù)；對(duì)于電子、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)類的學(xué)生，可要求學(xué)生根據(jù)主板原理圖制定電子工藝，借助相關(guān)軟硬件工具加工制造出電路板，并根據(jù)提供的散件包（或自己采購(gòu)）完成主板的焊接，然后根據(jù)提供的結(jié)構(gòu)圖紙及其他配件完成機(jī)器人組裝，并在此基礎(chǔ)上完成更多的傳感器和編程應(yīng)用。 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)： 基于系列機(jī)器人構(gòu)架了多層次的創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目，滿足不同年級(jí)、不同基礎(chǔ)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)。 多種教學(xué)模式相結(jié)合： 理論教學(xué)模式、實(shí)踐教學(xué)模式、實(shí)踐實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目乃至考試模式都與傳統(tǒng)相比，有了重大飛躍?；跈C(jī)器人對(duì)象的 C51/C 語(yǔ)言教學(xué)按照項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，教學(xué) /實(shí)驗(yàn)合二為一。 四、 機(jī)器人產(chǎn)品介紹 4 小型兩輪移動(dòng)機(jī)器人（ C51 版） 該機(jī)器人是一個(gè)微型自主移動(dòng)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其底座為鋁合金金屬架構(gòu)，堅(jiān)固耐用。底座上安裝一個(gè)微控制器教學(xué)底板，控制器既可用于機(jī)器人控制器的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)，也可拔下用于其它課程實(shí)驗(yàn)。其它外部附件和檢測(cè)電路都在一個(gè)開(kāi)放的教學(xué)白板上進(jìn)行插裝。學(xué)生可跟隨實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)各個(gè)實(shí)驗(yàn)的步驟在白板上插裝電子組件，搭接電路后，編寫(xiě)控制程序，下載至微控制器上，執(zhí)行各種機(jī)器人操作。這些操作包括：沿線行走，走 迷宮，跟隨光源，距離檢測(cè)或與其它機(jī)器人通訊溝通。加上語(yǔ)音板（另購(gòu)）可使機(jī)器人發(fā)聲對(duì)話，或加上無(wú)線通訊模塊和 CCD（另購(gòu)）可以制成“視覺(jué)導(dǎo)引機(jī)器人”。 C51 教學(xué)開(kāi)發(fā)板 C51 教學(xué)開(kāi)發(fā)板主要面向?qū)W習(xí) 51 單片機(jī)的用戶，集成了一個(gè) 51 單片機(jī)，同時(shí)提供了面包板，用戶可自行組建傳感器電路。 控制板如下圖所示，板上帶一個(gè) 40 腳雙列直插插座，可以安裝 8051 引腳兼容的 51 系列單片機(jī)，這里我們使用的是 AT89S52 單片機(jī)。右邊提供一個(gè) ISP 下載口，通過(guò)此口對(duì) 51單片機(jī)進(jìn)行 Flash程序存儲(chǔ)器的擦除和程序?qū)懭?。其余部分與 BOE教學(xué)版類似。右側(cè)的 20PIN接口和 16PIN 的接口以及右上方的伺服電機(jī)接口已將單片機(jī)所有的 I/O 口引出，方便用戶使用。下面為三段電源開(kāi)關(guān)和復(fù)位按鈕。 產(chǎn)品配置清單 輪式 履帶式 爬蟲(chóng)式 AT89S52 ISP 下載口 5 產(chǎn)品類別 產(chǎn)品名稱 產(chǎn)品配置 \功能 主體 機(jī)器人本體 C51 微控制器教學(xué)板（含 C51 微控制器）、傳感器和電子元器件、寶貝車對(duì)象套件、教材、鋰離子電池、 Robotsoft 軟件包及組裝工具等 結(jié)構(gòu)件 坦克履帶機(jī)械套件 坦克履帶機(jī)械結(jié)構(gòu)套件 1 套、裝配手冊(cè)等 六腳爬蟲(chóng)機(jī)械套件 六腳爬蟲(chóng)機(jī)械套件 1 套、 裝配手冊(cè)等 傳感器 數(shù)字編碼器套件 用于速度反饋和位置反饋，控制輪子轉(zhuǎn)動(dòng)速度和運(yùn)行軌跡。 QTI 線跟蹤套件 用于軌跡跟蹤，地面色差檢測(cè)。 GazBot 紅外距離探測(cè)傳感器 帶有紅外和緩沖裝置，用于機(jī)器人距墻壁距離探測(cè)。 PING)))超聲波傳感器 用于機(jī)器人障礙物探測(cè)物體和距離測(cè)量。 一維傳感器安裝套件 可以簡(jiǎn)單快捷地安裝上各種傳感器，能轉(zhuǎn)動(dòng) 0180 度的角。 小型兩輪移動(dòng)機(jī)器人（ ARM 版） 該機(jī)器人是一個(gè)微型自主移動(dòng)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其底座為鋁合金金屬架構(gòu) ，堅(jiān)固耐用。底座上安裝一個(gè)微控制器教學(xué)底板，控制器既可用于機(jī)器人控制器的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)，也可拔下用于其它課程實(shí)驗(yàn)。其它外部附件和檢測(cè)電路都在一個(gè)開(kāi)放的教學(xué)白板上進(jìn)行插裝。學(xué)生可跟隨實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)各個(gè)實(shí)驗(yàn)的步驟在白板上插裝電子組件，搭接電路后，編寫(xiě)控制程序，下載至微控制器上，執(zhí)行各種機(jī)器人操作。這些操作包括：沿線行走，走迷宮，跟隨光源，距離檢測(cè)或與其它機(jī)器人通訊溝通。加上語(yǔ)音板（另購(gòu)）可使機(jī)器人發(fā)聲對(duì)話，或加上無(wú)線通訊模塊和 CCD（另購(gòu)）可以制成“視覺(jué)導(dǎo)引機(jī)器人”。 ARM 教學(xué)開(kāi)發(fā)板 該開(kāi)發(fā)板采用 ARM CORTEX 核心的處理器，主板自帶資源： 1 路高級(jí)定時(shí)器（ TIME1） 輪式 履帶式 爬蟲(chóng)式 電壓選擇 電機(jī)電壓選擇 下載跳線 6 3 路基本定時(shí)器（ TIME2， TIME3， TIME4） 兩路 SPI 接口 兩路 IIC 接口 三路串口 一路 USB 接口 多達(dá) 37 路 IO 兩路 10 通道 12 位 ADC 芯片最高運(yùn)行頻率： 72MHz 供電電壓： 1支持串口 ISP 下載 產(chǎn)品配置清單 產(chǎn)品類別 產(chǎn)品名稱 產(chǎn)品配置 \功能 主體 機(jī)器人本體 ARM 微控制器教學(xué)板（含 ARM 微控制器）、傳感器和電子元器件、寶貝車對(duì)象 套件、教材、鋰離子電池、 Robotsoft 軟件包及組裝工具等 結(jié)構(gòu)件 坦克履帶機(jī)械套件 坦克履帶機(jī)械結(jié)構(gòu)套件 1 套、裝配手冊(cè)等 六腳爬蟲(chóng)機(jī)械套件 六腳爬蟲(chóng)機(jī)械套件 1 套、裝配手冊(cè)等 傳感器 數(shù)字編碼器套件 用于速度反饋和位置反饋，控制輪子轉(zhuǎn)動(dòng)速度和運(yùn)行軌跡。 QTI 線跟蹤套件 用于軌跡跟蹤，地面色差檢測(cè)。 GazBot 紅外距離探測(cè)傳感器 帶有紅外和緩沖裝置，用于機(jī)器人距墻壁距離探測(cè)。 PING)))超聲波傳感器 用于機(jī)器人障礙物探測(cè)物體和距離測(cè)量。 一維傳感器安裝套件 可以簡(jiǎn)單快捷地安裝 上各種傳感器，能轉(zhuǎn)動(dòng) 0180 度的角。 重型搬運(yùn)機(jī)器人 技術(shù)規(guī)格 體長(zhǎng)