一、智能（néng）机器（qì）人教学概述
近年来（lái），以工业机器人为（wéi）核心的智能制造加速推进，服务机器人市（shì）场规模快速增长，人（rén）工智能浪潮席卷全球。国家的（de）机器人发展产业规（guī）划把“加强人才队（duì）伍建（jiàn）设”作为机器人（rén）产业发展的6大保障措施之一，提出（chū）要加强高校（xiào）机器人相关专（zhuān）业学科建设（shè）。
1、机器人发展（zhǎn）趋势（shì）及人才需求（qiú）
机器人是多学科和多领（lǐng）域的综（zōng）合（hé），广（guǎng）泛涉（shè）及（jí）人工智能、计算机视觉、自动控制、精密仪器、传感器、通讯、能源、材料、系统工程和信息等一系列学（xué）科，因此（cǐ）机器人（rén）作（zuò）为一个典型的系统对象，是新（xīn）工（gōng）科（kē）改（gǎi）革的理想（xiǎng）载（zǎi）体（tǐ），可以贯穿实验实训（xùn）、工程训练和专业创新等各个环节（jiē），是世（shì）界各国进行工程（chéng）训练、教学科（kē）研的最（zuì）为理想的（de）平台。
机器（qì）人是前沿应（yīng）用型学科（kē），易于激发学生兴趣。建设以教育机器（qì）人为主要（yào）平台（tái）的实（shí）验室，可以让各个专（zhuān）业的（de）学生在专业课程学习的基（jī）础上，将理（lǐ）论知识结合到实践中，拓展（zhǎn）综（zōng）合专业知识，发展多元智能，提（tí）高其创（chuàng）新、实践和自主学习的能力，是新工科改革最直（zhí）接（jiē）有（yǒu）效的方法。
2、机器人教学科研工作现（xiàn）状
工科院校大多已（yǐ）有机器人细分（fèn）领（lǐng）域的（de）研究（jiū），但独（dú）木很难成林；
教学和科研人数少，远不如数据、信息、通信、自动（dòng）化等专业；
集合各学科人才，组成机器（qì）人专业所需的综合团（tuán）队很难；
缺乏顶层规划，缺少机（jī）器人（rén）教学科研平台；
生态没有形成，机器人操作系统使用率低，信（xìn）息和资源（yuán）获取困（kùn）难；
科研方面很多前置（zhì）性工作（zuò）费（fèi）时费力，但实（shí）际上拿过来用即可（kě）；
学（xué）习和研（yán）究工业机器人的（de）人员（yuán）比例大，但未来智能通用型、个性化特种（zhǒng）机（jī）器人需求更大；
3、高校（xiào）机器人方（fāng）向发展（zhǎn）建（jiàn）议
（1）科（kē）研中心的科研成果，有创新中心进行转化；
（2）创新中心的作品和成（chéng）果准入认知中心进行展示（shì）；
（3）科研和创新中心的（de）通用成果，可以在实验（yàn）中心进（jìn）行（háng）传承；
1、建设机器人认知中心：面向全（quán）校、甚至 2、建立机器人实验（yàn）中心：跨（kuà）学科（kē）跨专业
全市开发展示、体验； 进行机器人实（shí）训（xùn）；
3、建设机（jī）器人（rén）创新中（zhōng）心：鼓励创新、应用（yòng） 4、建立机器人（rén）科研中（zhōng）心：提供智能机器（qì）
参赛（sài）、成果转化； 人（rén）科研平台，申请省（shěng）级、国家级机器（qì）
人工程（chéng）中心、技术中心、鼓（gǔ）励高精尖
研究；
高校机器（qì）人（rén）方向（xiàng）发展方向框架（jià）
二、机器人创新实训简介
1、机器人开发平台（tái）
机器人开发平台是一种基于Ros操作系统开发的应用于各（gè）种机器人技术（shù）及（jí）设备的标准化开发平（píng）台，给用户以（yǐ）可视化（huà）的集成（chéng）开（kāi）发环境、编译调试（shì）环境及相应硬件的接口，提供一整套（tào）面向部件生产者、机器人开发（fā）者以及机器人应用者的机器人中间件技（jì）术（shù）开发平台。
机器（qì）人开发平台特点：
（1）友好的图形化界面：采用“拖拉拽”及参数（shù）配（pèi）置的方式完（wán）成机器人控制（zhì）软件的开发；
（2）组（zǔ）态软件模块，可（kě）实时监控机器人运行状况，对机器人及集（jí）群进行实时（集中）监控；
（3）高（gāo）度复用的组件库（kù）和（hé）完（wán）备的调（diào）试/仿真环境，对多种机器人硬件设备（bèi）提供“驱动（dòng）”程序支持；
（4）集（jí）成大量功能控（kòng）制组件：计算机视觉技（jì）术（shù）、导航技术、机械手臂控（kòng）制（zhì）等（děng）；
（5）集成大量的（de）人工智能算法库，方便（biàn）机器人智能模（mó）块开发。
机器人开发平台采用（yòng）面向（xiàng）产品设计，涵（hán）盖了（le）从机器人架构设计、本体开发调（diào）试到后台人机交（jiāo）互（hù）界面开发的全套工具。包括（kuò）Designer、Studio和Viewer三部分，分别进行机（jī）器人架构设计（jì）、代码（mǎ）开发和界面（miàn）开发（fā）。
（1） Designer
Designer是机器（qì）人开发平台推出的ROS机器人硬件架构的图形化开发工具。在（zài）Designer中，基于ROS的硬件（jiàn）和这些硬件的软件以可视化（huà）的方（fāng）式表示，并且允（yǔn）许你拖动它（tā）们、配置它们、编（biān）辑它们、连接（jiē）它们,并提供相应的ROS资源（yuán）。
（2） Studio
Studio是一个ROS集（jí）成（chéng）开发环境.使ROS开发更加直观、简单，并且易于操作.可进（jìn）行ROS工作（zuò）空间及包的管理，代码编（biān）辑、构建及调试（shì）.它是（shì）一（yī）个（gè）IDE，但（dàn）又不（bú）仅仅是一个IDE！
（3） Viewer
Viewer是一个采（cǎi）用JavaScript开发ROSUI交互界面开发工具。Viewer通过拖（tuō）拽（zhuài）式组（zǔ）件的形式，使ROSUI交互界面开发更加直观、简单（dān），并且易于操作。
组件（jiàn）区域（yù） 参数设置（zhì）
2、移动机器人开发平台
机器人移动底盘TR-10是国内较早（zǎo）的专门针对服务机器（qì）人开（kāi）发的高性能，高可靠性，低成本的移动底盘，其通用性、可（kě）靠性、耐用性（xìng）深受机（jī）器人企业及机（jī）器人（rén）爱好者的欢迎（yíng），自（zì）主研发的核心结（jié）构保证了高精度、载重大、动力足、续航长和扩展性能强的性能。
2.1 主要特点
高精度（dù）：厘米级别的（de）精度（dù）误差（chà），完全满足同步定位与（yǔ）建图SLAM；
高（gāo）载重：载重上限最大可达10KG，可匹配（pèi）不（bú）同类型的商用机（jī）器人外形；
动力（lì）足：速度上限可达0.7m/s，适合各种商业应用（yòng）场景；
续航长：24V 12Ah电池组，续航时间可达（dá）6h；
扩展性强（qiáng）：提供丰富的接口，便（biàn）于二次开（kāi）发。
2.2 产品参数
Ø 整体尺寸： 1100px*975px
Ø 轮子（zǐ）数量：3
Ø 驱（qū）动方式：差分驱动（dòng）
Ø 主动轮直径（mm）： 125
Ø 悬空高度（mm）： 27
Ø 负载（kg）：10
Ø 净重（kg）：6.0
Ø 最大速（sù）度（m/s）：0.7
Ø 续航时（shí）间（jiān）（h）：6
Ø 电源输入：29.4V/3A DC
Ø 接口：RJ45、HDMI、DSI、CSI、USB
2.3 软件支持及资源（yuán）
速度精准控制；
支持角（jiǎo）速度和线速度并发；
PID控制制动调节；
工业（yè）级编（biān）码器实时（shí）反（fǎn）馈底盘运动速度；
提供完善的文（wén）档和丰富的示例；
提供建图、定位、导（dǎo）航解（jiě）决方案；
支持ROS系统（tǒng）互联（lián），提供电机驱（qū）动ROS包、激光雷达驱动ROS包、深度相机（jī）驱动ROS包、导航模块ROS包、机械臂驱（qū）动（dòng）ROS包、机械臂规划控制ROS包。
建图（tú）、定位、导（dǎo）航
深度相机画面
2.4 移动机器人可选配件（jiàn）
2.4.1 激光雷达
实现6米范围内360度二（èr）维（wéi）平面（miàn）扫（sǎo）描，25ms扫（sǎo）描时间，IP65防护（hù）等（děng）级，非接触（chù）式测（cè）量（liàng）,产生空间的（de）平面点云地图信息，用于高速（sù）运动机器（qì）人（rén）避障和位（wèi）置识别。
产品特点：
l 360度二维平面测量、Class1激光安（ān）全（quán）标准（zhǔn）
l 最（zuì）大（dà）可承（chéng）受的环境光强为（wéi） 100000lx
l 寿（shòu）命达50，000小（xiǎo）时以（yǐ）上
实验项目（mù）：
l 扫地（dì）机器人自主导航与定（dìng）位、服务机器（qì）人自主导航与定位
l 自动（dòng）引（yǐn）导运输车（chē）（AGV）路（lù）径规划导航与（yǔ）避障
l 区域安（ān）防（fáng）、公共（gòng）场所人（rén）流量统计等
2.4.2 深度相机：3D体感摄像头
可同（tóng）时获得彩（cǎi）色图像、3D深度图像以及声音信号，结合核心算法能（néng）实时获（huò）取到（dào）环境3D影像，即时构建（jiàn）环境（jìng）3D模型，实现智能（néng）机器（qì）人行径（jìng）路（lù）线规划，人物识别等功（gōng）能。
2.4.3 超声采集卡（kǎ）
可采集8路HC-SR04超声模块数据，计算每路测量距离并通过ROS_Serial发（fā）布（bù）标准超声数据接（jiē）口（kǒu），数据采集范围0.1-2.0m，数据传输单（dān）位为米。
2.4.4 机械臂
拥（yōng）有（yǒu）四个（gè）自由度，整体采用Metal连杆（gǎn）式结构，增加了20%的活动（dòng）范围（wéi）；开源软硬（yìng）件（jiàn）平（píng）台，提供最（zuì）大（dà）限度的开发资源，支持Python、Arduino等（děng）常用开（kāi）发环境。
2.4.5 平板电脑（nǎo）
平板（bǎn）电脑，实现人机交互、语（yǔ）音下达指令。可通过APP展示设备实时（shí）参数，对设备进行控制等。
2.4.6 其他环境感知类传感器
支持超声、PM2.5、一氧化碳、火（huǒ）焰、温湿（shī）度、光照、甲（jiǎ）醛（quán）等，可根（gēn）据项目（mù）实用环境需要定制（zhì）。
超声传感器（qì） PM2.5传（chuán）感器（qì） 一氧化碳传（chuán）感（gǎn）器
温湿（shī）度（dù）传感器 光照（zhào）传感器 火（huǒ）焰传感器 甲醛传感器
2.5 实验资源
（一） 基础版
1.熟悉Ros开发工具；
2.ROS Nodelets、Plugin插件机制、actionlib；
3.TF变换原理及（jí）使用方法；
4.移动机器人导航包Navigation；
5.RViz自定（dìng）义插件开发方法，数据可视化，ROS内（nèi）嵌工具；
6.Case study（建图（tú）和导航）。
（二）进阶版
1.机器人3D建模（mó）方法及仿真工具Gazebo；
2.ROS多线程开发（fā）；
3.机械（xiè）臂控制工具MoveIt；
4.ROS java/matlab/javascript版（bǎn）配置及使用方（fāng）法（fǎ）（外部程序接口（kǒu））；
5.Case study。
（三（sān））提高版
1.ROS与OpenCV、TensorFlow等第三（sān）方库（kù）的融合；
2.语音库的开发；3.Case study。
（四）竞赛课题
1、机（jī）器人任务——控制准确（què）度；
2、机器人任务——控制（zhì）精度（dù）；
3、机器人任务——时间、竞速；
4、关键点动作执（zhí）行情况（如（rú）直角拐弯）；
5、抓取动（dòng）作（提高版）；
6、3D打（dǎ）印部（bù）件（jiàn）
3、无人（rén）机
TR22是（shì）国（guó）内（nèi）第一款专（zhuān）门针对教育领域开发的高性能、高可靠性、高扩展性、低成本的（de）无人机（jī）平台，其自主开发的飞控装置支持（chí）ROS开（kāi）发，提供了丰（fēng）富的ROS开发包，便于（yú）开（kāi）发（fā）者根据各自需求快速完成项目开发。
3.1 产品参（cān）数
外形尺寸（展开） | 887mm*880mm*378mm |
最大起飞（fēi）重量 | 6.14KG |
最大载（zǎi）重(小（xiǎo）电池) | 2.34KG |
悬停精（jīng）度（dù）(GPS信号良好，VPS系统正常工作状态) | 垂（chuí）直:±0.5m，下（xià）视启用（yòng）±0.1m
水平:±1.5m，下视启用±0.3m |
最大上升（shēng）速度 | P模式（shì）/A 模（mó）式/S 模式（shì）：5 m/s |
最大（dà）下（xià）降速度 | 垂直：3 m/s |
最大水平飞行速度 | P模式：61.2km/h；A模（mó）式：82.8km/h；S模式（shì） ：82.8km/h |
最大（dà）可承（chéng）受（shòu）风速 | 12m/s |
最长（zhǎng）飞行时（shí）间（空载、大容量电池（chí）） | 38min |
防护等（děng）级 | IP43 |
3.2 主要功能（néng）
功能1：导航
未知环境下（xià）的建图及地图保存（cún），完成全局路径规划和（hé）运动（dòng）控制（zhì），自动将用户引导至指定区域和（hé）高（gāo）度。
功能2：实时避障（zhàng）
遇到移（yí）动的行人或障碍物时，进行悬浮（fú）（停止移动直至障碍（ài）物离开）或绕障（绕开障碍（ài）物继续行走）动（dòng）作。
功能（néng）3：遥控
实（shí）体遥（yáo）控器对无人机进（jìn）行前进、后退（tuì）、左飞、右飞、左转、右转控制。
功能4：提供ROS开发包
提供电（diàn）机驱动ROS包、激光雷达驱动ROS包、深度（dù）相机（jī）驱动（dòng）ROS包、导航（háng）模（mó）块（kuài）ROS包，可方（fāng）便地与（yǔ）ROS系统对接。
4、智能语音（yīn）交（jiāo）互机器（qì）人
4.1 语音（yīn）识别
（一）完全永久免费
业界首创完全永久（jiǔ）免费（fèi）新形式，为开发（fā）者提供基于深度学习技术的业界顶级声学模（mó）型和（hé）语音模（mó）型（xíng），完全免费，永久使用，彻底摆脱（tuō）有（yǒu）效期限制。
（二）全平台REST API
行业（yè）率先推（tuī）出语（yǔ）音识别全平台REST API，不用（yòng）担心（xīn）SDK，采用http方式请求（qiú），适用于任何平台的语（yǔ）音识别（bié），提供最大自由度（dù）。
（三）离线（xiàn）在线融合（hé）模式
SDK可以根据当（dāng）前网（wǎng）络状况及指令（lìng）的类（lèi）型，自动判断使用本地引擎还是云端引擎进行语（yǔ）音识别，极速（sù）识别、流（liú）量节（jiē）省两不误（wù）。
（四）深度语（yǔ）义（yì）解析
支持多达（dá）35个垂（chuí）类领（lǐng）域的语义理解定制，以及（jí）自（zì）定（dìng）义指（zhǐ）令集和问答（dá）对（duì）设置。让你（nǐ）的应用理解
开发者可根据使用场（chǎng）景，自（zì）定（dìng）义设置识别垂类模型。有音乐、视频、地图、游戏、电商共17个垂（chuí）类可供选择（zé）。一步设置（zhì），精准到位。
（五）自定义上传语料、训练（liàn）模（mó）型
开发者可以自行上传词库，训练专（zhuān）属识（shí）别（bié）模（mó）型。提交的语料越多（duō）、越全，语音识别的效果提升也（yě）会越（yuè）明显。
（六）兼容性
类别 | 兼（jiān）容范围 |
系统 | 支持androids 4.03 以上版本（běn） API LEVEL 15 |
机型 | 手机和（hé）平板均可（kě） |
硬件（jiàn）要求 | 要求（qiú）设备（bèi）上有麦克风（fēng） |
网络（luò） | 支持移动（dòng）网络（包括2G等）、WIFI等网（wǎng）络环境 |
开发环境 | 建议使用最新版本androids Studio 进行开发（fā） |
4.2 语音合（hé）成
（一）完全永久免费
业界首创完（wán）全免费永久新形式，为开发者（zhě）提供基于深度学习技术的业界顶级声（shēng）学模型和语音（yīn）模型，完（wán）全免费，永久使用（yòng），彻底摆脱限制。
（二）离线在线融合（hé）模式
SDK可以（yǐ）根据当前（qián）网络状况，自动（dòng）判断使用本地引擎还是（shì）云端引擎进（jìn）行语音合成，再也不用担心流量消耗!
（三）多语言多音（yīn）色可（kě）选
中文普通（tōng）话、中英文混读（dú）、男声、女声任你选（xuǎn），更支持语速（sù）、音调（diào）、音（yīn）量、音频码率设置，让你的应用拥有最（zuì）甜（tián）美和最（zuì）磁性的声音。
（四）基（jī）于弹性（xìng）单元挑选策略的选音技术（shù）
5.飞控
第（dì）三代飞行控制（zhì）系（xì）统，集成了多（duō）线程和Lua任务脚本与飞行行为的编（biān）程（chéng）环（huán）境提供了强大的开发（fā）潜力，对（duì）各种（zhǒng）自（zì）主（zhǔ）模型实现高性能、高灵活性、高可靠性的控制（zhì）。
三、智能机器人实训室建设（shè）总体目的
为机电工程、自动化工程、信（xìn）息工程、电（diàn）气工程和系统工程等主要工程专（zhuān）业的（de）学生提供（gòng）一个（gè）以机器人为（wéi）实验对象的创（chuàng）新（xīn）基地，课程教学（xué）内容、方法和手段全面（miàn）引进先（xiān）进教学实验模式，使学（xué）生能在"做（zuò）中学、学中（zhōng）做 "，提高学生的创新能力（lì）和（hé）动手（shǒu）能（néng）力，提升整个教学实验水平，并不断的扩展和延伸，使之能够广泛适用于各个专业教学（xué）实践（jiàn）和创（chuàng）新要求。
