机器人实验室建立方案与国内各项比赛说明.docx
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机器人实验室建立方案与国内各项比赛说明.docx
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机器人实验室建立方案与国内各项比赛说明
机器人实验室方案
(适合36个学生实训及教学需求)
北京森汉科技有限公司
一.机器人在教学实验中的应用情况
1.简要介绍
人形机器人、工业机械手臂、仿生机器人是典型的机电一体化系统,它融合了信息技术、机械、控制技术、电子、传感器、计算机软件硬件和人工智能等众多先进技术,是进行工程训练、教学实验和研究的最理想的平台。
随着信息与自动化技术的发展,许多创新的工程专业都有了共同的专业基础和综合课程,如电子电路、检测技术与传感器、微控制器、控制原理与控制工程等。
机器人创新实验室的目的就是为各类职业技术院校的学生和教师提供一个综合的专业的机器人教育和研究平台,引导学生进行单片机和微控制器、数字电路和模拟电路、嵌入式计算机技术、检测与传感技术等课程的学习和实践,并通过采用系统的方法对实验教学内容、方法和手段进行创新,使学生既能了解基本原理,又能对理论联系实际,科学主导工程。
提高学生的创新能力和动手能力,提升整个专业的教学水平,为学校参加中国机器人职业技能大赛等提供硬件和软件支持,使学生能够广泛适用于机电一体化、电气工程、自动化工程等方向的就业需求,同时满足高校专业教学实验和科学研究的要求。
2.可以开展的课程
各个院校可以开展的课程包括《数字电路》、《模拟电路》、《微控制器原理》、《传感器技术》、《自动控制原理》、《机器人技术》、《工业控制技术》、《人工智能学》、《单片机原理及应用》、《机构运动与设计》、《计算机控制技术》……
教学智能轮式机器人
教学智能人形机器人
3.实验室建设的必要性
在日益竞争激烈的教学环境与教学质量同步加快的当今社会,学校的各个方面配置都应该完善并且逐年更新。
当代的教育体系,为了适应现代化建设的需求,正在从应试教育向素质教育方向转变。
那么在素质教育的硬件与软件方面,各个学校均都有发展的必要和需求。
最近几年来,在很多中职院校内出现了各种素质教育独有的、特殊的实验室。
很多学校已经将其列为创新教育实验室的标杆。
例如计算机应用实验室、通用技术课实验室、机器人实验室等。
尤其机器人实验室在众多的实验室中最为引人注目,因为他的科技教育范围广、科技含量高、学科交叉性强、表象性强,尤其在激发学生学习兴趣方面最为突出。
基本上90%以上的学生都会聚精会神地听完一整堂课,这些由学生主动学习兴趣带来的学习效果是现代教育教学研究的重点。
在全国的各个大中城市,很多的中小学和大专院校都配备设备齐全的机器人实验室。
人形机器人展示
小学机器人实验室
高校机器人实验室
4.目前应用的高校
清华大学计算机学系国家863重点实验室、清华大学自动化系、北京理工大学工程训练中心、中国民航大学机器人研究所、天津工程师范学院自动化学院、北京石油化工学院、中国科学技术大学、江南大学、东南大学、徐州工学院、华南理工大学、福建师范大学、华侨大学等。
清华大学的类人机器人足球队
5.目前应用的职业技术学院
天津高等职业技术学院、福建信息职业技术学院、福建电子职业中专学校、柳州职业技术学院、湖南信息职业技术学院、常州机电职业技术学院、昆明冶金高等专科学校、安徽机电职业技术学院、辽宁机电职业技术学院、北京电子科技职业学院等。
北京电子科技职业学院的救援机器人
二.各种机器人大奖赛
机器人大奖赛涉及人工智能、机器人学、通讯、传感、精密机械和仿生材料等诸多领域的前沿研究和技术集成,实际上是高技术的对抗赛。
国际上最具影响的FIRA和RoboCup两大世界杯机器人大奖赛,有严格的比赛规则,融趣味性、观赏性、科普性为一体。
机器人大奖赛从一个侧面反映了一个国家信息与自动化领域基础研究和高技术发展的水平。
1.RoboCup国际机器人大奖赛
Robocup包括类人组舞蹈部分、类人组竞步部分、类人组足球部分、小型组足球项目、中型组足球项目、空中组目标跟踪项目、水中组足球项目、家庭组项目、助老组项目等。
2.FIRA国际机器人大奖赛
FIRA包括类人型机器人足球比赛项目;类人型机器人基本性能比赛(包含短跑、负载、避障、射门四种比赛项目);类人型组舞蹈比赛项目等;
三.各种人形机器人参数性能介绍
1.身高60cm17自由度人形机器人
无线遥控器
人形机器人
红外遥控器
机器人控制板
支持三维虚拟编程环境
(1)机体参数
身高:
580mm;
重量:
约3.5公斤(含电池);
关节:
共17个关节,头:
1个自由度,双手6个自由度,双脚10个自由度;
与电脑连接方式:
国标串口RS232(建议采用USB转232);装载新型机器人专用伺服马达及控制器,附专用锂聚合物充电电池及AC充电座器;
(2)主要机能:
提供动作设定的教学模仿功能,可在PC上用鼠标操作,附具有数种动作实例的正版光盘,可立即测试运作。
1.具有17个自由度(17ch=17个伺服马达),主机板可扩增至22个自由度。
便于DIY用户增加其他关节机构;
2.具有1024kb空间的动作程序存储器。
能够分别储存任意的动作模式;
3.电池仓内可以同时安装2节锂电池,用来增加续航能力;
4.为了确保机器人在启动时有敏锐的动作及强而有力的扭转力,请使用锂聚合物电池。
本
机所附的锂聚合物电池,可让机器人完全发挥其功能。
5.具惊人的省电设计,使用时间长达1.2-1.5小时;
6.搭配三维虚拟仿真编程环境,呈现出细腻的三维实景效果,各个关节角度可以简易编程;7.显示运转数据,从指定动作的位置、速度到变化度,都可利用控制板传动并定量显示。
每
一度动作角度的指定时,可一面确认数值一面执行;
8.带有动作间自动插补功能,使动作运转连续顺滑。
在动作与动作之间会以指定的速度自
动补齐100贞动作。
每组存储空间最多可记忆80个动作,总共25组存储空间;
9.各零件的设计十分精准,只要将螺栓拧进即可组装完成;
10.编程软件采用内嵌式三维动画仿真设计,设计理念及技术水准与国际同步;
11.可以连际标准航模遥控器;
主要技术指标:
1.全身21个数字伺服马达,其中20个SH14-M数字伺服马达,重量:
56g,尺寸40×20×46mm,扭力14kg.cm(7.4v),速度0.18秒/60度;1个SH0680数字伺服马达。
21个可重复定位特制舵盘,与软件同步实现初始坐标补偿。
2.支持C语言和汇编语言混合编程体系,编译方便;
3.采用ISP烧写方式,可烧写1万次以上;
4.中高阶用户可以为该系统增加各种传感器,例如水晶陀螺仪、陶瓷陀螺仪、3轴加速度计等惯导装置;还可以加装距离传感器、GPS全球定位模块、GPRS全球无线通讯模块、音频捕捉模块等;更可加装视觉系统,符合RoboCup等机器人大赛类人组标准。
满足用户的研究与参赛需求。
5.控制板型号STC-24P,完全采用表贴工艺;CPU为STC12系列32管脚芯片,有24个输出端,可以同时联动控制24个数字伺服电机。
2.身高39cm21自由度高级人形机器人
支持三维虚拟编程环境
机体参数说明:
1.机器人尺寸385×200×100mm;
2.重量2.1kg;
3.关节扭力14kg·cm(标准7.4V电池搭载);
4.待机时间2小时左右(充电完全状态下,根据动作的耗电程度不同);
5.全身舵机总计21个,即具有21个自由度;
12.脚底尺寸110×70×5mm,中空结构,可以安装多个足底传感器;
13.前胸可以加装3个陀螺3个加速度计;
14.静平衡步伐行走速度3.2米/分钟;
15.加装惯导系统后,动平衡步伐行走速度10米/分钟;
16.加装惯导系统后,可以自动进行姿态、步态修正;
18.具有3种无线通讯方式,包括315MHZ无线遥控,红外线遥控,无线232串口通讯;
19.主板自带1个蜂鸣器,可以同用户进行实时互通;
20.主板有5V和3.3V两种规格可选;
21.随机附送红外线遥控器一个,包括27个按钮,可以遥控机器人做各种动作;
3.22自由度高级视觉人形机器人
机体功能特点:
SHR-6SV人形机器人是专业的小型人形足球机器人,专门为足球比赛设计。
该款机器人采用完整版加藤一郎结构体,全身由金属零件构成,具有22个自由度;头部装有特制的悬挂机构,并搭载完整的视觉系统;前胸可搭载级联式陀螺仪稳定系统,全身可以加装3个级联陀螺仪;后背加装走线装置和防摔减震罩;腿部采用加长结构设计,提高行走速度,有利于足球比赛;脚部采用中空结构,增大摩擦力;手臂采用4自由度结构设计,可以辅助机体完成前倒地起身和后倒地起身等动作;
该款机器人可以完成标准“加腾一郎”派行走,可以协助用户构建完整的行走模型。
具有静平衡步伐方程与动平衡步伐方程的交接带函数,该函数由机体尺寸和质量决定。
系统能将重心判别式函数与陀螺仪相结合,对步伐函数进行修正,使机器人保持平衡稳定姿态。
该款机器人搭载独立的式视觉系统,可以完成找球、追球、踢球等功能;片上Linux系统,可以完成各种软件的对接;轻松实现视觉追踪功能,并可以参加Robocup足球比赛。
主要技术指标:
1.全身22个数字伺服马达,其中22个SH15-M数字伺服马达,重量:
56g,尺寸40×20×46mm,扭力15kg.cm(7.4v),速度0.18秒/60度;22个可重复定位特制舵盘,与软件同步实现初始坐标补偿。
2.支持C语言和汇编语言混合编程体系,编译方便;
3.该系统可加装加各种传感器,例如光强度传感器、集成温度传感器、声音传感器、红外传感器、超声波测距传感器等;
4.视觉系统CPU采用美国ADI公司的BF537(500MH主频),支持Linux系统;
5.符合RoboCup等机器人大赛类人组标准,满足用户的研究与参赛需求。
6.动作控制板完全采用表贴工艺;CPU为8位32管脚芯片,有23个输出端,可以同时联动控制23个数字伺服电机。
7.视觉系统支持视频回传,直接将实时画面回传至个人PC;
8.视觉系统与动作控制系统采用串口通讯方式对接;
4.SHR-8S教学普及型人形机器人
人形机器人
(1)机器人规格:
身高:
360mm;
重量:
约1.5公斤(含电池);
关节:
共17个自由度,头:
1个自由度,双手6个自由度,脚各5个自由度;
与电脑连接方式:
国标串口RS232C(建议采用USB转232);
装载新型机器人专用伺服马达及控制器,可将全身关节扩增至24个,附带专用锂聚合物充电电池及AC充电器;
(2)主要机能:
提供动作设定的教学模仿功能,可在PC上用鼠标操作,附具有数种动作实例的正版光盘,可立即测试运作。
1.具有24个自由度。
实际组装时虽只有17个自由度(17ch=17个伺服马达),但主机板可
扩增至24个自由度。
也就是说可增加7个自由度。
便于DIY用户增加其他关节机构;
2.具2512kb空间的动作程序存储器。
能够分别储存任意的动作模式;
3.电池仓内可以同时安装2节锂电池,用来增加续航能力;
4.为了确保机器人在启动时有敏锐的动作及强而有力的扭转力,请使用锂聚合物电池。
本
机所附的锂聚合物电池,可让机器人完全发挥其功能。
6.搭配教学模仿功能呈现出细腻的效果,各个自由度及各个动作的指定,可利用控制板上
的个别滑杆随心所欲的设定;
10.编程软件采用内嵌式三维动画仿真设计,设计理念及技术水准与国际同步;
11.可以连接国际标准航模遥控器;
(3)SHR-8S配套新版3D大型编程软件
Windows操作台
红外
遥控器编程区
无线
遥控器编程区
预览框
行为编辑器
三维动作
编辑器
三维模型可以和真实机器人同步运动。
拖条数据
编程界面
(4)电脑软件平台
操作系统支持Window2000、XP,Vista;CPU建议PentiumIII以上,内存建议1GB以上,显卡建议采用独立显存256MB以上;
四.各种仿生机器人参数性能介绍
国内首推仿生机器人实验室概念,仿生学是以研究生物系统的结构和性质来为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。
建立此机器人创新实验室的目的就是为各类高等院校的学生和教师提供一个综合的专业的机器人教育和研究平台,引导学生进行单片机和微控制器、数字电子和模拟电子、数字逻辑、检测技术与传感器等课程的学习和实践,并通过采用系统的方法对实验教学内容、方法和手段进行创新;使学生既能了解基本原理,又能对步伐函数进行实际检验。
理论联系实际,科学主导工程。
提高学生的创新能力和动手能力,提升整个专业的教学水平,为学校参加机器人大赛提供硬件和软件支持。
能够广泛适用于机电一体化、电气工程、自动化工程等方向的就业需求,同时满足高校专业教学实验和科学研究的要求。
6足18自由度方形机器人
6足18自由度圆形机器人
4足12自由度方形机器人
6足12自由度方形机器人
1.6足18自由度方形仿生机器人
机体功能特点:
SHR-F6-18方形6足机器人是专业的小型仿生机器人。
该款机器人采用标准仿生结构体,全身由金属零件构成,具有18个自由度;可以搭载完整的视觉系统;腿部采用加长结构,提高行走速度,有利于在野外进行高速行走,并且防止摔倒;脚部采用弹性支撑,增大摩擦力,并加装脚底传感器安装架,可以进行动态步态检测。
该款机器人可以完成标准静平衡仿生行走,可以协助用户构建完整的静态行走模型。
该款机器人可以完成高难度的仿生动作。
如俯卧撑、原地转弯、跳跃等,但它更加突出的特点是能够进行重载行走。
加装其他执行机构可以执行越野、埋伏、追击、进攻等任务。
SHR-F6-18是仿生机器人研究、二次开发的专业平台,尤其在执行野外军事任务中效果突出。
SHR-F6-18属于仿生机器人中的高端机型。
主要技术指标:
1.全身18个数字伺服马达,型号为SH15-M,动态扭矩达到15kg·cm静态扭矩达到21kg·cm;
2.机器人尺寸400×250×125mm;
3.支持C语言和汇编语言混合编程体系,编译方便;
4.采用ISP烧写方式,可烧写1万次以上;
5.中高阶用户可以为该系统增加各种传感器,例如例如光强度传感器、集成温度传感器、声音传感器、红外传感器等;也可加装视觉系统,进行目标跟踪,满足用户的研究需求;
6.控制板采用完全表贴工艺;CPU为STC125A60S2系列芯片,有24个输出端,可以同时联动控制24个数字伺服电机;
7.具有8路GPIO数字端口;
8.组装容易:
约花6个小时可以完成组装;
2.6足18自由度圆形仿生机器人
机体功能特点:
SHR-Y6圆形6足机器人是专业的小型仿生机器人。
该款机器人采用标准仿生结构体,全身由金属零件构成,具有18个自由度;可以搭载完整的视觉系统;腿部采用加长结构,提高行走速度,有利于在野外进行高速行走,并且防止摔倒;脚部采用弹性支撑,增大摩擦力,并加装脚底传感器安装架,可以进行动态步态检测。
该款机器人可以完成标准静平衡仿生行走,可以协助用户构建完整的静态行走模型。
该款机器人可以完成高难度的仿生动作。
如俯卧撑、原地转弯、跳跃等,但它更加突出的特点是能够进行重载行走。
加装其他执行机构可以执行越野、埋伏、追击、进攻等任务。
SHR-Y6是仿生机器人研究、二次开发的专业平台,尤其在执行野外军事任务中效果突出。
SHR-Y6属于仿生机器人中的高端机型。
配套3D仿真编程系统
主要技术指标:
1.全身18个数字伺服马达,型号为SH15-M,动态扭矩达到15kg·cm静态扭矩达到21kg·cm;
2.机器人尺寸400×250×125mm;
3.支持C语言和汇编语言混合编程体系,编译方便;
4.采用ISP烧写方式,可烧写1万次以上;
5.中高阶用户可以为该系统增加各种传感器,例如例如光强度传感器、集成温度传感器、声音传感器、红外传感器等;也可加装视觉系统,进行目标跟踪,满足用户的研究需求;
6.控制板采用完全表贴工艺;CPU为STC125A60S2系列芯片,有24个输出端,可以同时联动控制24个数字伺服电机;
7.具有8路GPIO数字端口;
8.组装容易:
约花6个小时可以完成组装;
3.6足12自由度方形仿生机器人
机体功能特点:
SHR-F6-12方形6足机器人是普及型小型仿生机器人。
该款机器人采用标准仿生结构体,全身由金属零件构成,具有12个自由度;可以搭载完整的视觉系统;腿部采用加长结构,提高行走速度,有利于在野外进行高速行走,并且防止摔倒;脚部采用弹性支撑,增大摩擦力,并加装脚底传感器安装架,可以进行动态步态检测。
该款机器人可以完成标准静平衡仿生行走,可以协助用户构建完整的静态行走模型。
该款机器人可以完成高难度的仿生动作。
如俯卧撑、原地转弯、跳跃等,但它更加突出的特点是能够进行重载行走。
加装其他执行机构可以执行越野、埋伏、追击、进攻等任务。
SHR-F6-12是仿生机器人研究、二次开发的专业平台,尤其在实验室教学中效果突出。
SHR-F6-12属于仿生机器人中的普及机型。
主要技术指标:
1.全身12个数字伺服马达,型号为SH15-M,动态扭矩达到15kg·cm静态扭矩达到21kg·cm;
2.机器人尺寸300×200×120mm;
3.支持C语言和汇编语言混合编程体系,编译方便;
4.采用ISP烧写方式,可烧写1万次以上;
5.中高阶用户可以为该系统增加各种传感器,例如例如光强度传感器、集成温度传感器、声音传感器、红外传感器等;也可加装视觉系统,进行目标跟踪,满足用户的研究需求;
6.控制板采用完全表贴工艺;CPU为STC125A60S2系列芯片,有24个输出端,可以同时联动控制24个数字伺服电机;
7.具有8路GPIO数字端口;
8.组装容易:
约花6个小时可以完成组装;
4.4足12自由度方形仿生机器人
机体功能特点:
SHR-F4-12方形4足机器人是普及型小型仿生机器人。
该款机器人采用标准仿生结构体,全身由金属零件构成,具有12个自由度;可以搭载完整的视觉系统;腿部采用加长结构,提高行走速度,有利于在野外进行高速行走,并且防止摔倒;脚部采用弹性支撑,增大摩擦力,并加装脚底传感器安装架,可以进行动态步态检测。
该款机器人可以完成标准静平衡仿生行走,可以协助用户构建完整的静态行走模型。
该款机器人可以完成高难度的仿生动作。
如俯卧撑、原地转弯、跳跃等,但它更加突出的特点是能够进行重载行走。
加装其他执行机构可以执行越野、埋伏、追击、进攻等任务。
SHR-F4-12是仿生机器人研究、二次开发的专业平台,尤其在实验室教学中效果突出。
SHR-F4-12属于仿生机器人中的普及机型。
主要技术指标:
1.全身12个数字伺服马达,型号为SH15-M,动态扭矩达到15kg·cm静态扭矩达到21kg·cm;
2.机器人尺寸340×200×120mm;
3.支持C语言和汇编语言混合编程体系,编译方便;
4.采用ISP烧写方式,可烧写1万次以上;
5.中高阶用户可以为该系统增加各种传感器,例如例如光强度传感器、集成温度传感器、声音传感器、红外传感器等;也可加装视觉系统,进行目标跟踪,满足用户的研究需求;
6.控制板采用完全表贴工艺;CPU为STC125A60S2系列芯片,有24个输出端,可以同时联动控制24个数字伺服电机;
7.具有8路GPIO数字端口;
8.组装容易:
约花6个小时可以完成组装;
五.Robocup竞赛双足机器人
在历届Robocup机器人大赛中有一个传统项目就是双足竞步机器人,该项目经过多年的发展,已经成为传统项目中的经典,参加的队伍最多,竞争最为激烈;
1.宽足印双足竞赛机器人
机体功能特点:
SHR-TLA双足机器人是专业的小型双足机器人。
该款机器人采用宽足版结构体,全身由金属零件构成,具有6个自由度;腰间可以搭载完整的视觉系统;也可以搭载陀螺仪传感器,可以固定3个陀螺仪,并装有防撞减震翻滚支撑;腿部采用加长直腿结构,提高行走速度,有利于标准Robocup比赛;脚部采用钢板材料,增大配重,并可以加装脚底传感器,可以进行步态检测;
该款机器人可以完成标准宽足行走,可以协助用户构建完整的宽足行走模型。
具有最简静平衡步伐方程。
该方程参数由机体尺寸和质量决定。
该款机器人可以完成高难度动作。
如行走、下蹲、倒地、起身、前滚翻、后滚翻等。
加装特种装置可以完成上楼梯、视觉追踪等高难度动作。
SHR-TLA可以作为机器人研究、二次开发的平台,并可参加各类机器人比赛,尤其是Robocup大赛。
支持3D虚拟仿真编程
主要技术指标:
1.全身6个数字伺服马达,全部采用SH15-M数字伺服马达,重量:
56g,尺寸40×20×38mm,扭力15kg.cm(7.4v),速度0.18秒/60度;6个可重复定位特制舵盘,与软件同步实现初始坐标补偿。
2.搭载Windows环境下3D虚拟仿真编程软件;
2.支持C语言和汇编语言混合编程体系,编译方便;
3.采用ISP烧写方式,可烧写1万次以上;
4.中高阶学习者可以为该系统增加各种传感器,例如光强度传感器、集成温度传感器、声音
传感器、红外传感器等;可加装视觉系统,符合RoboCup等机器人大赛双足组标准。
满足
用户的研究与参赛需求。
5.控制板CPU为STC125A60S2系列高端芯片,有22个输出端,可以同时联动控制22个数字伺服电机;
2.窄足印双足竞赛机器人
机体功能特点:
SHR-TLB双足机器人是专业的小型双足机器人。
该款机器人采用宽足版结构体,全身由金属零件构成,具有6个自由度;腰间可以搭载完整的视觉系统;也可以搭载陀螺仪传感器,可以固定3个陀螺仪,并装有防撞减震翻滚支撑;腿部采用加长直腿结构,提高行走速度,有利于标准Robocup比赛;脚部采用钢板材料,增大配重,并可以加装脚底传感器,可以进行步态检测;
该款机器人可以完成标准宽足行走,可以协助用户构建完整的宽足行走模型。
具有最简静平衡步伐方程。
该方程参数由机体尺寸和质量决定。
该款机器人可以完成高难度动作。
如行走、下蹲、倒地、起身、前滚翻、后滚翻等。
加装特种装置可以完成上楼梯、视觉追踪等高难度动作。
SHR-TLB可以作为机器人研究、二次开发的平台,并可参加各类机器人比赛,尤其是Robocup大赛。
支持3D虚拟仿真编程
主要技术指标:
3.全身6个数字伺服马达,全部采用SH15-M数字伺服马达,重量:
56g,尺寸40×20×38mm,扭力15kg.cm(7.4v),速度0.18秒/60度;6个可重复定位特制舵盘,与软件同步实现初始坐标补偿。
4.搭载Windows环境下3D虚拟仿真编程软件;
2.支持C语言和汇编语言混合编程体系,编译方便;
3.采用ISP烧写方式,可烧写1万次以上;
4.中高阶学习者可以为该系统增加各种传感器,例如光强度传感器、集成温度传感器、声音
传感器、红外传感器等;可加装视觉系统,符合RoboCup等机器人大赛双足组标准。
满足
用户的研究与参赛需求。
6.控制板CPU为STC125A60S2系列高端芯片,有22个输出端,可以同时联动控制22个数字伺服电机;
六.小型工业机械手模型
小型工业机械手模型是高等院校工科教学的必备品,该款机械手模型搭载3D仿真编程环境,操作简单、编程方便,可以在实验室中由学生直接操作;该机械手质量轻,教师可以单独搬运至普通教室中演示;该机械手结构坚固、耐用,可以长时间工作;
机体功能特点:
SHR-ARM-5工业机械手模型是练习型机器人。
该款机器人模仿真实工
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- 机器人 实验室 建立 方案 国内 各项 比赛 说明