OpenHW12开源硬件与嵌入式计算大赛
计划书
【机器人专题】
项目名称：
指导教师：xxx（职称电话邮箱）
项目组成员：xxx、xxx、xxx、xxx
Xx大学xx系
Xx年xx月xx日
目录
1项目概述 (1)
1.1项目背景 (1)
1.2现有应用平台 (2)
1.3基于Zynq平台的移动机器人应用前景 (3)
2项目技术基础 (4)
2.1飞思卡尔智能车大赛 (4)
2.1.1系统架构 (4)
2.1.2具体实现 (5)
2.2瑞萨智能车大赛 (6)
2.2.1系统架构 (7)
2.2.2具体实现 (8)
2.3第三届OpenHW开源硬件与嵌入式大赛 (8)
2.3.1系统架构——软硬件协同设计 (9)
2.3.2具体实现 (10)
3混合实时移动机器人平台的设计 (13)
3.1项目简介 (13)
3.2系统结构 (13)
3.3具体设计效果 (16)
4参赛队人员信息 (20)
附录项目设计时间节点 (21)
1项目概述
1.1项目背景
移动机器人是一种在复杂环境下工作的，具有自行组织、自主运行、自主规划的智能机器人，融合了计算机技术、信息技术、通信技术、微电子技术和机器人技术等，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展。根据应用领域的不同，移动机器人主要可以分为四类：工业机器人、服务机器人、军事机器人、探索机器人。
图 1.1 移动机器人的应用
工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。日本EPSON公司生产的六轴机械手，可以完成高速度、高精度的拼装、搬运、传送等操作，提高了产品的性价比。在激烈的市场竞争中，广泛采用工业机器人实现自动化生产是推动企业发展的有效手段。
服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有意于人类健康的服务工作。服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。近日，日本NSK公司发布了一款导盲犬机器人，采用微软的Kinect进行探测，掌握周围地形环境之后便指导盲人行走，帮助盲人更有效地避免各种障碍，更好地完成爬楼梯等工作。随着信息网络、传感器、智能控制、仿生材料等高新技术的发展，以及机电工程与生物医学工程等的交叉融合，使得服务机器人技术发展呈现智能化、网络化、生机电一体化的态势。
军事机器人是为了军事目的而研制的自动机器人。在海湾战争中，先锋无人机为美军进行空中侦察，拍摄了大量的伊军坦克、指挥中心、及导弹发射阵地的图像，并传送给直升机部队，为战斗提供了决定性的信息。在未来高技术战争的大环境中，军事装备将向无人化与智能化谋求出路。未来战场上，军用机器人的应用将不可避免，它既可使作战部队面临的风险降到最小，又可使作战手段多样化，将大大增强作战能力和战场指挥官的应变能力。
探索机器人主要包括行星探测移动机器人、海洋探测机器人、油井故障探恻机器人、井下探测机器人等。1997年美国国家航空航天局发射的火星探路者号宇宙飞船成功地在火星表面着陆。探路者登陆器上带有各种仪器及“索杰纳”火星车团。这是上世纪自动化技术最高成就之一。人类探索的脚步越走越远，在很多人类无法到达或者很难到达的地方，探索机器人都将起到了举足轻重的作用。
1.2现有应用平台
移动机器人应用领域的不断扩展和电子技术的日新月异，促使移动机器人软硬件平台逐渐丰富。
（1）主控芯片：根据控制要求可以采用X86、ARM、DSP、PowerPC等架构的CPU；
（2）硬件外设：传感器、控制器、驱动器、执行机构等等，都提供了数不胜数的元器件选择；
（3）操作系统：商业化的WinCE、Vxwork，开源的linux、 C/OS等等，都广泛应用在各类移动机器人当中；
（4）开发工具和应用框架：微软的Microsoft Robotics Developer Studio，以及开源的Player、OpenJAUS、ROS等等，都大大加速了移动机器人的开发。
1.3基于Zynq平台的移动机器人应用前景
ZED开发系统采用Xilinx Zynq-7000系列处理器。Zynq-7000系列处理器基于Xilinx可扩展处理平台，单片处理器拥有双核ARM Cortex-A9处理系统和28nm Xilinx可编程逻辑单元。其中ARM Cortex-A9双核可以分别移植实时操作系统和通用操作系统实现系统任务实时管理、人机交互以及高性能扩展等功能，可编程逻辑单元通过动态重配置可以实现不同外设接口的连接。高速片内AXI 总线实现信息在Zynq-7000处理单元间的无缝传递，丰富的外部设备接口保证Zynq-7000处理器对系统状态的实时监测。
相比数字信号处理器（DSP, digital signal processor）和个人电脑（PC, personal computer），基于可编程逻辑单元的控制器可以发挥其并行处理的优势，用更短的时间消耗实现复杂的算法。这样，采用Zynq平台来实现一套架构完整的移动机器人平台设计，从底层的传感器数据采集、图像处理、运动控制等算法，到系统上层的人机交互、基于模型的计算机辅助调试功能，都能在一块芯片中完成。另外，借助Zynq本身ARM Cortex-A9双核加上可编程逻辑单元的异构架构，以及内部高速总线AXI通信机制，采用嵌入式软/硬件协同设计的方式进行开发，可以力求在开发效率、开发成本和系统性能等方面得到全面的优化。
同时，基于Zynq平台的设计与ASIC（application-specific integrated circuit）相比，该方案通用性优势明显，且系统成本大幅度降低。
2项目技术基础
2.1飞思卡尔智能车大赛
“飞思卡尔杯”全国大学生智能汽车竞赛是受教育部高等教育司委托，由教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会的赛事。该竞赛设立光电组、摄像头组、电磁组、创意组等多个赛题组别，吸引了全国30个省市自治区近400所高校广泛参与。大赛要求在规定的模型汽车平台上，使用飞思卡尔半导体公司的16位或32位微控制器作为核心控制模块，通过增加道路传感器、电机驱动电路以及编写相应软件，制作一个能够自主识别道路的模型汽车，按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。
飞思卡尔智能车大赛是华中科技大学瑞萨实验室的传统竞赛项目，在2010到2012年三届智能车比赛中，共获得特等奖一项，一等奖五项，处于国内一流水平。
图 2.1 2012年参赛作品
2.1.1系统架构
智能汽车是一个完整的系统，既含有硬件也包括软件，属于典型的嵌入式系统。根据智能车的软硬件需求，我们设计了一套三个赛题组通用的系统架构，增
强了软硬件的可移植性。
图 2.2 系统架构
硬件平台包括比赛规定的飞思卡尔车模和基于ARM Cortex-M4的电路平台，经过专业的设计和制作，确保整体硬件平台的可靠性和稳定性。软件平台采用三层结构，自底向上分为设备驱动层、硬件抽象层、应用层。所有代码采用模块化标准模版设计，降低层与层之间、模块与模块之间的耦合。
2.1.2具体实现
以获得全国总决赛特等奖的电磁直立智能车为例，智能车采用加速度传感器和陀螺仪作为直立传感器，电磁传感器作为循线传感器，根据赛道导线中的交变电流，进行自主导航，具体的实现效果如下图所示。
图 2.3 电磁直立智能车的实现
2.2瑞萨智能车大赛
超级MCU模型车大赛是我国规模最大的大学生技能活动——“全国大学生IT&AT职业技能大赛”的最重要常规赛事，由教育部管理信息中心主办，赛迪顾问承办。自2007年以来，该项赛事已成功举办了五届，大赛要求参赛队需以瑞萨MCU为核心控制模块，自行设计赛车的机械结构及外围电路，并对控制行车的MCU进行编程，组装制作成具有自动识别功能的MCU汽车模型，最终在赛前未知的赛道上完成自动开闸发车，按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。
瑞萨智能车大赛是华中科技大学瑞萨实验室的传统竞赛项目，迄今为止已获取四连冠的好成绩。
图 2.4 2012年参赛作品
2.2.1系统架构
智能车系统按照模块划分可以分为机械、电路、程序，前两者也可归结为硬件部分。智能车系统的总体架构如下图示。
机械部分主要包括机械建模、模型仿真、材料选择、加工成型、组装、调试等。瑞萨智能车采用中轴式转向结构，类似于摩托车或者拖拉机的转向方式，以maxon电机作为转向的驱动电机。智能车的前进动力来自于四个电机，每个电机驱动一个轮子，以四轮驱动的方式动力更强、反应更迅速。
电路部分采用组委会提供的搭载有R8C/38A芯片（16位微控制器）的最小系统板，按照其引脚分配图自行设计驱动电路板。驱动板包括电源管理模块、电机驱动模块、人机交互模块、反馈模块、传感器模块等。
软件部分的任务主要是协调硬件资源，对赛道信息进行实时判断并作出最终决策向硬件部分发送行动命令，也就是说，软件部分是智能车系统的指挥部。其主要分为底层驱动、高层算法、调试程序等。
图 2.5 系统总体架构
2.2.2具体实现
图 2.6 基于光电模拟传感器的智能车实现效果
2.3第三届OpenHW开源硬件与嵌入式大赛
参与比赛项目：第三届OpenHW开源硬件与嵌入式大赛，项目名称为“基于软硬件协同处理的小型轮式机器人平台”，项目连接：https://www.doczj.com/doc/e26495874.html,/project/index_view_1945.html。
图 2.7 项目最终成果展示图
该项目中使用Xilinx公司Spartan 6系列FPGA芯片XC6SLX16和ARM7处理器NXP LPC2478基本结构，设计一种层次化的处理平台、三种类型协处理架构以及通用协处理片内结构，并在轮式机器人应用中进行具体设计，完成了数字图像处理、双闭环运动控制、点阵液晶显示、智能手机平台控制。结果显示，软硬件协同处理的架构和设计开发方法不仅大大提升了系统性能，更加快了开发进程。该平台在工业控制领域具有一定广泛意义和推广价值，该架构下的轮式机器人适合研究自动驾驶、自动泊车、图像处理、智能控制算法等机器人应用。
2.3.1系统架构——软硬件协同设计
该项目提出并设计了一种通用的软硬件协同处理架构，具有良好的综合性能和可扩展性，能满足小型嵌入式系统的诸多需求。
系统架构由低到高可概括为三个层次：数据平面层（包含传感器与驱动器）、实时控制层、高性能处理层，具体结构如下图2.2所示：
图 2.8 处理平台架构
系统采用串行计算的MCU（ARM7）和并行计算的FPGA（Spartan6）这样的AMP架构，处理器间高效的通信将是提升整个系统性能的关键，基于开发经验，该平台采用了EMC与SSP这样串并结合的通信方式，具体内部结构图如
下图2.3所示。
FPGA相对CPU的特点在于并行计算能力和高速，因此适合于处理批量数据流，在该项目中，FPGA负责数字图像处理、运动控制、图像人机接口等典型应用的底层密集数据流。而CPU相对硬件的特点是复杂函数计算，实时嵌入式操作系统TOPPERS在ARM7上的移植可以丰富系统的应用及加强实时性，同时结合丰富的协议栈及应用支持，系统功能可以得到较大扩展。利用ARM处理复杂控制流并扩展功能、利用FPGA处理密集数据流，正是该平台最显著的特点。
图 2.9 内部结构框图
2.3.2具体实现
ARM7主控制器方面移植TOPPERS/ASP实时操作系统，并且实现了USB 主从协议栈，以太网协议栈，文件系统等组件，ARM通过EMC总线访问FPGA 的资源，这样只要定义好访问规则以及含义就像访问一个普通的外设一样方便。
我们在FPGA内部实现了摄像头采集的图像信息的处理，电机的双闭环控制，以及小型黑白字符点阵液晶的控制，数字图像处理部分实现效果如下图示：
图 2.10 FPGA 完成数字图像处理效果的液晶显示图
同时由于ARM 控制器内部实现了实时操作系统，在ARM 端可以实现FPGA 中不好实现的复杂函数计算相关控制算法并且保证算法的实时性，同时通过ARM 的以太网接口连接到小型USB 供电的路由器上，建立了一个小型的无线局域网，并且已经在上位机中开发了一款基于android 系统的应用，可以通过wifi 连接到这个无线网络，来和ARM 进行网络通信，由于我们自己定义好了一套基于TCP 和UDP 的 传输协议，其中TCP 主要负责可靠的数据传输，用于发送控制命令，UDP 主要用于传输大量的数据，这里我们将摄像头采集到的实时图像返回到android 客户端，并且可以实时显示。通过定义好的通信协议我们可以通过android 客户端做更多更高级的算法处理，将处理结果通过网络传输回去。
高性能处理层
移动终端系统器件\对象
实时控制流层CPU 系统数据平面层FPGA 系统转向
给定PWM Inverter 绝对位置传感器速度
给定
电机电机PWM Inverter PWM Inverter 电机控制环相对转速传感器电机控制环电机控制环电机伺服器
速度
分解驱动映射转矩传感器转矩传感器转矩传感器转矩传感器PWM 驱动器电机控制环相对转速传感器相对转速传感器转速传感器
电机缩放
图像处理图像存储下采样
网络协议
UDP TCP
GUI 车体x 标线
图 2.11 基于机器视觉的导航控制系统
为了验证系统的实时控制能力，我们还实现了小型轮式移动机器人的循线控制，通过摄像头采集赛道上的数据，FPGA 进行图像预处理，FPGA 通过外部中断的方式通知ARM 控制器图像预处理完毕，ARM 就从定义好的存储位置获取
处理后的图像，将其进行简单的运算，获取路径信息，给出合适的速度和角度，然后通过对FPGA定义好的运动控制寄存器设定每个电机的速度，这样形成一个周期性的控制，就可以实现循线的目标，最终效果图如下图2.6示。
图 2.12 移动机器人循迹效果图
3混合实时移动机器人平台的设计
3.1项目简介
根据之前介绍的一些项目基础，进行总结分析，目前主要存在的问题是种类繁多，架构不统一，传感器接口不兼容，缺乏网络功能进行分布式协同控制。这些问题主要是由于处理器的性能受限所造成，基本软、硬件设计划分很明显，这样的设计必然会造成处理效率低，资源消耗不合理，虽然上届参加的OpenHW 比赛中是采用的ARM7结合FPGA（Spartan6）两片芯片构成AMP架构来实现软硬件协同设计，但是由于两个处理器间的通信使用片外异步总线EMC，数据传输速率受限，致使软硬件协同设计的优势并不能发挥到极致。现在，使用ZED 平台（双核ARM Cortex-A9处理系统和28nm Xilinx可编程逻辑单元）进行设计，处理器性能得到了极大的提升，因此上述的问题都可以得到解决，进而设计一种功能更加完善，架构统一，组件化设计的移动机器人平台（这里我们称为混合实时移动机器人平台），另外使用ZED开发平台可以实现片内AMBA AXI总线，大大提高通信速率，对于软硬件协同设计也很有促进。
3.2系统结构
系统整体设计架构如下图3.1所示：
图 3.1 系统整体架构
ROS（机器人操作系统，Robot Operating System），是一个开源的元级操作系统，依托其他计算机群的操作系统提供类似于操作系统的服务，包括硬件抽象描述、底层驱动程序管理、共用功能的执行、程序间消息传递、程序发行包管理，它也提供一些工具和库用于获取、建立、编写和执行多机融合的程序。ROS在分布式处理框架的基础上，可以执行若干种类型的通讯，包括基于服务的同步RPC（远程过程调用）通讯、基于Topic的异步数据流通讯，还有参数服务器上的数据存储。这些过程可以封装到数据包（Packages）和堆栈（Stacks）中，以便于共享和分发，提高了代码的复用率。ROS的加入，可以大大加快移动机器人的分布式设计与控制，增强了系统的扩展性和可靠性。
ARM Cortex-A9处理器内核主要负责人机交互、系统通信、任务管理和部分实时控制等任务，其分别移植通用操作系统（GPOS, general purpose operating system）和实时操作系统（RTOS, real-time operating system），通过SafeG进行统一管理。通用操作系统主要用于管理人机交互任务和系统通信，可实现本系统与手持设备或PC机的连接；实时操作系统主要管理系统的实时控制任务，合理分配系统资源。并且可通过内部总线（AXI）与Zynq可编程逻辑进行数据交换，实现系统高速并行处理，具体结构如下图3.2示。
图 3.2 PS端系统处理架构
Zynq可编程逻辑单元主要是实现密集数据流的信号处理和复杂控制算法，包括数字图像处理算法的实现，双闭环运动控制的实现，通用多传感器信息采集等，这些都可以利用可编程逻辑单元的并行处理结构实现实时处理，具体结构如下图3.3所示。
图 3.3 PL端系统处理框架图
3.3具体设计效果
本项目利用基于Xilinx Zynq-7000系列处理器的ZED开发系统，完成一种混合实时移动机器人平台的设计，预计设计效果如下：
(1)数字图像处理实现
数字图像处理技术分为两大类应用，一类是为了方便人们进行分析而对图像信息进行的改进，另一类是为了应用于机器自动控制而对图像数据进行的处理。在本项目中，主要也是分为两部分，一部分是对于视觉传感器的信号采集以及实时显示，另一部分则是针对特殊应用的有效信息提取，例如特定物品的识别，循迹路线的提取等。具体在ZED平台上的实现架构如下图3.4所示，密集数据流的数字图像处理算法交由PL端完成，充分利用其并行处理特性，加速算法的实现，图像的实时显示以及高层复杂控制算法则交由PS端完成，最终可以完成一定的循迹功能，实时图像回显，特殊物品识别等功能。
图 3.4 数字图像处理系统
(2) 运动控制算法的实现
实际的小型移动机器人平台中，一般供电电源系统都是使用充电电池，在电机猛烈加减速的过程中，电池电压势必降低，如果电池电压波动太大，必然影响数字系统的稳定性。因此为了实现直流电机转速和转矩的精确控制，需要在运动控制系统中引入速度负反馈控制环和电流负反馈控制环，实现小型移动机器人平台上的双闭环控制系统，具体架构如下图所示。 器件\对象数据平面层M
速度环调节器PWM 、Inverter 转速传感器
+
-转矩传感器
n n*电流环调节器+-图 3.5 电机速度环、电流环双闭环控制框图
使用FPGA 实现运动控制系统有着相当大的优势，因为使用PI 或者PID 调节器实现对电机的速度闭环或者速度、电流双闭环计算有着相对固定的计算格
式，并且逻辑判断相对较少，同时运动控制系统使用速度、电流双闭环控制时对计算速度要求高，所以在应用ZED平台进行实际设计时，运动控制这一部分（PWM模块，PID控制器，编码器正交解码，AD芯片的SPI接口）主要是放在PL中进行实现。
(3)多传感器信息融合，组件化设计
由于机器对环境的不可知性，移动机器人要完成一定的任务则需要借助传感器感知周围环境信息。传感器根据功能的不同分为多种类别，例如视觉传感器、声传感器、加速度传感器、湿度传感器等，进行移动机器人系统设计时，则是根据当前需求进行选取相应的传感器。当然，要求实现复杂功能时就需要选择多种传感器进行协同设计，这时就涉及到了通过一定智能算法实现多传感器信息的融合，从而获取有效信息。本项目中前期主要是考虑通过数字摄像头，陀螺仪，超声波测距传感器等感知周围环境信息，通过一定算法得到移动机器人以及周边特定物体的位置信息，进而完成一定的控制功能。
硬件上的设计则充分利用可编程逻辑单元的特性，考虑组件化设计，对多种常用传感器进行接口上的归类统一，这样的设计更显平台化，通用性，在日后特定的应用场合需要特定的传感器时，可以直接更换，无需考虑硬件上的设计，这也为后期项目进行功能上的扩展提供了方便。这种模式就跟市面上的乐高机器人是一样的效果，多种传感器可随意更换。
(4)分布式网络控制
分布式网络结构主要由处于分布式框架ROS中的多个节点通过wifi无线网络互连而成。每一个移动机器人作为独立的节点，具有固定的IP地址，在自身高性能扩展层和终端控制节点的Linux系统中装有ROS节点控制程序。多移动机器人根据节点控制程序的信息，通过ROS通信模块实现P2P的松耦合网络连接，不仅可以使每个机器人单独运行，也可以使多机器人协同操作。
作为终端节点的智能手机、平板电脑、PC机，也可以作为分布式节点通过无线网络加入系统，实时显示机器人的状态信息，或者向机器人发送操作指令。另外，终端节点通过无线网络或者USB直接连接到机器人的高性能扩展层，可以利用节点的传感器和处理器，构成分布式传感器和处理器阵列，大大提高移动
机器人实训室 计划选购如下： 1、21自由度仿人形智能机器人 一、产品概述 “21自由度仿人形智能机器人”提供了一个机器人教学的实训平台，以仿生运动学为基础，融合造型、机械、电子、传感器、计算机软件硬件和人工智能等技术，可进行仿生机器人的行为控制实训、机器人结构实训、机器人步态规划实训等多种实训项目；同时是机器人竞赛的理想比赛教学产品。 该产品采用关节式结构，共有21个自由度。配合PC上位机软件，可以对头、臂、腰、腿等各个关节进行精确定位，可形成连续的运动，做出各种复杂的动作，可以实现前进、后退、拐弯、摇头、舞蹈等多种动作。在此基础上配备相应的传感器，还可以使其具有一定的智能检测和判断：可以检测光强、声音、温度等环境参数，也可以通过红外开关实现避障、通过倾覆传感器判断是否跌倒或者安装其它传感器实现其它不同的功能。 控制器采用ATMEGA128微处理器，具有26路舵机接口，1个串口，7路模拟输入接口，10路数字I/O口及8路拨码开关。 二、产品特点 1.采用大扭矩数字舵机，双输出轴，具有速度快，定位准等特点 2.具有RS232/USB接口的上位机控制软件，可实现机器人的动作设计和复杂运动的实时控制 3.学生可自主编程，进行下位机程序开发 4.支持无线电台收发功能 5.提供电池供电，可脱离电源线的限制 三、产品组成 1.21自由度铝合金材料的机器人 2.处理多路舵机和传感器信号的控制器 3.具有RS232/USB接口的上位机控制软件 4.传感器模块包括声音传感器、光电传感器、倾覆传感器、温度传感器 5.其它传感器：红外测距传感器、碰撞传感器、霍尔传感器、湿度传感器、超声波传感器（选 配） 6.无线控制模块组件（选配） 7.无线遥控器组件（选配） 8.产品说明书、配件
《机器人技术及应用》综合 习题 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
《机器人技术及应用》综合习题 一、判断 1.机器人是在科研或工业生产中用来代替人工作的机械装置。（对） 2. 19世纪60年代和20世纪70年代是机器人发展最快、最好的时期，这期间的各项研究发明有效地推动了机器人技术的发展和推广。（错） 3. 对于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。（对） 4. 所谓特种机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。（错） 5. 机器人机械本体结构的动作是依靠关节机器人的关节驱动，而大多数机器人是基于开环控制原理进行的。（错） 6. 机器人各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出，由主计算机根据示教点参考坐标的空间位置、方位及速度，通过运动学逆运算把数据转变为关节的指令值。（对） 7. 为了与周边系统及相应操作进行联系与应答，机器人还应有各种通信接口和人机通信装置。（对） 8. 轮式机器人对于沟壑、台阶等障碍的通过能力较高。（错） 9. 为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。（对） 10. 履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地形具有很强的适应能力。（对） 11. 腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。（对） 12. 机器人定义的标准是统一的，不同国家、不同领域的学者给出的机器人定义都是相同的。（错） 13. 球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。（对） 14. 可编程机器人可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作，目前在工业界已不再应用。（错） 15. 感知机器人，即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的“感知”能力。（对） 16. 第三阶段机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制，它可以把感知和行动智能化结合起来，称之为智能机器人。（对） 17. 工业机器人的最早研究可追溯到第一次大战后不久。（错） 18. 20世纪50年代中期，机械手中的液压装置被机械耦合所取代，如通用电气公司的“巧手人”机器人。（错）
机器人实验室建设方案 果 刘 小 学
1、机器人实验室建设的目标与意义 近年来，学生能力的培养已成为备受关注的问题，培养学生能力是实施素质教育的关键组成部分，是当前时代发展和教育发展的迫切要求。培养学生动手、动脑能力一直是老师、家长关注的热点。机器人教学是培养学生动手、动脑能力的有效途径。亿学通教学机器人采用电子积木设计理念，为学生创设了一个好的动手的实践平台。机器人的搭建不拘一格，按 照不同的思路可以很容易的搭建创造出各种各样完成不同功能的机器人或智能化的作品。 在不断的动脑做的过程中，学生也不断的提高自己的动手能力。亿学通教学机器人套件中含有众多传感器、电子模组，如光电传感器，声音传感器，气体传感器，温度传感器等等，他们的灵敏度和感应范围甚至超越了人的感知界限，例如电子指南针，红外传感器等。这些传感器的功能强大，完成各种任务少不了他们，对学生非常有吸引力的，在实践中学生都要积极思考，怎样应用这些先进技术，才能更好完成任务，这位动脑思考搭建了好的科学平台，给学生提供了丰富的想象和创造空间。机器人活动培养了学生的动手动脑能力，这些能力的提升使得学生的想法成为了显示，使得他们的个性得到了发挥。在动手、动脑实践中，还培养了学生的主动创新的精神，通过创新思维学生们提升了创造的能力。 机器人搭建组装、编写程序、调试是一个复杂的过程，需要多人分工合作。在这个过程中每个人有不同的想法，同伴间会不断发生思维的交锋，当意见不一致的时候，小组的同学就要与同伴进行有效的沟通，发表自己的观点，争得同伴的认可，达成共识，完成任务。特别是在参加机器人比赛的时候，学生不能和老师进行交谈，完全有学生独立解决现场发生的问题，并完成预定的比赛任务。所以机器人活动不是一个人的任务，而是一个小组、一个团队的共同任务，要把众人的优点集中起来，发挥集体的优势，学生在共同创作中学会相互协作，懂得互相配合的重要性，在合作中加深了同学间的感情，懂得了善待他人、共同奋斗的团队精神。而我们的学生正是在这种精神鼓舞下，互相启发、互相鼓励，创造了一个又一个的奇迹。 2、在《信息技术课》教学领域的开展 为了进行机器人教育实验，学校可采用自愿报名与挑选相结合的方式，分批选拔学生作为机器人小组的研究成员，利用节假日或晚自习的时间进行教学和研究。坚持以学生为主体的设计理念，以启迪学生的创造性思维、培养学生动手能力、计算机编程能力、合作能力为总体目标，由指导教师带领学生以研究性学习的方式开展机器人项目的教学与研究，积极的把开放性教学思想渗透到实际教学中，努力激发学生自身的兴趣和潜在的创造性意识。通过不断地研究不断地实践以及不断地创作，学生的学习兴趣、创新能力、动手能力及编程能力 等方面都有明显的提高。 科学的将高新技术引入到教学环节中，不仅可以使许多原本枯燥乏味的课程变得形象有趣，同时也使教学内容能够跟上时代的飞速发展。在机器人的教学实验中，我们的做法是分三步走：
工业机器人技术专业实训室建设方案该工业机器人实训体系建设方案是根据目前工业机器人建设的最新要求， 吸收国内外同类建设方案优点，充分考虑学校区域工业机器人发展特点和区域人才培养的需求，并结合工业机器人教学的特点精心构建而成。 该建设方案集成多种实验实训系统，提供了众多实验例程与典型应用，便 于学生、老师熟悉和掌握工业机器人的实际应用。 为符合学校物工业机人专业的建设目标和要求，实训室方案的丰富建设经 验与优势、以及专业的定制化服务能力，根据学校的需求，特此设计提出了一个以院校专业学科建设为宗旨的工业机器人应用实训室综合解决方案，方案包含工业机器人的基础实训室建设和工业机器人典型应用实训室建设。
2 实训体系配置及预算 注：本配置表是按照专业建设最全面的设备来配置，仅供参考，我司会根据合作院校的具体需求来定制化配置或调整。 述特色化专业课程体系完整配套），具体建议如下：（此配置暂以30人/班配置） 工业机器人综合实验室实训服务体系报价表 序号实训体系服务项目名称 数 量 单 位 单价（元）总价（元）备注 一、工业机器人基础知识实训体系 1 机器人认知实训室30 台￥14,100.0￥423,000.0 2 工业机器人仿真实训室15 台￥55,000.0￥825,000.0 3 工业机器人编程与调试实训室 5 台￥275,000.0￥1,375,000.0 二、工业机器人工程应用技术实训体系 4 工业机器人装配应用工作站 2 台￥328,000.0￥656,000.0 5 工业机器人焊接应用工作站 2 台￥314,000.0￥628,000.0 6 工业机器人分拣应用工作站 2 台￥442,000.0￥884,000.0 7 工业机器人搬运应用工作站 2 台￥276,000.0￥552,000.0 8 工业机器人机床上下料工作站 2 台￥321,000.0￥642,000.0 合计金额￥5,985,000.0 注：本表方案是按照专业建设最全面的设备来配置，仅供参考。我司会根据具体的需求来定制化配置。
乐高教育探究实验室配置方案 及课程介绍 乐高教育的理念 多年来，中国的教育界一直以加强学生素质教育为核心，探索和实践着教育改革的方向和途径。全国基础教育工作会议的召开，对全面推进素质教育提出了十分明确的要求，课程教材改革在推进素质教育、培养21 世纪技能的重要作用已经成为全国上下的共识。 我们引入了以乐高教育为主的教育解决方案，它是长期以来与世界各国教育界密切合作，不断探究和开发出最先进的教育方案，并在25 年的教学实践中获得成功应用，受到世界各国教育界的广泛接受和推崇。乐高教育在世界各地教育界的应用中已逐步形成了自身的、符合这些教育理念的可持续发展的优秀平台。 我们提供的教育解决方案确保学生获得快乐和有效的学习。教师在教学过程中将“指导”和“建构”的理念相互结合，这将帮助教师在学生以团队为单位来共同解决问题的课堂上，扮演顾问型的指导者，而不是灌输者。
乐高教育的应用 随着素质教育的推进和新课程新教材的改革，在各个学科的教学中对学生动手操作、动手实验的要求越来越多，因此除了常见的物理实验室、化学实验室、生物实验室，各个学校还建立了很多新课程的实验室，例如科学（自然）实验室、信息技术实验室、劳技实验室、通用技术实验室、探究实验室。 这些新课程的实验室由于建设时间较短，并没有形成统一的标准，实验室的设备配置区别很大。乐高教育平台可以很好的在这些课程上使用，而且如果在这些实验室里都有乐高设备，那么教师在教学的时候，学生在学习的时候就会非常的方便。 乐高探究实验室所涉及课程包含有：机械基础，动力机械，机械工程，机器人等。 机器人教育的目的 学生借助乐高机器人的平台，在老师的知道下，开展丰富多彩的机器人活动， 通过活动提高学生对科技活动及知识的兴趣，培养学生动手能力、创新能力； 提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力；充分体会“做中学，玩中 学”的无穷乐趣。建立机器人活动室，不仅满足课堂教学的需求，还能开展 第二课堂活动，建立科技兴趣小组，丰富学生的课外活动，还可以参加到全 国青少年机器人竞赛和全国电脑制作大赛中去。满足学生的同事也能给科技 老师不断发现新的问题提供自身的发展的机会，参加到全国的比赛及交流中 提高教师自身的素质。 （1）、通过创新实验室学习，对中小学生进行计算机编程、工程设计、动手制作与技术构建等知识的教学，培养他们动脑动手和独立思考、解决问题的技能，不断发展青少年的观察力、想象力和创新能力。 （2）、通过创新实验室活动，不断丰富完善学校创新科技教育内涵；同时也在创新这个更广阔的平台上，提升学校的教育品质和规模，形成良好的社会效益。 （3）、通过创新实验室活动，组建各类科技代表队，参加省级、国家级乃至国际中小学生机器人竞赛活动；同时还参与相关的国内外交流学习活动，开拓学生视野。 （4）、在开展创新实验室培训活动的同时，也面向在校科技教师进行相关业务培训，不断提高科技辅导教师的理论水平和实践能力。 （5）、在开展创新实验室培训活动的基础上，不断推出最新的教学内容、手段和器材，开发具有学校特色的校本课程。
《机器人技术及应用》综合习题 一、判断 1.机器人是在科研或工业生产中用来代替人工作的机械装置。（对） 2. 19世纪60年代和20世纪70年代是机器人发展最快、最好的时期，这期间的各项研究发明有效地推动了机器人技术的发展和推广。（错） 3. 对于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。（对） 4. 所谓特种机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。（错） 5. 机器人机械本体结构的动作是依靠关节机器人的关节驱动，而大多数机器人是基于开环控制原理进行的。（错） 6. 机器人各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出，由主计算机根据示教点参考坐标的空间位置、方位及速度，通过运动学逆运算把数据转变为关节的指令值。（对） 7. 为了与周边系统及相应操作进行联系与应答，机器人还应有各种通信接口和人机通信装置。（对） 8. 轮式机器人对于沟壑、台阶等障碍的通过能力较高。（错） 9. 为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。（对） 10. 履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地形具有很强的适应能力。（对） 11. 腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。（对） 12. 机器人定义的标准是统一的，不同国家、不同领域的学者给出的机器人定义都是相同的。（错） 13. 球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。（对） 14. 可编程机器人可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作，目前在工业界已不再应用。（错） 15. 感知机器人，即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的“感知”能力。（对） 16. 第三阶段机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制，它可以把感知和行动智能化结合起来，称之为智能机器人。（对） 17. 工业机器人的最早研究可追溯到第一次大战后不久。（错） 18. 20世纪50年代中期，机械手中的液压装置被机械耦合所取代，如通用电气公司的“巧手人”机器人。（错） 19. 一般认为Unimate和Versatran机器人是世界上最早的工业机器人。（对） 20. 1979年Unimation公司推出了PUMA系列工业机器人，它是全电动驱动、关节式结构、多中央处理器二级微机控制，可配置视觉感受器、具有触觉的力感受器，是技术较为先进的机器人。（对） 1. 刚体的自由度是指刚体具有独立运动的数目。（对） 2. 机构自由度只取决于活动的构件数目。（错） 3. 活动构件的自由度总数减去运动副引入的约束总数就是该机构的自由度。（对） 4. 机器人运动方程的正运动学是给定机器人几何参数和关节变量，求末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态。（对） 5. 机器人运动方程的逆运动学是给定机器人连杆几何参数和末端执行器相对于参考坐标系的位姿，求机器人实现此位姿的关节变量。（对） 6. 机械臂是由一系列通过关节连接起来的连杆构成。（对） 7. 对于机械臂的设计方法主要包括为2点，即机构部分的设计和内部传感器与外部传感器的设计。（错） 8. 球面坐标型机械臂主要由一个旋转关节和一个移动关节构成，旋转关节与基座相连，移动关节与末端执行器连接。（对） 9. 为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。（对） 10. 履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地形具有很强的适应能力。（对） 11. 腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。（对） 12. 刚体在空间中只有4个独立运动。（错） 13. 球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。（对） 14. 在机构中，每一构件都以一定的方式与其他构件相互连接，这种由两个构件直接接触的可动连接称为运动副。（错） 15. 运动副可以根据其引入约束的数目进行分类，引入一个约束的运动副称为二级副。（错） 16.通过面接触而构成的运动副，称为低副；通过点或线接触而构成的运动副称为高副。（对） 17. 两个构件之间只做相对转动的运动副称为移动副。（错） 18. 构成运动副的两个构件之间的相对运动若是平面运动则称为平面运动副，若为空间运动则称为空间运动副。（对） 19. 在平面机构中，每个构件只有3个自由度。每个平面低副（转动副和移动副）提供1个约束，每个平面高副提供2
科技活动创新实验室建设方案 一、指导思想 为贯彻落实《全民科学素质行动计划纲要》和《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010－2020）》精神，以及响应“双高双普”部室建设的要求，进一步提高学校科学创新活动水平，为我校学生提供经常性、便捷的校内科普活动场所，加强对学生的创新意识和实践能力的培养，丰富学生的课外活动生活。根据陕电教[2016] 4号文件的有关精神，现向学校建议在我校开展“科技活动创新实验室”创建活动。 二、主要目标 学校科技活动创新实验室将以推动学校科技教育的发展，培养学生的创新意识和实践动手能力，广泛开展多种形式的科技教育活动，丰富学生的课余生活，提高学生的科学素养为主要目标。建立具有相关活动设备、器材和工具，以本校科技兴趣小组学生为主要对象参与实验和实践活动为主要活动形式，争取面向学校全体学生辐射，以开展科普教育和科普活动，同时也将做为学校对学生进行思想道德教育的一个有效阵地，为建设和谐校园和谐社区发挥应有的功能。 三、创建设想 根据我校实际情况，初步建议从两个方面进行建设。 1、创建机器人活动工作室，开展电脑机器人教学活动。 未来的世界是机器人的时代，机器人会作为普通的一员走进我们的生活。近年来全国各个学校都已经开始在学校建立了电脑机器人工作室，而我省的中小学机器人竞赛项目已开展了十六届了，我校由于设备缺乏，
一直没有参赛，电脑机器人活动明显落伍。根据目前的形势以及“双高双普”的部室建设要求，建立机器人活动室迫在眉睫。 需要配置：教育机器人控制器5套，教育机器套件5套，机器人备件5套，台式电脑5台，手提电脑两台，桌椅，电源以及其它工具。 预计经费：15万。 2、创建一间创客空间实验室，拓展学生科技活动空间。 “创客”一词来源于英文单词“Maker”，是指出于兴趣与爱好，努力把创意转变为现实的人及群体。创客空间是一个有加工车间，工作室功能的开放的实验室，创客们可以在创客空间里共享资源和知识，来实现他们的想法。2012年美国政府计划用四年时间在1000所中小学引入创客空间，并配备开源软硬件，3D打印机和激光切割机等创客工具。在国内，北京、上海、广州、深圳和温州等地在创客教育方面的起步较早。2014年11月29日，清华大学举行“清华创客日”活动并决定将每年11月的最后一个周六定为“清华创客日”。2015年4月24日，由清华众创空间i.Center 牵头，全国60余所高校、10余家企业共同发起成立创客教育基地联盟。2015年5月18日，由中国教育报发起的中国青少年创客教育联盟在温州实验中学举行成立大会，北京景山学校、北师大附属实验中学等全国35所名校成为创始学校，创客教育日渐兴起，创客运动正在创造一种教育文化，鼓励学生参与其中针对现实世界的问题探索创造性的解决方案。李克强总理曾说过：“创客是中国经济未来增长的不熄引擎”，“全民创新，万众创业”。 因此，在我校率先创立创客空间工作室非常有必要，可以激发学生
xxx 有限公司 工业机器人专业实训室建设方案 文件编号： 受控状态： 分发号： 修订次数：第 1.0 次更改 持有者： 批准审核制定
该工业机器人实训体系建设方案是根据目前工业机器人建设的最新要求，吸收国内外同类建设方案优点，充分考虑学校区域工业机器人发展特点和区域人才培养的需 求，并结合工业机器人教学的特点精心构建而成。 该建设方案集成多种实验实训系统，提供了众多实验例程与典型应用，便于学生、 老师熟悉和掌握工业机器人的实际应用。 为符合学校物工业机人专业的建设目标和要求，实训室方案的丰富建设经验与优 势、以及专业的定制化服务能力，根据学校的需求，特此设计提出了一个以院校专业 学科建设为宗旨的工业机器人应用实训室综合解决方案，方案包含工业机器人的基础 实训室建设和工业机器人典型应用实训室建设。
体需求来定制化配置或调整。 述特色化专业课程体系完整配套），具体建议如下：（此配置暂以30 人/ 班配置） 工业机器人综合实验室实训服务体系报价表 序号实训体系服务项目名称 数 量 单 位 单价（元）总价（元）备注 一、工业机器人基础知识实训体系 1 机器人认知实训室30 台￥14, ￥423, 2 工业机器人仿真实训室15 台￥55, ￥825, 3 工业机器人编程与调试实训室 5 台￥275, ￥1,375, 二、工业机器人工程应用技术实训体系 4 工业机器人装配应用工作站 2 台￥328, ￥656, 5 工业机器人焊接应用工作站 2 台￥314, ￥628, 6 工业机器人分拣应用工作站 2 台￥442, ￥884, 7 工业机器人搬运应用工作站 2 台￥276, ￥552, 8 工业机器人机床上下料工作站 2 台￥321, ￥642, 合计金额￥5,985,注：本表方案是按照专业建设最全面的设备来配置，仅供参考。我司会根据具体的需求来定制 化配置。
《工业机器人技术与应用》试卷（A ） 一、填空（每空1分，共30分） 1．按照机器人的技术发展水平，可以将工业机器人分为三代 ___ _ ___ 机器 人、 ____ __ _ 机器人和 ___ ____ 机器人。 2．机器人行业所说的四巨头是__________ 、 __________ 、 __________ 、__________。 3．机器人常用的驱动方式主要有_____ _ ____、 ____ __和______ ____ 三种基本类型。 4．一般来说，机器人运动轴按其功能可划分为 __ ____ 、 _ 和工装轴，________ 和工装轴统称 _______。 5．从结构形式上看，搬运机器人可分为 __________ 、 __________ 、 __________ 、 __________ 和关节式搬运机器人。 6．码垛机器人工作站按进出物料方式可分为 __ ___ 、 _____ __ 、___ __ __ 和四进四出等形式。 7．装配机器人常见的末端执行器主要有__ ___ 、 _____ __ 、___ __ __ 和 。 8．弧焊系统是完成弧焊作业的核心装备，主要由 、送丝机、 和气瓶等组成。 9．目前工业生产应用中较为普遍的涂装机器人按照手腕构型分主要有两种： 涂装机器人和 涂装机器人，其中 手腕机器人更适合用于涂装作业。 二、判断（每题2分，共20分） （ ）1．涂装机器人的工具中心点（ TCP ）通常设在喷枪的末端中心处。 （ ）2．一个完整的点焊机器人系统由操作机、控制系统和点焊焊接系统几部分组 成。 （ ）3. 工业机器人是一种能自动控制，可重复编程，多功能、多自由度的操作机。 （ ）4．工业机器人的腕部传动多采用 RV 减速器，臂部则采用谐波减速器。 （ ）5．在直角坐标系下，机器人各轴可实现单独正向或反向运动。 （ ）6．当机器人发生故障需要进入安全围栏进行维修时，需要在安全围栏外配备 安全监督人员以便在机器人异常运转时能够迅速按下紧急停止按钮。 （ ）7．示教时，为爱护示教器，最好戴上手套。 （ ）8．机器人示教时，对于有规律的轨迹，原则上仅需示教几个关键点。 （ ）9．离线编程是工业机器人目前普遍采用的编程方式。 （ ）10．根据车间场地面积，在有利于提高生产节拍的前提下，搬运机器 人工作站可采用 L 型、环状、“品”字、“一”字等布局。 三、选择（每题2分，共20分） 1．通常所说的焊接机器人主要指的是（ ）。 ①点焊机器人；②弧焊机器人；③等离子焊接机器人；④激光焊接机器人 A. ①② B. ①②④ C. ①③ D. ①②③④ 2．工业机器人一般具有的基本特征是（ ）。 ①拟人性；②特定的机械机构；③不同程度的智能；④独立性；⑤通用性 A. ①②③④ B. ①②③⑤ C. ①③④⑤ D. ②③④⑤ 3．按基本动作机构，工业机器人通常可分为（ ）。 ①直角坐标机器人；②柱面坐标机器人；③球面坐标机器人；④关节型机器人 A. ①② B. ①②③ C. ①③ D. ①②③④ 4．操作机是工业机器人的机械主体，是用于完成各种作业的执行机构。它主要哪由几部分组成（ ） ①机械臂；②驱动装置；③传动单元；④内部传感器 A. ①② B. ①②③ C. ①③ D. ①②③④ 5．工业机器人常见的坐标系有（ ）。 ①关节坐标系；②直角坐标系；③工具坐标系；④用户坐标系 A. ①② B. ①②③ C. ①③④ D. ①②③④ 6．对工业机器人进行作业编程，主要内容包含（ ）。 ①运动轨迹；②作业条件；③作业顺序；④插补方式 A. ①② B. ①②③ C. ①③ D. ①②③④ 7．依据压力差不同，可将气吸附分为（ ）。 ①真空吸盘吸附 ②气流负压气吸附 ③挤压排气负压气吸附 A. ①② B. ①③ C. ②③ D. ①②③ 8．搬运机器人作业编程主要是完成（ ）的示教。 ①运动轨迹 ②作业条件 ③作业顺序 A. ①② B. ①③ C. ②③ D. ①②③ 9．涂装条件的设定一般包括（ ）。 ①涂装流量；②雾化气压；③喷幅（调扇幅）气压；④静电电压；⑤颜色设置表 A. ①②⑤ B. ①②③⑤ C. ①③ D. ①②③④⑤ 班级 姓名 学号 ---------------------------------------------密-------------------------------------封---------------------------------线----------------------------------------- -封
机器人技术实验室建设方案 一、机器人技术发展历史与现状 机器人技术是多学科交叉与综合的高技术，对国民经济和国家安全具有重要的战略意义。目前全球面临一个技术变革的时代，无论美国的制造业复兴计划还是欧盟的工业4.0战略，机器人都是其中的重要内容。 机器人产业被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，发展机器人产业已成为世界各国抢占未来经济科技制高点的国家战略。随着工业产业的转型升级，工业机器人的应用呈逐年快速增长态势。根据国际机器人联合会(IFR)的数据，2011年是工业机器人产业自1961年以来最蓬勃发展的一年，全球市场同比增长37%。而中国市场则成为增幅最大的市场这一年，中国工业机器人销售量达22577台，较2010年实现了50.7%的增长。德国KUKA机器人、日本川崎机器人等世界500强的机器人制造公司，近年来也将市场重点转到了中国，ABB公司甚至把自己的全球总部设在了中国。 中国在2014年已经成为全球最大的工业机器人消费国，预计2015年，中国工业机器人市场需求量将达到62400台，占全球总量的30%，居全球之首。未来10年内中国机器人市场还将至少保持30%以上的高速增长。工业机器人“中国制造2025”也被称为中国版的工业 4.0规划，工业机器人的使用是实现中国制造转型升级的强力技术手段。 二、机器人技术实验室建设的重要性 1、制造业升级的重要性 长期以来，由于我国人口众多、劳动力价格低廉、生产技术水平又相对落后，工业机器人的应用受到了很大限制。但是，随着工业机器人价格的不断降低和性能的不断提高，劳动力成本不断上升，尤其是汽车业的快速发展，我国工业机器人应用情况正在发生质的变化。制造企业不再最求劳动力的廉价，而是努力获得高精高效的生产方式与管理手段。 同时劳动力成本的不断提高促使工业机器人不断进入企业。随着经济的发展，制造业工人从早期的仅解决温饱问题到现在对薪资和工作条件提出更高要求，像焊接、喷涂等恶劣工作条件的岗位将会被机器人所代替，制造业巨头“富士康”提出百万机器人上岗目标的政策和德国库卡在上海基地的产量占全球的1/3充分说明了这点。 与此同时，国家对与蓬勃发展的自动化产业配套的高技能人才的需求也逐渐增加，其中工业机器人的应用与维护技能人才的需求尤为突出，重复性简单、人口密集型的劳动逐步将被淘
***市实验高中 机 器 人 实 验 室 筹 建 与 发 展 方 案 2015年3月
目录 一、意义 (3) 二、指导思想 (3) 三、目标规划 (3) 四、初期重点工作 (5) (一)组织机构建设 (5) (二)组织教师培训 (5) (三)加强队组活动，开展相关活动 (6) (四)校本机器人教材开发 (6) (五)监测评价 (6) 五、保障措施 (7) 附件1：机器人实验室建设方案 (8) 附件2：机器人课程开课方案 (14) 附件3：机器人课程授课方案 (17)
一、意义 中小学机器人教育与实践活动，是落实新课标要求，开展素质教育的一项崭新的内容。教育部从二○○三年起，把中小学机器人比赛纳入全国中小学电脑制作活动，同时普通高中新课程已将人工智能技术及简易机器人制作列入选修内容。目前，发达国家已把机器人教学实践活动作为中小学信息技术的必修课。在我国的上海、广东等发达地区，已开展了中小学机器人教育教学的试点工作，并取得了一定的实践经验。鉴于此,我校也应当开展中小学机器人教育教学工作。为此，我们仍有很多大量的工作要做。 二、指导思想 丰富中小学学生生活；激发创新精神；培养实践能力，大力推进学生素质教育。 三、目标规划 1、总体建设目标 通过开展机器人搭建、编程、创意等实践活动，开发学生的创新思维，培养和提高学生的动手实践能力；探索中小学机器人课程建设的规律和方法；加快我校中小学校机器人实验室建设；提高我校中小学机器人硬件开发水平和软件研发能力。
提高学校信息化教育水平，普及机器人基础知识，培养学生的信息素养、创新精神及实践能力，培养机器人后备人才，为实施“科教兴国、人才强国”战略奠定扎实基础。利用一至三年时间，建设健全的我校机器人实验室。 2、具体实施目标 （1）筹措资金，利用3-4个月的时间，分步骤有计划地建设符合学校发展实际的多功能机器人技术实验室（建设方案详见附件1）。 （2）在建设机器人实验室的基础之上，培养和培训机器人教学的师资力量，利用各种资源建立起我校机器人教学的师资队伍。如参观周边学校具有机器人教学实践经验的学校吸取他们的有效经验（外派学习）。与机器人实验室建设同步实施。 （3）利用1个月左右时间，建全实验室的软硬件配置，使之达到开设机器人课程的标准，并准备开课。 （4）在各项准备工作完成后，有计划有选择的逐步开设我校机器人课程（具体实施方案详见附件2）。时间初步定为2013-2014年第一学期。 （5）教学的同时，关注省、市、自治区的各类有关机器人的比赛，并根据实际教学情况有选择的参加比赛，争取为我校取得好的成绩和荣誉。
大学 机 器 人 技 术 及 应 用 结 课 论 文
智能引领未来 摘要： 智能引领未来，机器人能力将远胜人类，这不是梦想；未来的机器人也能自主的学习和思考，工作能力将远远超过人类，能承担大量人类所不能及的工作，进一步推动智能科学的发展，促进社会的进步，促进经济的高速增长，而实现智能化必须依靠强有力的硬件系统，就机器人而言，其身上集成了多种处理器、存储器与大量的传感器，设想，当这些器件不断地走向高端化、微型化、进一步集成化，那么机器人的处理速度将进一步提高，质量与体积将大大减小，机器人将越来越”聪明“。 关键词： 机器人、智能、硬件系统、高端化、集成化、微型化、聪明。 引言： 现在的机器人与人类比较起来，机器人不能自主学习与自主思考，缺乏情感，必须需要接收人的命令才能执行相关命令，或者事先就把各种命令存储到机器人的大脑中，有需要的时候就执行命令。随着集成电路的飞速发展，处理器、存储器、传感器等电子元件的高端化、微型化、集成化，机器人的处理速度将大大提高，质量与体积将大大减轻，机器人会变得越来越”聪明“。 集成电路前景优越 芯片即集成电路产业是国民经济和社会发展的战略性、基础性、先导性产业，在计算机、消费类电子、网络通信、汽车电子等几大领域起着关键作用，是全球主要国家或地区抢占的战略制高点，尤其是发达国家在这一领域投入了大量创新资源，竞争日趋激烈。 随着技术的不断进步，新的元件结构和材料上的变革都将对机器人的发展战略起到决定作用。在晶圆代工产业，14nm/16nm的FinFET器件已取得了一定的发展。拥有较低泄漏率和更高速度的低功率晶体管备受瞩目。3DNAND使平面NAND 降到20nm以下，创造出外形更小巧、位密度更高的产品。 为了改进3D设备的性能，未来的逻辑芯片和晶圆代工设备的解决方案需要采用选择性外延与高k金属栅电极材料加工工艺，以提高晶体管的速度，降低泄漏率。低功耗、高性能的晶体管则能丰富移动设备的功能，同时延长电池寿命, 3DNAND需要HAR蚀刻、阶梯绘图、多层堆叠沉积和高选择性硬模等技术的支持，从而在小巧的外形空间内实现高密度存储，这对智能化设备，如对机器人来说简直就是如虎添翼啊！ 随着LED产业发展越来越趋于健康和理性，LED领域设备需求也更多来自于新工艺、新技术的驱动，而非简单生产规模的扩张，比如倒装芯片与高压芯片被认为是目前最具有发展前景的LED芯片技术，而这两种技术也带动了深槽刻蚀设备和金属反射层镀膜设备等新设备、新工艺的需求。除此之外，还有AlN镀膜设备、高亮度红黄光芯片刻蚀设备等设备的需求。 集成电路引导未来生活 一张0.5毫米厚的世博会门票，其“真实面目”是个集成电路产品。门票里装了RFID芯片，当门票靠近读卡机时，门票上的线圈会感应出电流，电流便驱
《工业机器人技术与应用》试卷 （A ） 一、填空（每空1分，共30分） 1．按照机器人的技术发展水平，可以将工业机器人分为三代 ___ _ ___ 机器 人、 ____ __ _ 机器人和 ___ ____ 机器人。 2．机器人行业所说的四巨头是__________ 、 __________ 、 __________ 、__________。 3．机器人常用的驱动方式主要有_____ _ ____、 ____ __和______ ____ 三种基本类型。 4．一般来说，机器人运动轴按其功能 可划分为 __ ____ 、 _ 和工装轴，________ 和工装轴统称 _______。 5．从结构形式上看，搬运机器人可分为 __________ 、 __________ 、 __________ 、 __________ 和关节式搬运机器人。 6．码垛机器人工作站按进出物料方式可 分为 __ ___ 、 _____ __ 、___ __ __ 和四进四出等形 式。 7．装配机器人常见的末端执行器主要有__ ___ 、 _____ __ 、___ __ __ 和 。 8．弧焊系统是完成弧焊作业的核心装 备，主要由 、送丝机、 和气瓶等组成。 9．目前工业生产应用中较为普遍的涂装 机器人按照手腕构型分主要有两种： 涂 装 机 器 人 和 涂装机器人，其中 手腕机器人更适合用于涂装作业。 二、判断（每题2分，共20分） （ ）1．涂装机器人的工具中心点 （ TCP ）通常设在喷枪的末端中心处。 （ ）2．一个完整的点焊机器人系统 由操作机、控制系统和点焊焊接系统几部分组成。 （ ）3. 工业机器人是一种能自动控制，可重复编程，多功能、多自由度的操作机。 （ ）4．工业机器人的腕部传动多采 用 RV 减速器，臂部则采用谐波减速器。 班级 姓名 学号
2018年江苏省高等职业院校技能大赛 “工业机器人技术应用”赛项竞赛规程 一、赛项名称 工业机器人技术应用 二、竞赛目的 赛项以“中国制造2025”规划为背景，针对装备制造业转型升级对岗位技能提升的要求，引导职业院校关注行业在“工业机器人技术应用”方面的发展趋势及新技术的应用，促进工学结合人才培养模式和课程的改革与创新。通过技能大赛,展示参赛选手维护、调试、操控机器人的技能，检阅参赛队组织管理、团队协作、工作效率、质量与成本控制、安全意识等职业素养，提升高职院校专业教师的指导水平，以赛促教，为工业机器人及系统在企业中的应用提供人才保障。 三、竞赛方式 竞赛为团体赛。每支参赛队最多由6人组成，其中领队1人（可由指导教师兼任），参赛选手3人（其中队长1人），指导教师2人。 四、竞赛内容 参赛选手在规定时间（4小时30分钟）内，以现场操作的方式，根据赛场提供的有关资料和赛项任务书，完成基本赛项任务及综合赛项任务。 基本赛项任务： 1.生产线空间位置调整、传感器安装及基本功能调试。 2.六关节机器人手爪的安装及手爪控制设备的安装调试。 3.六关节机器人参数设定、标定、现场示教编程及复现；六关节机器人安全工作区间建立。 4.AGV机器人上部输送线安装与调试;工业以太网络连接等。
5.按任务要求完成机器视觉系统的设定、流程编辑，实现托盘流水线上的缺陷工件检测和工件形状种类的识别、工件库建立及坐标变换。 6.完成满足控制要求的立库码垛机和主控系统的人机界面及PLC 控制程序编制。 7.主控PLC、触摸屏、六关节机器人、流水线、立体仓库的网络建立和程序联调测试。 综合赛项任务： 1.由裁判将放有工件的托盘随机摆放到立库各仓位中，由立库码垛机根据赛项任务书的要求，依次取出托盘并放置到磁导AGV小车上。 2.磁导AGV小车每次可以携带3个托盘，沿着磁导线运动并对接到托盘流水线，自动完成立库与托盘流水线之间的工件运输。 3.托盘流水线上设置了视觉检测系统，通过对托盘上的工件进行识别，区分出不同的工件；并将托盘中工件的坐标数据传送到主控PLC 中。 4.由主控PLC通过工业网络操控多关节机器人实现所有工件的抓取、摆放和装配。 1）选用合适的工具自动抓取托盘上不同类型的工件，对合格工件和缺陷工件进行分拣； 2）根据赛项任务书的要求，将抓取的合格工件摆放在装配流水线上的相应位置以完成装配。工件在装配流水线上的具体摆放方式以及装配要求在赛项任务书中有明确规定。 五、竞赛试题 （一）采取提前公开竞赛样题的方式进行比赛，赛前一个月公布样题。 （二）备有10套以上竞赛用试题，每场次比赛试卷由赛点裁判组
智能机器人实验室建设研究 摘要：机器人是一个多学科高度交叉的新兴前沿领域，在智能科学与技术专业的教学改革和学生综合素质培养上发挥着举足轻重的作用。文章针对智能机器人实验室为教学和实践服务的问题，分析智能机器人实验室的建设定位和实验体系的建立过程，提出以科研和竞赛促进实验室发展的观点。 关键词：计算机科学与技术；人工智能；智能机器人；实验室建设 智能机器人作为一个最为典型的工程系统对象，涵盖了机械、电气、信息、通讯、控制、系统等所有现代工程专业的内容，因此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，可以贯穿工程训练、专业基础教育和专业创新教育的全过程，是教学实验和研究的最理想的平台。智能机器人实验室是一个涉及多学科，测、控充分结合的实验室，集各种传感与执行机构于一体，又是一个测控一体化的综合实验对象。 首都师范大学智能机器人实验室是专门服务于智能科学与技术专业本科教学和实践的系统平台，是高年级智能机器人、模式识别等专业课程的实践创新基地。经过近10年的建设发展，我们在实验室建设、实验体系研究、目标定位等方面积累了一定的经验。 1 实验室建设定位和配置 智能机器人与模式识别是智能科学与技术专业的特色，其中，智能机器人重点培养学生在智能机器人设计与开发、智能机器人传感器技术、智能控制、多传感器信息采集与融合等方面的实际应用能力；模式识别是基于信号处理、人工智能、计算机等技术，用机器代替人去识别和辨识客观事物，用数学技术方法来研究模式的自动处理和判读的学科内容，其相关系统理论和方法的研究近年来迅速发展，因此实验室的建设主要围绕这两门课程的实践教学和科研活动展开。 实验室自2005年创建，占地面积约150m2。根据教学实践需要，实验室设备配置包括通用计算机系统、小型组足球机器人、轮式智能移动机器人平台、大学生创新实践中级套件、示教型教学工业机器人、各种传感器等。软件系统包括Matlab、机器人编程系统、通用编程语言环境、模式识别工具箱等，在这些设备的基础上，开展智能科学与技术的实践教学。随着设备的老化，根据课程发展的需要，实验室即将购进人形机器人、灭火机器人、游历机器人以及自主设计机器人的各类配件。 2 实验室创新实验体系 2.1 通用创新实验体系 根据智能科学与技术的学科特点，智能机器人实验室提供循序渐进的系统训
工业机器人技术的应用及未来发展 摘要:结合工业机器人的研究经验与相关文献，对工业机器人的含义、发展原因、组成结构及技术特点等方面展开探讨，阐述了工业机器人技术的应用与未来发展趋势，为进一步促进工业机器人技术应用领域的深层次发展奠定基础。[1] 关键词:工业机器人;机器人技术;应用发展 The application and future development of industrial robot technology Abstract:Combing with the research experience and related literature，the meaning，development reason，composinstructure and technical features of industrial robot were discussed，the application and future development of industrirobot were expounded，which laid a foundation for promoting the deep development in industrial robot technology-appliefield. Key words:Industrial robot;Robot technology;Application development 工业机器人的设计与制造是一个非常复杂的过程,涉及的技术与领域很多,如机电、电气、计算机、工业设计等,其是多种先进技术的有机结合体,因此工业机器人的发展离不开所涉及的各项技术的支持。为了更好地满足人们对使用功能的要求,工业机器人不断地向标准化和网络化发展,以下对工业机器人的技术发展与应用进行浅析。[2] 1机器人的含义及发展原因 机器人就是一种自动化机器，而控制器就是机器人的核心部分，即机器人的“大脑”。机器人的“大脑”不仅具有感知、运作、规划、协同等诸多功能，还可以通过控制机器人的“大脑”定向模拟人类的某些行为与思想。近些年，机器人实现了飞速发展且具有良好的发展前景，主要原因是机器人可以完成许多人们无法完成、不愿意做的工作，特别是在一些恶劣的、危险的、特殊的、极限的工作环境中，都可以指派机器人完成施工作业，使人们远离危险作业环境。[3]在太空、海洋等领域，人类无法在其中工作，由机器人进行探索恰恰能实现预期目标，这也是现今大力发展工业机器人的重要理由。 2工业机器人的国内外发展史 2.1国内发展史 受核心技术的限制,我国在工业机器人领域起步较晚,直到20世纪70年代才有企业和高校开始进行工业机器人的研发,截止到目前,已经开展了近40年的研究,并取得了一定的成果。在早期的研究中,主要是解决国产化的问题,因为缺乏先进的技术和经验,导致在研发过程中出现各种各样的问题,致使进度相对缓慢,随着我国对工业机器人重视程度的提升,并将其列入国家计划当中,工业机器人的发展速度明显提升,尤其是在数个五年计划中均给予工业机器人足够的支持,为其发展提供了良好的契机。[4]近些年来,随着科技的发展和社会的进步,工业机器人被广泛应用于工业生产中,并为企业带来高额的利润,其需求量也在不断扩