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  • 教育机器人

  • 发布时间: 2017-06-26
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概况

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、嵌入式微控制器等。创新教育机器人的目的就是为各类高等院校的学生提供一个综合实验平台,进行单片机和微控制器、数字电子和模拟电子、数字逻辑、工业传感器和工业控制、基础机器人等课程的学习和实践,同时也为参加中国大学生机器人电视大赛和中国机器人大赛等提供硬件和软件支持。

  众所周知,机器人是非常典型的机电一体化系统,它融合了机械、电子、传感器、计算机软硬件、控制、人工智能和造型技术等众多的先进技术,随着技术和产品的不断发展,机器人的种类越来越广,成本也越来越低,是高等学校开展工程训练、教学实验、课外创新活动和科研最为理想的平台。

  机器人是一种能够通过程序控制,能自主完成某类任务的机器系统,机器人的应用范围十分广泛,可以用于工业、农业、医疗、空间探测、教育领域等等。教育机器人则是一类应用于教育领域的机器人,它一般具备以下特点:首先是教学适用性,符合教学使用的相关需求;其次是具有良好的性能价格比,特定的教学用户群决定了其价位不能过高;再次就是它的开放性和可扩展性,可以根据需要方便地增、减功能模块,进行自主创新;此外,它还应当有友好的人机交互界面。

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详细介绍

  一、概述:

  1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、嵌入式微控制器等。创新教育机器人的目的就是为各类高等院校的学生提供一个综合实验平台,进行单片机和微控制器、数字电子和模拟电子、数字逻辑、工业传感器和工业控制、基础机器人等课程的学习和实践,同时也为参加中国大学生机器人电视大赛和中国机器人大赛等提供硬件和软件支持。

  众所周知,机器人是非常典型的机电一体化系统,它融合了机械、电子、传感器、计算机软硬件、控制、人工智能和造型技术等众多的先进技术,随着技术和产品的不断发展,机器人的种类越来越广,成本也越来越低,是高等学校开展工程训练、教学实验、课外创新活动和科研最为理想的平台。

  机器人是一种能够通过程序控制,能自主完成某类任务的机器系统,机器人的应用范围十分广泛,可以用于工业、农业、医疗、空间探测、教育领域等等。教育机器人则是一类应用于教育领域的机器人,它一般具备以下特点:首先是教学适用性,符合教学使用的相关需求;其次是具有良好的性能价格比,特定的教学用户群决定了其价位不能过高;再次就是它的开放性和可扩展性,可以根据需要方便地增、减功能模块,进行自主创新;此外,它还应当有友好的人机交互界面。

 

  二、功能及特点概述:

  我司机器人产品在美国帕拉斯公司的系列教育机器人的基础上本地化而来,它专门为工程教学、实验、实训、课外科技创新实践、综合设计等而设计,有如下特点:

  (1)采用开放式金属结构设计,所有教育机器人均可由学生自由拆装,进行制作与编程实训;也可进行结构创新设计和实践。

  (2)提供系列化的中英文实训教材和部分面向信息类课程的教材。实训教材非常浅显易懂,适合自学;课程教材按照任务驱动的模式编排知识点。

  (3)控制器系列化,提供代码级的开发接口,支持多种开发语言,便于教学、实践与创新,可满足多层次需求。所有机器人现已支持PIC/BS系列、单片机和ARM控制器;其中,PIC/BS系列控制器采用BASIC编程语言,其余的控制器可支持C语言和汇编语言。这种产品规划给学校的实验室建设提供了巨大的便利和扩展空间,可满足多种技术基础课如单片机、C语言、AVR单片机、ARM控制器等的教学平台,也可作为各年级学生的创新实践载体,也可作为综合设计如单片机、C语言、ARM等课程的课程设计和毕业设计的平台。

  (4)产品系列化,可满足多层次需求。有宝贝车机器人(轮式、履带式、爬虫式)、铁甲虫机器人、工业机械手和人形机器人等,宝贝车机器人还同时支持多种机械结构套件。一方面,可使学生对多种应用形态有了解,另一方面,形成不同的难度,可满足不同基础的学生、不同专业的学生选用。

  (5)提供了灵活和丰富的传感器及传感器接口方式,使扩展应用非常丰富,也使用途变得丰富多彩。通过标准的传感器接口可支持20多种传感器模块,通过小面包板可搭建简单的传感电路。

  (6)提供了面包板,为综合实训和扩展应用提供便捷的平台。既可作为电子电路的基础实训,也可作为传感电路的实训平台。

 

 

  三、机器人产品应用特点:

  1、软硬件结合:将机器人作为嵌入式系统(C51 /ARM)课程学习的平台,将C51和C语言的学习合二为一,节省总学时,大大提高教学效果,大大提高学生的应用实践能力,并激发学生的学习兴趣。

  2、电子制作:将机器人的开放式面包板引入传统的电子制作、电子实习,在不降低电子制作、电子实习要求的同时,赋以系统的概念,使学生在掌握相关电子工艺知识和制作技能的同时,了解电子技术在现代工程系统中的作用和地位。针对不同专业的学生的专业要求特点,公司可提供不同的应用模块和物料包,提供多种选择。

 

 

  3、设计实验:将机器人作为学生认知实践的重要载体,既用于基础认知实践,又作为专业认知实践;专业认知实践又根据成本、学生类型的特点,可分别满足高职、机电或自动化专业本科生、计算机类本科生等,不同层次的需求。

  4、毕业实习/制作:我们提供主板的线路原理图和部分结构件的机械设计图纸及零配件(如电机等),用于学生毕业实习/毕业制作使用。对于机电类学生,可要求学生根据提供的机械图纸编制加工工艺、数控加工代码等,完成对机械零件的加工,通过同学间的协作完成所有零件的加工,完成机器人组装、调试,并可在此基础上进一步完成传感器应用和编程任务;对于电子、自动化、计算机类的学生,可要求学生根据主板原理图制定电子工艺,借助相关软硬件工具加工制造出电路板,并根据提供的散件包(或自己采购)完成主板的焊接,然后根据提供的结构图纸及其他配件完成机器人组装,并在此基础上完成更多的传感器和编程应用。

  5、创新实验:基于系列机器人构架了多层次的创新实践项目,满足不同年级、不同基础学生的创新实践活动。

  6、多种教学模式相结合:理论教学模式、实践教学模式、实践实训项目乃至考试模式都与传统相比,有了重大飞跃。基于机器人对象的C51/C语言教学按照项目驱动,教学/实验合二为一。

 

  产品技术文件:

  1、C51版两轮教育机器人套件(C51)

  该机器人是一个微型自主移动机器人实验平台,其底座为铝合金金属架构,坚固耐用。底座上安装一个微控制器教学底板,控制器既可用于机器人控制器的应用软件设计,也可拔下用于其它课程实验。其它外部附件和检测电路都在一个开放的教学白板上进行插装。学生可跟随实验指导书各个实验的步骤在白板上插装电子组件,搭接电路后,编写控制程序,下载至微控制器上,执行各种机器人操作。这些操作包括:沿线行走,走迷宫,跟随光源,距离检测或与其它机器人通讯沟通。加上语音板(另购)可使机器人发声对话,或加上无线通讯模块和CCD(另购)可以制成“视觉导引机器人”。能扩展参加中国教育机器人大赛的各项标准比赛

 

  C51教学开发板

  C51教学开发板主要面向学习51单片机的用户,集成了一个51单片机,同时提供了面包板,用户可自行组建传感器电路。

  控制板如下图所示,板上带一个40脚双列直插插座,可以安装8051引脚兼容的51系列单片机,这里我们使用的是AT89S52单片机。右边提供一个ISP下载口,通过此口对51单片机进行Flash程序存储器的擦除和程序写入。其余部分与BOE教学版类似。右侧的20PIN接口和16PIN的接口以及右上方的伺服电机接口已将单片机所有的I/O口引出,方便用户使用。下面为三段电源开关和复位按钮。

 

 

  产品配置清单

 

 

  2、ARM Coretex M3宝贝车教育机器人套件

  该机器人是一个微型自主移动机器人实验平台,其底座为铝合金金属架构,坚固耐用。底座上安装一个微控制器教学底板,控制器既可用于机器人控制器的应用软件设计,也可拔下用于其它课程实验。其它外部附件和检测电路都在一个开放的教学白板上进行插装。学生可跟随实验指导书各个实验的步骤在白板上插装电子组件,搭接电路后,编写控制程序,下载至微控制器上,执行各种机器人操作。这些操作包括:沿线行走,走迷宫,跟随光源,距离检测或与其它机器人通讯沟通。加上语音板(另购)可使机器人发声对话,或加上无线通讯模块和CCD(另购)可以制成“视觉导引机器人”。可扩展参加中国教育机器人大赛的各项标准比赛。

 

 

  ARM教学开发板

  该开发板采用ARM CORTEX核心的处理器,主板自带资源:

  1、1路高级定时器(TIME1)

  2、3路基本定时器(TIME2,TIME3,TIME4)

  3、两路SPI接口

  4、两路IIC接口

  5、三路串口

  6、一路USB接口

  7、多达37路IO

  8、两路10通道12位ADC

  9、芯片最高运行频率:72MHz

  10、供电电压:3.3V

  11、支持串口ISP下载

 

  产品配置清单

 

  3、小型分拣搬运机器人(含机器人语言软件)

  六自由度的机械手仿照工业多自由度机械手,可模仿机 械手臂的高难度动作。六自由度机械手有6个电机,机械手的机械本体采用国家标准铝材,表面特别处理,防腐蚀防刮痕,并且提供了许多的扩展安装槽位和孔位,可以进行各项扩展应用,是进行基础机器手的学习与研究,机电及控制制作和进行创新机器人扩展的平台。

 

  基本参数:

  控制器:ARM控制器

  两轮移动机器人平台,60rpm以上转速

  四自由度机械手的协同控制

  能简便的外扩各种传感器

  移动轮直径65mm

  机械手具有3个以上关节,一个以上夹持关节

  夹持重量150g以上

  机械手展开长度300mm以上(从大臂关节中心到手爪顶端)

  提供示例程序源代码。

  配件

  程序下载器

  电池

  说明书

  安装手册

  配套光盘

  充电器

  可扩展参加中国教育机器人大赛码垛器人比赛

 

  可另选购传感器配件:

  产品配置清单:

 

  4、三轴加速度传感器

  三轴加速度计是一个集成的模块,可以感知的三个轴(X,Y 和Z)的引力(g)为±3g 的加速度。该模块

  包含一个片上稳压器提供3.3V 的电源H48C,模拟信号调理和一个MCP3204(四通道,12 位)模拟数字转换器读取H48C电压输出。所有组件都安装在一个0.7X0.8 英寸模块上。从模块中获取的数据的是通过简化同步串行接口输出。

  电源需求:3.3~5VDC,

  工作温度范围:-25℃~75℃。

  配件:

  连接跳线包

  使用和开发说明书

  提供应用范例软件

  5、Sensirion温度/湿度传感器

  温湿度传感器的 SHT11安装在一个8脚的双列直插模块,简化了其使用。SHT11是一个用来测量温度和湿度的小巧的传感器,提供了一个模拟到数字的接口,BASIC Stamp通过两根线的数字串行接口,可迅速准确地读出温度和湿度。

  -40 °C-123.8°C温度范围+/- 0.5 °C的精度(25 °C)

  提供全标定的数字输出

  温度测量分辨率小于0.01度,测量精度小于+/- 2度

  湿度测量分辨率小于0.03%,测量精度小于+/- 3.5%

  功耗小于30 μW

  提供通讯串口等标准通讯接口。

  尺寸小于15 x 15 mm

  电源需求:2.4~5.5 VDC

  配件:

  连接跳线包

  使用和开发说明书

  提供应用范例软件

  6、超声波传感器

  超声波传感器发生超声波,测量回波时间,根据超声波时间物体与超声波之间的距离。

  技术指标:

  3cm~300 cm的测量范围;5Vdc+/-10%的电压;

  最大35mA(典型30 mA)的电流;

  3管脚接口(电源,地,信号);

  正TTL脉冲,最小为2uS,典型5 uS的触发脉冲;

  正TTL脉冲,从115uS到18.5mS的回声脉冲;

  发射200 uS频率为40 kHz的超声波;

  延时到下一次测量时间为200uS;

  LED指示灯,尺寸:22 mm x 46 mm x 16 mm。

  配件:

  连接跳线包

  使用和开发说明书

  提供应用范例程序

  7、QTI线跟踪套件

  可以增强轮式机器人线跟踪能力。QTI传感器安装在轮式机器人前底盘下面,根据所跟踪的线宽度调整位置。

  由四个以上QTI传感器套件组成:

  包括传感器和安装辅件,用于机器人寻线行走等

  每个传感器工作电压:5VDC

  连续工作电流:小于50mA

  功耗小于100mW

  最佳感应距离5~10mm

  配件:

  连接跳线包及杜邦线

  使用和开发说明书

  提供应用范例软件

  8、颜色传感器教学套件

  TCS230 颜色传感器教学套件包括一个TAOS TCS230 RGB 传感器芯片,白色的发光二极管,瞄准镜,板卡上的插槽和连接线。TCS230 有一排光敏检测器阵列组成,每个采用红、绿、篮过滤器或者没有过滤器的发光二极管。各种颜色的过滤器分散在整个阵列里面,来消除各种颜色的偏差。

  检测所有颜色,输出RGB(红/绿/蓝)成分数据。

  检测灵敏度环境光强度为小于44μW/cm2。

  使用内建的RGB LED生成24位颜色

  单针接口使用简单的串行协议定义和启动色彩检测和生成数据。

  颜色检测和数据的细节处理由板载微控制器完成。

  EEPROM用于保存自定义颜色检测和数据处理程序。

  自动运动功能允许一个预先编好的EEPROM程序运行在上电时自动运行

  电源要求:5.0 VDC,

  通讯:单线异步串行口

  尺寸:小于50×25×20毫米

  配件:

  安装到机器人的辅助零件和转接模块

  使用和开发说明书

  提供应用范例软件