山西农大机器人方案

3.4.3人工智能与机器人创新实验室

一、

实验室简介

工程教育作为教育的一个重要组成部分，随着科学技术的发展越来越具有其特殊性，创新工程教育已经成为时代主题。从教学课程体系而言，就是要将工程学科各个专业的专业基础课和专业课的教学和实验放到某个具体的、典型的工程对象中进行，而不是分割教学、分割实践，而人工智能与机器人作为一个典型的工程对象和系统，涵盖了计算机、电子、单片机、通信、机械等各个学科的知识内容。能够使学生理解各个学科、专业、课程之间的内在联系，整体和部分之间联系。

国泰安从创新教学实验长远角度考虑，将人工智能与机器人创新综合实验室进行功能模块划分，采用循序渐进的方式。真正达到从基础认知，单元技术，系统集成乃至创新的实验拓展规划。国泰安从教学、研究和竞赛三个方面，按照由低到高、由浅入深的配置思路，首先从教学兼顾竞赛型机器人平台入手，由入门简单、不乏深度的竞赛活动推动创新教学，由创新教学促进实验研究，进而开展更为高级的机器人竞赛活动，使教学、研究、竞赛层层递进，良性循环，把技术创新推向国内同等院校一流水平。本方案兼顾了基础的机器人知识，及机器人的技术前沿，使学生从基础，传统的知识架构引申到先进的设备应用之中，在实验实训过程中掌握到知识。

二、 人工智能与机器人创新实验室功能

创新实训是当前本专科院校进行创新人才培养最有成效的尝试，学校在此基础上构建具有工程专业本科人才培养体系，培养具有较强实践能力和创新精神，具有团队协作能力和快速学习能力，适应国家新型经济社会发展模式的高素质应用型人才。国泰安人工智能与机器人创新实验室的功能具体体现在以下三个方面：

 为专业课程提供实验环境

机器人是一种综合性实验设备，能够单独为C语言、电路分析、模拟电子、数字电路、信号与分析、单片机原理与应用、电子系统设计技术、自动控制原理、传感与检测技术、电源技术、机器人控制等理工科及物联网基础课程及专业课程提供具有趣味性的实验平台。 机器人综合了编程、机电、自动控制、信息工程等多方面学科的课程知识，能够为高年级学生提供毕业设计、综合课程设计平台。在此平台基础上，进行多学科知识综合运用，实现理论知识的融会贯通、综合运用的培养目标。

 使用机器人开展创新实训教学

机器人作为一种典型机电一体化系统，涉及到制造、机械、电子、传感器、自动控制、计算机软件硬件等学科，因其科技含量高、实践／创新性强、探索性强和综合性强的特点，成为培养创新型人才的一条有效途径，是进行创新实践、工程训练及各种竞赛的理想平台。以机器人为平台，学生能逐步自主建构广域的工科知识，激活和强化多方面的能力，了解自己的能力结构，能激发学习兴趣。

 通过机器人竞赛调动学生积极性

机器人竞赛是机器人技术应用的热点。可以很好地锻炼学生的动手能力、组织能力、协调能力、临场应变和突发问题处理能力等重要的工程素养。同时，机器人竞赛由于其技术性、竞技性，可以很好地吸引学生参加，在学校塑造良好的工程实践教育氛围，引导更多的学生学习。

比如全国RoboCup机器人大赛武术擂台赛、机器人游中国、CCTV亚太大学生机器人大赛等。创意之星套件还能够支持学生参加机械创新设计大赛、电子设计大赛等全国性大型比赛。

三、 实训项目及研究内容

 实训项目

实验室可围绕三个中心开展实训教学：

1. 以基础课程、专业课程为中心开展实训教学

2. 以实践为中心的项目式实训教学

3. 以竞赛与创新实训为中心的同步实训教学

综合考虑本实验室的建设目的，需要达到“受益面广、比赛影响力大、教学竞赛互相促进”的目的，选择“中国机器人大赛”作为重点考虑赛事。该赛事包含50多个赛种，综合考虑各种因素，选择“中国机器人大赛”的以下赛种作为实验室的重点支持：

 研究内容

通过实验室可开展以下研究项目： 1）机器人传感与感知技术

传感器主要包括：声纳、红外传感器、电子罗盘、陀螺仪、GPS、编码器、语音、视觉等多种传感器，可完成的实验研究包括： 基于声纳和红外传感器的环境建模，以及电子地图绘制 基于声纳和红外传感器的机器人路径规划

基于GPS和电子罗盘的机器人大尺度区域导航定位研究 基于MEMS惯性器件的机器人导航技术研究 多传感器融合技术的机器人精确定位研究 移动机器人系统中传感器扩展技术研究 2）智能系统及其控制方法

基于自适应PID控制的机器人运动控制研究 基于行为的机器人控制策略/行为机器人学 移动机器人的动力学、运动学模型研究 开放式、分布式、总线架构机器人控制理论研究 移动机器人神经网络控制研究

机器人系统中的嵌入式控制器研究（基于32位ARM处理器） 基于遗传算法的移动机器人的智能控制和路径规划研究 3）机器视觉技术

自主导航机器人标准配置的二自由度云台摄像机和可选配全景视觉系统，以及可选配的双目立体视觉系统，可开展与计算机视觉相关的大量研究：

ROBOCUP足球机器人的视觉定位方法研究

图像视频的格式转换、颜色空间转换、压缩、解码及处理

基于机器视觉的视觉导航系统研究

视觉伺服技术及其控制系统研究

图像特征及模版匹配技术研究

人脸识别技术及其在移动机器人中的应用

双目立体视觉定位技术研究

基于双目视觉的三维环境重建研究 4）网络机器人及群体机器人技术

导航机器人配备高速无线以太网，并提供包含主要网络功能UP-BNRS软件包，可进行相关的网络互联机器人研究。UP-BNRS软件包还提供基于“行为”的机器人控制体系。

视频网络传输及其在移动机器人系统中的应用

基于Multi Agent的多机器人协作研究

基于网络的移动机器人直接控制系统研究

监督式网络控制结构及其在移动机器人中的应用

移动机器人中视觉临场感遥控系统的研究

基于网络的移动机器人分布式控制系统研究

多移动机器人系统合作与协调

多机器人任意队形分布式控制研究 5）人机交互技术

人机交互是智能机器人的重要研究方向。通过标准配置的语音和视觉传感器，以及UP-BNRS软件包的相关功能，用户可和机器人进行友好的交互。

语音识别技术及其在移动机器人系统中应用

多模态人机交互及其在移动机器人系统中

人物/表情识别及其在移动机器人系统中的应用

特定/非特定的自然语言识别和理解技术 6）机器人系统与设计

全自主移动机器人系统设计

移动机器人系统的可靠性设计

四、 五、

系统组成 产品组成及配置

1. 创意之星标准版创新项目

机器人采用AVR控制器，控制器上传感器接口众多，可同时将红外、温度、光强、声音、碰撞等传感器同时插在控制器上（不使用产品本身以外的设备），并顺利运行。另外，图形化机器人集成开发环境支持基于流程图的图形化编程和ANSI C语言混合编程；程序为交叉编译执行，非解释执行，支持所有ANSI C的特性，如指针、数组、结构体、位操作等，是程序编写、编译、下载、调试一体的集成开发环境，具备3D仿真环境，可对机器人进行运动学仿真，也可用于可视化动作编辑。具备实时数据监控，可以监测传感器信号和机器人发回的数据。

2. 创意之星高级版创新项目

机器人采用32位ARM10控制器，控制器上传感器接口众多，可同时将红外、温度、光强、声音、碰撞等传感器同时插在控制器上（不使用产品本身以外的设备），并顺利运行。控制器能直接做本地视觉处理，无须接插笔记本、电脑等其他设备即可正常运行。另外，图形化机器人集成开发环境支持基于流程图的图形化编程和ANSI C语言混合编程，程序为交叉编译执行，支持所有ANSI C的特性，如指针、数组、结构体、位操作等，是程序编写、

编译、下载、调试一体的集成开发环境；具备3D仿真环境，可对机器人进行运动学仿真，也可用于可视化动作编程。

3. 机器人竞赛组件包

配合高级版，可组织参加校内、省市、全国机器人大赛、机械创新设计大赛、电子设计大赛等。

4. 自主移动机器人标准研究版

教学研究平台，决策、传感、驱动及运动模块分别独立，可根据研究需要组合。平台扩展性强，适合二次开发，公司可以和学校联合开发，比如迎宾机器人、巡检机器人、自主导航机器人等。

六、 实训效果图

分组实践

课堂教学

机器人大赛

七、 人工智能与机器人创新实验室报价

本项目项目总报价金额为￥641,000.00元整。 本项目总价共计人民币：陆拾肆万壹仟圆整。

注：学校可根据具体情况进行增减，总价格也会随之变化。