移动机器人实验室建设方案

方案简介

移动机器人/智能无人车教学实验室解决方案由教学和科研机器人专家——硅步机器人为高校机器人相关专业的实验教学量身打造。

该解决方案以RIA E100移动机器人教学平台为主要硬件设备,以流行的机器人操作系统ROS为软件环境,可开设与移动机器人/无人车结构与工作原理、ROS应用软件开发、移动机器人/无人车自主导航、传感器数据采集与融合、机器人视觉等内容相关的各种类型的实验。

移动机器人/智能无人车教学实验室解决方案配有完善的教程和实验指导书,可满足机器人相关专业多门课程多个实验/实践环节的教学需要。

方案课程体系

硅步机器人结合其在机器人科研领域十多年的技术积累,将公司优势力量引入机器人教学领域,旨在为国内机器人工程专业建设和机器人行业的发展贡献自己的一份力量。硅步机器人提供《机器人操作系统(ROS)》、《机器人传感与视觉》、《移动机器人控制技术》、《机器人动力学与控制》、《模块化机器人控制技术》等课程的建设方案及全套教学资料,具体包括:

教材与参考书
课程大纲
教学多媒体课件
习题(试题)库

这五门课程的学时设置、开设学期、推荐教材与先修课程如下表所示:

序号 课程名称 总学时/实验学时 开设学期 推荐教材 先修课程
1 机器人操作系统 48/20 4 ROS机器人开发实践(胡春旭)机器人操作系统浅析(奥凯恩M.杰森)ROS入门实例(R.帕特里克.戈贝尔) 计算机文化基础Linux操作系统C++程序设计语言(或python)
2 机器人传感与视觉 40/16 5 机器视觉与传感器技术(邵欣等) 电工技术机器人操作系统数字图像处理
3 移动机器人控制技术 40/16 6 基于ROS的移动机器人技术(李振伟) 机器人导论机器人操作系统机器人传感与视觉
4 机器人动力学与控制 48/12 7 工业机器人系统设计与应用(刘万里) 机器人导论机器人操作系统机器人传感与视觉
5 模块化机器人控制技术 32/12 7 基于HEBI关节的模块化机器人控制技术(黄金明、武玉强) 机器人导论自动控制理论机器人传感与视觉
方案基本配置

移动机器人教学实验室以轮式移动机器人教学平台RIA E100为主要硬件设备,以硅步机器人焱炎学院ROS在线课程为主要教学资源。

该实验室方案选型主要包括:

序号 设备名称 设备台(套)数 备注
1 RIA E100(整机) 20(按实际需求) 学生实验
2 RIA E100(模块化) 1 移动机器人构成及组装演示
8 硅步焱炎学院
ROS在线课程学习账号
21(按实际需求) ROS在线学习资源

特征和优势

作为一款面向机器人相关专业实验教学的移动机器人平台,Gaitech E100具有如下特征和优势:

坚实的硬件平台

RIA E100拥有性能强劲的马达和坚如磐石的底盘,用户可以专注于应用开发而无需担忧动力传动系统。

强大的计算性能

RIA E100内置四核ARM A9树莓派3单板计算机,可安装和流畅运行Ubuntu和ROS机器人操作系统。

先进的导航算法

RIA E100内置先进的导航算法,能够在建筑物内的两个不同位置之间自主移动,灵活躲避障碍。

灵活的协同能力

不同的RIA E100接入同一ROS网络后可互相访问和协同执行某一任务。可与接入同一网络的其他机器人进行协同工作。

充沛的电源动力

RIA E100配备24V 最大容量为35安培小时的电池;同时,E100可提供24V 5A、12V 5A和5V 5A三种电源。

RIA E100是硅步机器人专为机器人操作系统(ROS)与移动机器人实验教学开发的多用途移动机器人平台。RIA E100拥有坚实的硬件平台和强劲的计算性能,标配Intel I5或者XU4处理器,内置先进的导航算法,完全支持机器人操作系统ROS,可外接激光雷达、RGBD摄像机、声呐阵列等传感器,具有良好的扩展性。此外,RIA E100还支持云操控,用户可通过互联网对位于不同地方的一台或多台RIA E100进行实时远程操控。

主要技术参数

RIA E100的主要技术参数如表所示:

类别 规格 i5 版 XU4版
机械 尺寸 20kg
负载 50kg
用户开发空间 365*470mm
离地间隙 72mm
尺寸 470*365*330mm
最大速度 2m/s
系统 外部电源 24V, 12V, 5V fused at 5A each
系统 Ubuntu 16 with ROS Kinetic kame with core RIA E100 示例软件包
IMU Pixhawk
CPU i5 processor, hexa core, 2.8 GHz with 4GHz turbo frequency, 8GB RAM, and 120GB SSD Cortex™-A15 2Ghz and Cortex™-A7 Octa core CPUs, 2GB RAM with 32GB memory
内置电池 24V DC power Lithium Ion Battery with 7.5Ah capacity
续航时间 3-4 小时
传感器 激光雷达 RPLidar - A2M8 - R4
RGBD传感器 Astra Orbbec

实验内容列表

该移动机器人实验室可满足《机器人操作系统》、《机器人传感与视觉》、《移动机器人控制技术》等相关课程的实验教学需要。

该实验室可开设的基础类、应用类和创新类实验项目分别如下

移动机器人实验室可开设的基础类实验项目

序号 实验项目名称 实验学时
1 ROS安装与配置 4
2 熟悉ROS命令行工具 2
3 创建ROS功能包 4
4 自定义ROS消息和服务 2
5 创建消息发布器和订阅器节点 4
6 创建服务器节点和客户端节点 4
7 了解可视化工具Rviz 2
8 Rviz 可视化应用 4

移动机器人实验室可开设的创新类实验项目

序号 实验项目名称 实验学时
1 E100测试 4
2 基本运动控制 4
3 跟随控制 4
4 移动机器人自主导航 4
5 移动机器人语音控制 4
6 自主避障 4

移动机器人实验室可开设的应用类实验项目

序号 实验项目名称 实验学时
1 ROS下使用激光雷达 2
2 ROS下使用RGBD传感器 2
3 使用USB摄像头 4
4 人脸检测与识别 4
5 OpenNi和骨架追踪 4
实验室建设配套资源

为更好地服务客户,硅步机器人为移动机器人实验室建设和教学支持提供完善的配套资源,包括实验指导书、ROS大讲堂直播视频、多媒体教学课件以及焱炎学院ROS在线课程等。

1.实验指导书

移动机器人配套的实验指导书由三部分组成:
第一部分为ROS基础实验,第二部分为移动机器人传感器实验,第三类为E100移动机器人实验。

2.ROS大讲堂视频

ROS大讲堂是硅步机器人推出并主办的ROS在线教学课堂,由硅步机器人从事ROS教育的专家和ROS机器人开发的工程师通过直播平台进行直播,并在硅步微信公众号重播。ROS大讲堂从2017年3月开播以来,到目前为止已直播15期。

3.多媒体教学课件

为方便客户教学需要,硅步机器人提供系统的ROS教学PPT课件。

4.焱炎学院ROS在线课程

为满足教师的教学需要和学生的学习需求,硅步机器人焱炎学院为客户提供丰富的ROS在线课程。

方案建设师资培训

硅步机器人除了拥有丰富的ROS教学资源,还拥有一支由多名专家、教授和工程师组成的ROS教育团队。为了给客户提供更周到全面的服务,硅步机器人可根据用户要求提供以下服务:

协助定制方案
师资培训

1.协助定制方案

硅步机器人可根据用户个性化需求,协助定制以下几个方面的方案:

机器人工程专业培养方案
课程建设与教学方案
实验室建设方案
实验项目设置与实验教学方案

2.师资培训

硅步机器人为客户提供师资培训和开课支持。
师资培训指对欲开设《机器人操作系统》、《移动机器人控制技术》等相关课程的老师(含实验指导教师)进行系统的ROS培训。培训通过线上和线下两种方式进行。
此外,硅步机器人秉承“校企合作、协同育人”的宗旨,还可以安排专业教师和工程师资源,协助合作学校,开设相关课程。

联合共建实验室

硅步机器人具有国际化的研发和技术团队,已为国内数百所机器人科研院所提供了机器人科研及应用方案,具有丰富的项目技术积累,其将为校企项目深入合作提供有力可靠的技术保证。

1.联合共建实验室挂牌

2.以折扣优惠价提供设备实验室设备

3.可提供学生实习机会

4.可进行校企项目深入

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