机器谱
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实验教学套件
RTM4 GS03 MX201 |
一. 方案概要
训练师模块化机器人综合实训平台（桌面级）IMUT-RTM4为满足开展机器人技术项目教学实践而设计的。实践内容涉及机器人机构学、机器人运动控制技术、传感器及检测技术、机器视觉、机器人建模与仿真（数字孪生）、机器人操作系统等课程内容，可用于机器人专业、机电相关专、能制造专业、自动化专业、电子信息专业等根据课程需要开展专业课程实训、专业拓展实训。
该平台提供一套机器人模块，涵盖4种驱动模块（基于机电一体化柔性关节扩展，包含转动模块、直线运动模块、夹持器模块及气动执行器模块），6种构件模块，5种智能感知模块（陀螺仪、深度相机、红外对射管、霍尔传感器、扫码模块等）。通过这些模块组合，可完成4自由度关节串联机械臂，5自由度关节串联机械臂，4自由度连杆码垛机械臂，4自由度Scara机械臂，并联Delta机械臂，二自由度云台等机器人。
SCARA机械臂
最大工作半径300mm
4自由度度连杆码垛机械臂
最大工作半径300mm
6自由度码垛
最大工作半径300mm
Delta机械臂
最大工作半径200mm
双臂
最大工作半径300mm
RTM4
该平台提供一套场景模块，包含2个速度可调传动带，2个可拼装料盒，2个多孔位安装底板，通过这些场景模块可以布置出适用于机械臂应用的4种场景。
二. 方案特点
1.桌面级模块化机器人多场景式教学设计。可开展基于机器人设计和机器人应用两个方向的实训项目，方案中的机器人形态与真实应用中的工业机器人有着成比例的结构尺寸与⼀致的软件系统。可同时支持3-4人小组/套进行。
2.模块化设计，统一机械接口、CAN总线通信接口、硬件接口等。无需额外设计组件情况下支持并联、多自由度串联、Scara等项目设计，支持基于核心模块扩展设计。
3.自研机器人三大核心模块，为设计者提供了一套稳定的机器人系统设计环境。自研行星减速机、自研伺服驱动器、自研PC级人工智能架构（基于NVIDIA Jetson系列设计）控制器，可系统或每个部分独立选择，满足机器人机械系统、驱动系统、控制系统、感知系统的设计需求。
4.全开源至底层驱动，满足设计者不同层级的设计需求。提供机器人场景及功能应用、机器人本体算法、机器人驱动算法的应用实例及源码。
三. 课程项目（可根据课程方向选择，包含机构设计、运动学控制、智能控制、系统与仿真四部分）
第一部分 机构设计部分（根据课程目标可选）
第二部分 运动学控制（根据课程目标可选）
第三部分 智能控制综合项目（根据课程目标可选）
第四部分 系统与仿真（根据课程目标可选）
| 主题 | 实验项目 |
| 典型模块驱动 | 实验1 转动模块控制 |
实验2 直线运动模块控制 | |
| 实验3 驱动夹持器模块 | |
| 实验4 驱动气动执行器模块 | |
| 典型应用级操作类机器人 | 实验5 四自由度关节机械臂机构设计 |
| 实验6 五自由度码垛机器臂机构设计 | |
| 实验7 Scara机械臂机构设计 | |
| 实验8 Delta机械臂机构设计 | |
| 机构扩展方案 | 扩展方案1 二自由度云台 |
| 扩展方案2 导轨机器人 | |
| 设计案例 | 机械臂应用工作站设计 |
| 主题 | 实验项目 |
| 机器人操作系统ROS基础 | Linux基础指令操作； ROS文件系统； ROS基本概念（话题，订阅，服务等）； ROS工具（RQT,RVIZ,Gazebo等）； ROS功能包创建及编译； |
| 机器人仿真模型（URDF）制作 | URDF文件组成； 创建1个简化6轴机械臂的URDF文件； |
| 基于Movit-Gazebo的仿真实验（ROS） | 在Gazebo中搭建1个6轴机械臂的物理模型； 6轴机械臂运动学仿真控制； 搭建一个机械臂仿真应用场景； |
| 基于Webots的仿真实验 | 在Gazebo中搭建1个6轴机械臂的物理模型； 6轴机械臂运动学仿真控制； 机械臂运动规划； 仿真-物理环境控制； |
| 基于Matlab的仿真实验 | 搭建一个6轴机械臂的运动学模型； D-H规阵建立； 运动学轨迹分析； |
| 主题 | 实验项目 |
| 机械臂运动学控制 | 实验1 典型6自由度机械臂运动学控制 |
实验2 典型Scara机械臂运动学控制 | |
| 实验3 典型Delta机械臂运动学控制 | |
| 实验4 典型连杆码垛运动学控制 |
| 主题 | 实验项目 |
| 综合项目 | 项目1 六轴机械臂体感控制方案—陀螺仪 |
项目2 基础视觉识别 | |
| 项目3 六轴机械臂视觉追踪 | |
| 项目4 双臂视觉体感控制方案 | |
| 项目5 工作AI检测分选方案 | |
| 项目6 机器人物联网控制方案 | |
| 项目7 机器人视觉分拣工作站（2套解决方案，一套基于ROS，一个使用Python） |
GS03
一. 设备介绍
Rob-GS03是一款探索者基于机器人智能技术开发的教学平台，集合了当前主要机器人的研究技术，
包含机械臂（串并联机械臂）设计及运动学控制、全向底盘设计及运动控制、仿生机器人设计及运动控
制、无线定位技术、机器视觉技术、机器人激光雷达导航技术等6个主题的机器人智能技术。
结合产品设计方法和流程，采用模块化机器人开发理念将机器人智能技术转化为适合于本科的机器
人智能技术教学平台。支持机器人专业、智能制造专业、其他机电相关等专业开展专业课程实践、专业
拓展实践及工程教育实践。可以作为机器人机构研究、机器人智能技术研究、机器人系统研究等的设计
工具。
二. 设备特点
提供一套通用的金属结构件，任意组装
可搭建机器人摆动模块、直线运动模块、球关节模块、全向轮模块等4种典型机器人模块，将模块组合可完成5种典型机械臂、5种典型仿生机器人、2种典型全向底盘等《机器人运动学基础》中的机构设计，通过典型机器人组合可以扩展不少于20种综合类机器人构型设计。
提供三个系列控制器，满足多层级的嵌入式项目实训
涵盖Arduino系列主控板，STM32系列主控板（STM32版本）及嵌入式控制器树莓派4B，可以支持机器人单片机应用和机器人操作系统ROS）应用的项目实践。
提供一套机器人智能硬件
可支持开展机器人感知系统、机器视觉、机器人定位、机器人导航等项目实践。
提供完整的教学资源，开源所有项目的源码
提供所有机器人机构及零部件三维图纸，提供算法讲解和项目操作两本教材。
三. 典型机器人举例
四. 可开展的实践项目举例
| 项目主题 | 内容 | 实验性质 | |
第一部分 机械臂设计 及 运动学控制 | 直角坐标机器人设计 及运动控制 | 1.设计分析-直角坐标系机械臂结构设计 | 实践 |
| 2.技术验证1-单轴机械臂绘制几何图形 | 理论+实践 | ||
| 3.技术验证2-三轴机械臂绘制LOGO图形 | 理论+实践 | ||
| 4.... | 理论+实践 | ||
关节型串联机械臂 运动算法 | 1.设计分析-关节型串联机械臂结构设计 | 理论+实践 | |
| 2.技术验证1-三自由度串联机械臂逆运动学控制 | 理论+实践 | ||
| 3.... | 理论+实践 | ||
| 并联机械臂设计 及运动学控制 | 1.设计分析-并联机械臂结构设计 | 理论+实践 | |
| 2.技术验证1-Delta机械臂运动学控制 | 理论+实践 | ||
| 3.... | 理论+实践 | ||
| 第二部分 全向底盘设计 及运动控制 | 三轮全向底盘设计 及运动控制 | 1.设计分析-三轮、四轮全向底盘结构设计 | 理论+实践 |
| 2.技术验证1-三轮、四轮全向底盘绘制矩形 | 理论+实践 | ||
| 3.... | |||
| 第三部分 仿生机器人设计 及运动控制 | 串联关节型 仿生机器人 设计及控制 | 1.设计分析-多自由度多足机器人结构设计 | 理论+实践 |
| 2.技术验证1-二自由度串联仿生腿结构运动控制 | 理论+实践 | ||
| 3.技术验证2-八自由度四足仿生机器人步态前进、转向 | 理论+实践 | ||
| 4.... | 理论+实践 | ||
| 并联仿生机器人 | 1.设计分析-并联仿生机器人结构设计 | 理论+实践 | |
| 2.技术验证1-基于并连5杆机构的机器狗腿控制 | 理论+实践 | ||
| 3.... | 理论+实践 | ||
| 第四部分 高级控制 | 机器人定位技术 | 1.WiFi主从模块设置及通信与定位 | 理论+实践 |
| 机器视觉技术 | 1.视觉颜色、形状及二维码识别 | 理论+实践 | |
| 2.云台追踪几何图形 | 理论+实践 | ||
| 3.人脸识别 | 理论+实践 | ||
| Slam导航-基于ROS开发 | 1.Ubuntu系统安装 | 理论+实践 | |
| 2.ROS系统基础 | 理论+实践 | ||
| 3.地图自构建与导航-激光雷达 | 理论+实践 | ||
MX201
一. 设备简介
高级版Rino-MX201包含15种机器人模块，机器人创新案例数在50种以上，完全包含MX101的全部教学内容，构型更加丰富。三个主控板方案，其中包括一款ARM Cortex M3芯片主控板。传感器15种（总数25个），包括语音识别、颜色识别、CCD摄像头等，通信方式包括蓝牙、WiFi无线通信等。可实现遥控和示教编程。让学生可以自由搭建更多，功能更强大的机器人。
采用Arduino开源编程系统，C语言图形化双界面，教学更加方便。
二. 可组装样机
产品配置 类型
机器人案例 50种以上机器人组装案例，涵盖轮型、履带型、关节型、仿生型等
主控板 “探索者”、Basra主控板，Arduino开源机器人软件/可选STM32为主控的版本，产品型号为RINO-MX202
扩展板 “探索者”Bigfish综合扩展板，Birdmen手柄扩展板。最多可支持10个舵机、10个传感器、2个直流电机
结构零件 大型铝镁合金零件，国际标准M3接口；含平板件、连杆件、折弯件、圆形件、腿型件等；ABS塑胶零件，
包括方孔齿轮、圆孔齿轮、偏心轮、挡片偏心轮等
机械配件 不锈钢螺丝、螺母、螺柱、轴套等
电机 3~9V直流电机，2种规格金属齿轮180度和270度伺服电机
传感器 红外、闪动、声控、触碰、颜色、加速度、编码器、触须、光强、灰度、超声波、温度、WiFi无线 摄像头、摇杆模块等
输出模块 LED、语音、OLED
通信模块 蓝牙模块、2.4G无线通信模块、无线路由器等
机器人结构设计案例（部分）
机器人功能设计案例（部分）
| 教学点 | 详细说明 |
| 机械组装入门 | 造型设计 |
| 驱动轮模块及其应用 | 驱动轮模块的组装与控制 |
| 驱动轮的应用3——双轮万向底盘与Fading程序 | |
| 驱动轮的应用4——四驱底盘与电机1拖2控制 | |
| 随动轮模块及其应用 | 随动轮模块的组装 |
| 随动轮的简单应用——双驱三轮底盘 | |
| 履带模块及其应用 | 履带模块组装与控制 |
| 履带的简单应用——履带底盘 | |
| 关节模块及其应用 | 关节模块的组装与控制实验 |
| 关节的简单应用——2自由度云台与for循环 | |
| 机械爪模块及其应用 | 机械手爪模块组装与控制实验 |
| 机械手爪的应用——3自由度排爆机器人 | |
| 底盘转向机构设计案例 | 1.1 几种能够进行差速转向的底盘 |
| 1.2 几种具有转向机构的底盘 | |
| 1.3 一种多自由度全向移动底盘 | |
| 收集装置设计案例 | 2.1 几种抓取物品的装置（机械爪） |
| 2.2 一种铲式收集装置 | |
| 2.3 一种滚筒收集装置/机器人 | |
| 机械臂设计案例 | 3.1 几种串联式机械臂 |
| 3.2 一种连杆串联混合机械臂关节和机械臂 | |
| 3.3 几种杠杆式机械臂 | |
| 4.2 几种欠驱动仿生行走机器人 | |
| 4.3 几种关节串联仿生行走机器人 | |
| …… | …… |
| 教学点 | 课程 | 详细说明 |
| 编程入门 | 实验1 | blink |
| 传感器的应用数字量传感器的应用 | 实验2 | 数字量传感器测值 |
| 实验3 | 模拟量传感器测值 | |
| 实验4 | 数字量简单应用-开关启动机器人方案 | |
| 实验5 | 模拟量简单应用-机器人避障方案 | |
| 机器人综合调试 | 实验6 | 机器人循迹方案 |
| 实验7 | 悬崖躲避方案 | |
| 实验8 | 机器人身体平衡方案 | |
| 实验9 | 机械臂颜色识别分拣方案 | |
| 实验10 | 视觉识别追踪小车方案 | |
| 实验11 | 全地形小车方案 | |
| 机器人通信 | 实验12 | Android蓝牙通信方案 |
| 实验13 | 操作杆方案 | |
| 实验14 | NRF无线遥控方案 | |
| 实验15 | …… |
