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 机器人创新实验室

(1)建设目的

新兴产业的不断发展及传统产业的升级改造,要求人才具备多学科知识融合、工程实践能力和创新能力强的专业人才,这就是当前“新工科”概念的背景,在这种背景下,高等学校在人才培养方面需要进行改革与探索,特别是传统工科专业如何满足新形势的发展要求,为此,针对传统的IT类专业,引入机器人创新实践平台,从人才培养方案的高度探索出一条传统工科专业改革的有效途径。

机器人作为人工智能技术的应用载体,具备多学科知识交叉融合、解决复杂工程问题、易于激发学生学习兴趣、具有无限创新可能的特征,是其它教育工具所无法比拟的。自主移动、语音识别、机器视觉、场景理解、定位导航等多项人工智能技术可以在机器人中得到全方位的创新组合,构成人工智能教育的最佳载体。将机器人知识融入到IT类专业中,打造机器人创新实践平台,提高传统专业的培养质量,同时也为机器人产业培养相关人才,是该项目的最终目标。

(2)建设思路

落实以学生为中心的理念,加大学生选择空间,方便学生跨专业库学科跨校学习,增强师生互动,改革教学方法和考核方式,形成以学习者为中心的工程教育模式。推进信息技术产业和教育教学深度融合,推动产学研用紧密结合和科技成果转化应用。

机器人实践平台融入人才培养各个环节,首先在计算机基础类课程中引入智能小车,以图形化编程方式培养学生的计算思维能力,然后在专业类课程融入多功能机械臂及人形机器人的软硬件开发知识,加强专业课的学习。在实践类课程中以复杂机器人为实训平台,重点从机器人软硬件开发角度培养学生的工程实践能力和创新能力。通过整个人才培养方案的调整,融入不同层次的机器人软硬件知识,满足学生对机器人的探索欲望,打造机器人贯穿式创新实践教学平台,形成知识深度不断加强、培养质量不断提升的人才培养模式。

(3)建设内容

 以智能机器人引领的创新实践课程,包括课内实践教学、课外科技竞赛创新训练、机器人开发实训与培训。以实验室为课堂,以竞赛为实践、以工程案例为实训,依据目标导向教育理念来打通课堂理论知识和工程实践。同时,机器人实践基地为跨院系、跨学科、跨专业交叉培养新工科人才提供基础保障;与企业成立联合实验室,由校内导师和企业导师共同打造共享型协同育人机器人实践基地,以产业和技术发展的最新成果推动工程教育改革,从而产生机器人工程教育的学、研、创开放融合新生态。

  1. 智能小车

智能小车可以自主在特定环境里运作,具有自动寻迹、寻光、避障功能,可程控行驶速度、准确定位停车,远程传输图像等功能,对于自动运输机器人、地震救险机器人、家用扫地机器人等自动半自动半自动机器人的设计与普及有重要参考意义。

智能小车由以下系统组成:

  1. 控制系统: Raspberry Pi3(树莓派3);
  2. 车轮驱动:四个直流减速电机;
  3. 信息采集:超声波传感器、红外传感器可以实现避障功能;光传感器可以实现循迹功能;摄像头实现图像采集。

 

2)工业级桌面机械臂

工业级桌面型机械臂,具备较高的可靠性。具有4轴高精度、高重复定位精度、带步进电机。可以画、写、移动、抓握东西。做到尽可能地方便易用,可以扩展不同的接口,可以实现语音控制,手势传感、体感控制、视觉识别等。外形时尚,体积小,运行平滑和安静。

       

3)人形机器人

机器人跨栏、机器人钻障碍、机器人上下楼梯,可以扩展不同的接口,可以实现语音控制。

          

4)智能手环

在智能硬件领域,智能手环是使用最广泛的智能穿戴设备之一。其拥有的强大功能正悄无声息地渗透和改变着人们的生活。通过手环,人们可以记录日常生活中的锻炼、睡眠等实时数据,并能将这些数据与手机、平板同步,起到通过数据引导健康生活的作用。

该款手环拥有的主要功能是记步、心率监控、来电提醒、睡眠追踪、时间显示等。它主要包含有传感器技术,单片机技术,蓝牙通信技术,ucos操作系统等。

 

5)智能飞行器

随着移动互联网和人工智能的发展,目前无人机市场一片欣欣向荣,本实训采用的四轴飞行器是一种多旋翼飞行器。四轴飞行器的四个螺旋桨都是电机直连的简单机构,十字形的布局允许飞行器通过改变电机转速获得旋转机身的力,从而调整自身姿态。与直升机相比,四轴飞行器可以实现的飞行姿态较少,不过基本的前进、后退、平移等状态都可以实现。但是四轴飞行器的机械结构远远比直升机简单,维修和更换的开销也非常小。

本次实训要求实现飞行器的平稳飞行,飞行器垂直上升和垂直下降,前后左右方向运动,顺时针改变航向,逆时针改变航向,飞行器定高飞行,飞行器翻转和抛飞。

 

6)基于实时视频分析的入侵监测系统

基于实时的视频流,利用图像识别功能,自动检测视频中的运动物体。包括后端数据处理和前端web页面实时显示结果, 广泛应用在小区入侵监测,智能家居的安防,老人智能看护等领域; 加入人脸识别系统,结合其他的智能产品,实现高度自动化的物联网自动化运行环境。同时支持异常图像上传至云服务器,可以配合手机APP,实现全方位,实时监控的目的。

  1. 控制系统: Raspberry Pi3 
  2. 信息采集;
  3. Pi camera,支持红外功能;

7)基于区块链技术的物流追踪溯源系统

利用区块链多中心化、共识机制、安全、透明、数据不可篡改、全程可追溯等特性, 结合政府部门的实际情况,基于区块链数据共享和联动平台,实现多个部门的数据共享,打通各政府机关的信息壁垒,实现公、检、法、司信息互通互联,实现网上业务流转和信息共享。

本项目实现了平台的核心部分,包括链条的管理,存储交易,加入新块等功能,要达到的技术要求是:

  1. 联盟链,多方共管和参与;
  2. 区块链出块时间不高于2秒;
  3. 区块链交易确认时间不高于3秒;
  4. 共识机制支持POA

                  

物联网双创实验室

    平台整体逻辑架构分为“一云两端”,其中“云”指的是基于OpenStack和Docker技术构建的虚拟化平台以及在其上实现的各项数据处理相关的基础服务,同时涵盖了数据传输、数据解析、数据路由、数据采集、接口服务、数据透传、项目管理、人工智能等各项数据处理相关的基础服务。“两端”包括传感端和用户端,传感端负责采集传感器数据并接收控制指令,用户端通过PCPad、手机等智能终端为用户提供数据展示和交互功能。学生可以在该平台上利用各项基础服务开展任意类型的实训项目研发,一方面利用了平台基础架构服务,提高了研发起点,同时又将研发成果自然的融入平台,实现永久保存。