"智幻"智能机器人仿真系统
“智幻”是一款面向高校机器人工程、人工智能、自动化类、机电类、电子信息类等工科专业的专业核心课实验、专业综合实验、行业应用实践、毕业设计、创新创业及科研的智能机器人仿真平台。“智幻”具有轻量级、高性能、接口丰富、便于开展实验教学的特点，包含社区、仓库、工厂、写字楼等十余种三维仿真场景。在仿真系统中可实现单目相机、深度相机、激光雷达、TOF、超声波等传感器的仿真并可加载到服务机器人上，实现服务机器人基于多传感器融合的自主建图、导航避障、全覆盖路径规划、人脸检测、目标跟踪、物体识别、语音交互等功能。“智幻”的代码完全开源可进行二次开发，提供C++、Python、ROS等接口。学生可在仿真系统内学习智能机器人的基础知识，进行分模块实验、综合实验及行业应用实践等，可系统开展实验教学、竞赛、毕设及科研等工作。
（1）产品特点
●高性能处理器，接口丰富：采用英特尔酷睿i7四核处理器，最大睿频频率4.70 GHz，搭载高性能英特尔锐炬显卡。无线接口支持双频wifi、蓝牙，有线接口支持有线网口、USB3.1、Type-C、HDMI等；
●尺寸小巧，使用便捷：“智幻”智能机器人仿真系统硬件采用铝合金材质，重量轻、体积小、使用便捷，便于用户结合实验室现有的硬件情况快速部署，开展实验；
●包含多个服务机器人行业应用场景：“智幻”智能机器人仿真系统内置多个面向服务机器人真实行业应用的仿真场景，并配套有面向场景应用的综合实践案例；
●软件功能全面：提供基础教学软件、前沿算法软件、系统仿真软件、人机交互软件等，支持用户依托服务机器人技术开展全面的实验教学；
●配套课程丰富：提供《机器人操作系统基础》、《服务机器人系统设计》、《服务机器人传感器信息处理》、《机器视觉》、《人工智能》、《机器人定位与导航算法》、《机械臂运动规划》等实验指导书，满足不同层次学生的学习需求。
●仿真参数与真机对应，可快速移植验证：“智幻”内置的机器人模型与“卓尔”系列服务机器人完全一致。“智幻”的软件程序可在“卓尔”上进行快速验证，也可为“卓尔”服务机器人提供算法训练数据，提高“卓尔”在实际场景中系统运行的鲁棒性。
（2）适用领域
●工科大类相关专业开展专业核心实验课、综合实验课、行业应用实践等；
●工科院大类专业、工程训练中心、双创学院等参加服务机器人仿真竞赛；
●工科大类相关专业本科生毕业设计；
●研究生进行服务机器人算法和实验原理仿真验证等。
（3）软件功能
●基础教学软件：是面向专业核心课程知识点的内容讲解与实验案例实操调试的软件，如ROS机器人操作系统相关的自定义主题、消息、服务等功能技术点，机器人视觉中图像滤波、数字图像处理等知识点。基础教学软件配有详细的实验指导书，案例实现与理论教学高度结合，促进学生对相关知识点的深入理解；
●前沿算法软件：封装了一系列服务机器人常用的定位、导航、规划、避障、人工智能的先进算法，并预留了接口方便调用，配有详细的API说明与二次开发指导书，适合对软件算法感兴趣，有拔高需求的用户；
●系统仿真软件：包含多种服务机器人的真实应用场景，针对每个应用场景都配套有综合的实验案例指导书，帮助学生结合产业应用进行综合实践；
●人机交互软件：包含了机器人调试软件和运行状态展示软件等，配有软件说明，帮助学生理解掌握如何对机器人进行系统的调试。
“智幻”内置的服务机器人行业应用场景示例：
课程设置示例
课程名称：机器人操作系统基础、服务机器人系统设计、服务机器人传感器信息处理、机器视觉、人工智能、机器人定位与导航算法、机械臂运动规划
开课年级： 大二-研究生
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机器人操作系统基础（40学时） |
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课次 |
课程内容 |
学时 |
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第1次 |
ROS机器人操作系统综述 |
2 |
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第2次 |
ROS文件系统 |
2 |
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第3次 |
ROS通讯框架 |
2 |
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第4次 |
ROS常用工具 |
2 |
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第5次 |
ROSCPP编程实验 |
2 |
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第6次 |
ROSPy编程实验 |
2 |
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第7次 |
ROS主题与消息 |
2 |
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第8次 |
ROS服务 |
2 |
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第9次 |
ROS参数服务器 |
2 |
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第10次 |
ROS动作库 |
2 |
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第11次 |
仿真场景下ROS控制机器人底盘 |
2 |
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第12次 |
仿真场景下里程计与坐标变换 |
2 |
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第13次 |
仿真场景下Imu与里程计非线性优化 |
2 |
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第14次 |
仿真场景下Gmapping自主定位与建图 |
2 |
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第15次 |
仿真场景下Cartographer自主定位与建图 |
2 |
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第16次 |
仿真场景下Navigation自主导航 |
2 |
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第17次 |
仿真场景下机器人自主巡航实验 |
2 |
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第18次 |
仿真场景下多机联动实验 |
2 |
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第19次 |
仿真场景下机械臂驱动实验 |
2 |
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第20次 |
仿真场景下机械臂抓取实验 |
2 |
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服务机器人系统设计（20学时） |
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课次 |
课程内容 |
学时 |
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第1次 |
服务机器人仿真系统构建 |
2 |
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第2次 |
Gazebo仿真软件基本操作 |
2 |
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第3次 |
搭建自定义gazebo仿真模型 |
2 |
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第4次 |
搭建自定义gazebo仿真场景 |
2 |
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第5次 |
Urdf-服务机器人描述文件 |
2 |
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第6次 |
服务机器人两轮差分模型与文件描述 |
2 |
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第7次 |
服务机器人位置运动学与坐标变换 |
2 |
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第8次 |
服务机器人微分运动与动力学 |
2 |
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第9次 |
Urdf-机械臂描述文件 |
2 |
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第10次 |
机械臂正逆运动学 |
2 |
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服务机器人传感器信息处理（20学时） |
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课次 |
课程内容 |
学时 |
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第1次 |
仿真场景下激光雷达传感器信息处理 |
2 |
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第2次 |
仿真场景下激光雷达避障实验 |
2 |
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第3次 |
仿真场景下激光雷达跟踪实验 |
2 |
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第4次 |
仿真场景下深度视觉传感器信息处理 |
2 |
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第5次 |
仿真场景下点云特征提取实验 |
2 |
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第6次 |
仿真场景下点云滤波实验 |
2 |
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第7次 |
仿真场景下imu传感器信息处理 |
2 |
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第8次 |
仿真场景下imu滤波实验 |
2 |
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第9次 |
仿真场景下超声传感器信息处理 |
2 |
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第10次 |
仿真场景下超声避障实验 |
2 |
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机器视觉（50学时） |
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课次 |
课程内容 |
学时 |
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第1次 |
Opencv概述 |
2 |
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第2次 |
图像处理基本操作 |
2 |
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第3次 |
像素处理与通道操作 |
2 |
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第4次 |
图像位运算 |
2 |
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第5次 |
色彩空间类型转换 |
2 |
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第6次 |
图像几何变换 |
2 |
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第7次 |
阈值处理 |
2 |
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第8次 |
图像平滑处理，插值与滤波 |
2 |
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第9次 |
形态学操作 |
2 |
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第10次 |
图像梯度运算 |
2 |
|
第11次 |
边缘检测 |
2 |
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第12次 |
图像金字塔 |
2 |
|
第13次 |
轮廓与连通域 |
2 |
|
第14次 |
直方图处理 |
2 |
|
第15次 |
模板匹配 |
2 |
|
第16次 |
傅里叶变换 |
2 |
|
第17次 |
霍夫变换于形状提取 |
2 |
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第18次 |
图像分割与提取 |
2 |
|
第19次 |
视频处理 |
2 |
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第20次 |
绘图与交互 |
2 |
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第21次 |
K邻近算法 |
2 |
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第22次 |
SVM支持向量机 |
2 |
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第23次 |
仿真场景下人脸识别 |
2 |
|
第24次 |
仿真场景下二维码识别 |
2 |
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第25次 |
仿真场景下目标跟踪开发 |
2 |
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人工智能（30学时） |
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课次 |
课程内容 |
学时 |
|
第1次 |
人工智能导论 |
2 |
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第2次 |
深度学习简介 |
2 |
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第3次 |
目标检测框架 |
2 |
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第4次 |
训练模型-数据采集 |
2 |
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第5次 |
训练模型-数据标注 |
2 |
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第6次 |
训练模型-参数配置 |
2 |
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第7次 |
Openvino简介 |
2 |
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第8次 |
模型优化 |
2 |
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第9次 |
推理计算C++范例 |
2 |
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第10次 |
推理计算Python范例 |
2 |
|
第11次 |
进一步提升AI推理性能 |
2 |
|
第12次 |
工业领域光学字符识别范例 |
2 |
|
第13次 |
垃圾瓶自动分选项目范例 |
2 |
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第14次 |
农作物病虫害自动识别项目范例 |
2 |
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第15次 |
深度学习外观缺陷检测项目范例 |
2 |
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机器人定位导航算法（22学时） |
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课次 |
课程内容 |
学时 |
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第1次 |
卡尔曼滤波算法 |
2 |
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第2次 |
仿真场景下gmapping算法进阶 |
2 |
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第3次 |
仿真场景下cartographer算法进阶 |
2 |
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第4次 |
路径规划综述 |
2 |
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第5次 |
仿真场景下迪杰斯特拉算法实现 |
2 |
|
第6次 |
仿真场景下A*路径规划算法实现 |
2 |
|
第7次 |
仿真场景下DWA路径规划算法实现 |
2 |
|
第8次 |
仿真场景下TEB路径规划算法实现 |
2 |
|
第9次 |
仿真场景下多项式插值规划器实现 |
2 |
|
第10次 |
仿真场景下PID控制器实现 |
2 |
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第11次 |
仿真场景下MPC控制器实现 |
2 |
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机械臂运动规划（40学时） |
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课次 |
课程内容 |
学时 |
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第1次 |
仿真场景下机械臂关节控制 |
8 |
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第2次 |
仿真场景下机械臂路径规划 |
8 |
|
第3次 |
仿真场景下机械臂示教实现 |
8 |
|
第4次 |
仿真场景下机械臂曲线规划 |
8 |
|
第5次 |
仿真场景下目标抓取实验 |
8 |