¶ 智元素小型服务机器人产品白皮书
¶ 一 产品概述
“智元素”是以人工智能技术应用为特色的一款半仿人智能机器人开放平台，包含毁伤融合算法、体感交互、人脸识别、手势识别、机器视觉等技术应用，
处理器搭载国产AI芯片，采用Linux操作系统，支持Python视觉编程，可以在控制器上部署深度学习框架，完成如目标检测，人脸识别，手写数字识别等人工智能的应用，
算法高度封装，可以使用简单的Python代码调用API直接得到推理结果，也可以使用Python代码调用预训练模型进行开发，学生通过实践对AI与具身智能技术可具有初步的理解。
可以选配体感控制组件包，进行敏捷式人机交互的创新实践与体感格斗。围绕机器人格斗场景应用，开发了详细的实验教程，是人工智能等专业开展兴趣引导和专业核心课程的理想平台。
¶ 二 产品外观
¶ 三 产品组成
¶ 3.1硬件组成
产品硬件由三轮全向底盘和人形上身组成，三轮全向底盘和人形上身可以单独开发，单独调试，同时配有可AI编程的背包和摄像头。硬件结构与各模块之间的通讯接口如下图所示：
¶ 3.2软件组成
智元素支持图形化编程、Arduino IDE、Python、C++等多种编程环境，配备手机调试软件，机器人动作编辑器，体感组件包配置有体感操作软件等。
动作编辑器软件
底盘图形化编程
手机App控制
Python编程
¶ 3.3拓展模块
可选配体感组件包由6个体感模块和一个接收机组成，通过体感模块将人体动作投射到半仿人机器人上，实现敏捷式人机自然交互，
可远程控制智元素，实现全向移动，双臂运动控制等。
体感模块，实现敏捷人机交互
¶ 四 产品特点
- **结构：**模块化设计，下半部分为3轮全向底盘，坚固的不锈钢材质。上半部分为人形身体及双4自由度机械臂，手臂可单独使用；
- **运动：**全向底盘最大速度2m/s，具有航向和角速度双闭环；
- **控制：**视觉与AI处理，RK3588S；行为处理，Arduino Mega2560；底层运动，STM32，三模块均可独立编程开发；
- 执行：机械臂，带机械离合总线舵机；全向移动底盘；
- **传感：**格斗系统，霍尔与加速度传感融合；RJ45扩展各种传感器；
- **软件：**手机APP、动作编辑器、Arduino IDE等，很方便进行整体测试与单模块调试；
- **拓展组件包：**可拓展体感控制组件包，支持敏捷式人机交互技术的体感控制。
¶ 五 产品功能
- **模块化设计：**智元素机器人采用模块化设计，结构开放性强，可兼容市面上多种积木类结构件，也可通过3D打印、激光切割等先进制造技术制作配件，拓展性强；
- **机械臂：**采用自研的特殊结构的舵机和滑环搭建而成，耐冲击且具有电流保护，线缆内置避免钩挂损坏，手臂有多处拓展结构方便定制外壳，末端有通信和供电接口，方便拓展其他执行器。可示教编程，贴近工业机械臂的使用习惯；
- **底盘：**采用三轮全向底盘，具有自稳和自主运动解算功能，只需输入底盘移动方向、速度和转向即可轻松、准确控制底盘向任意方向移动。锰钢保护架，防止电机、全向轮在运动过程中损坏，模块化设计，留有供电和通信接口，方便二次开发；
- **非破坏性战损系统：**连接真实格斗与虚拟损害，利用多传感器混合算法识别不同打击位置与打击力度，让战斗损伤如游戏般呈现在手机操控端APP；
- **人工智能背包：**主体为国产AI芯片RK3588S，具有6TOPS等效算力，与机体通过总线式通信，摄像头支架可拆卸，方便根据不同应用调节摄像头位置，可以让智元素具有视觉检测、深度学习等多种人工智能应用。
¶ 六 教学资源
¶ 6.1支持创新实践课程
本平台支持创新课程《智能机器人体感格斗》与《智能机器人Python视觉应用开发》。
《智能机器人体感格斗》课程是依托于智元素的体感控制组件包，通过这门课程可以了解半仿人机器人的结构，系统组成，运动控制，动作编辑，各传感器数据类型与使用方法，及如何进行人机交互等。而《智能机器人Python视觉应用开发》这门课程除了机器人的硬件组成与控制，更多讲解如何给机器人装上“大脑”和“眼睛”，“具身智能”技术如何赋予半仿人机器人更多智能化的应用。
这两门课程可作为以智能机器人为实践载体的新工科专业《机器人导论》《人工智能导论》等专业的通识课程支撑，两门课程均支持以赛带课，竞赛可作为课程的延伸和出口，可参加竞赛详见第八章竞赛资源。
¶ 6.1.1智能机器人体感格斗
开课平台为智元素搭配体感组件包。
| 智能机器人体感格斗（16课时） | ||
|---|---|---|
| 课次 | 课程内容 | 课时 |
| 第1次 | 手机APP及运动演示 | 2 |
| 第2次 | 智元素动作编辑及示范 | 2 |
| 第3次 | 智元素模块化编程 | 2 |
| 第4次 | 动作捕捉原理 | 2 |
| 第5次 | 体感格斗程序原理 | 2 |
| 第6次 | 比赛规则和技巧 | 2 |
| 第7次 | 体感动作编程实现 | 2 |
| 第8次 | 演示与汇报 | 2 |
¶ 6.1.2智能机器人Python视觉应用开发
| 智能机器人Python视觉应用开发（26课时） | ||
|---|---|---|
| 课次 | 课程内容 | 课时 |
| 第1次 | Linux操作基础 | 2 |
| 第2次 | Python驱动智元素控制 | 2 |
| 第3次 | Opencv与数字图像处理 | 2 |
| 第4次 | 驱动摄像头获取图像 | 2 |
| 第5次 | 颜色识别 | 2 |
| 第6次 | 形状识别 | 2 |
| 第7次 | 人脸识别 | 2 |
| 第8次 | 二维码检测与识别 | 2 |
| 第9次 | 手势识别 | 2 |
| 第10次 | 人脸表情识别 | 2 |
| 第11次 | 目标跟踪 | 2 |
| 第12次 | MLP手写数字识别 | 2 |
| 第13次 | 基于深度学习的目标检测 | 2 |
¶ 七 产品运行环境
| 序号 | 名称 | 系统/软件全称 |
|---|---|---|
| 1 | 动作编辑软件 | Windows系统7以上； |
| 2 | 格斗APP | Android 8.0以上； |
| 3 | 体感软件 | Windows系统7以上； |
| 4 | 图形化编程软件 | Windows系统7以上； |
| 5 | AI机载系统（AI背包） | 操作系统Ubuntu20.04； |
¶ 八 竞赛资源
¶ 8.1中国高校智能机器人创意大赛（纳入全国高校学科竞赛排行榜）
中国高校智能机器人创意大赛创办于2017年。
首届大赛由中国高等教育学会、教育部工程图学课程教学指导委员会、中国高校智能机器人创意大赛组委会共同主办，浙江大学机器人研究院、中国高等教育学会工程教育专业委员会承办，决赛由浙江省余姚市人民政府承办。之后大赛每年举办一次，至今已经连续举办6届。大赛以“更好、更快、更强”为主题，以培养学生提出问题能力为起点，形成问题提出、解决方案、具体创作和后期孵化一体化的人才培育链条，助力机器人相关人才培养成效显著，高校参赛积极性高、参与面广。
竞赛项目：
| 赛项 | 推荐产品 | 建议参赛对象 | |
|---|---|---|---|
| 主题一 | 模块化产品搭建组 | 智元素 | 大一-大三 |
| 主题三 | 统一部件组仿人格斗（仿人体感格斗） | 智元素+体感组件包 | 大一-大三 |
| 主题三 | 统一部件组视觉对抗A | 智元素 | 大二-大三 |
| 备注 | 考虑到准备考研或实习、毕设等，建议的参赛对象没有包含大四的学生，如有大四的学生入队参赛效果会更好。 | ||
¶ 8.2中国机器人大赛暨RoboCup机器人世界杯中国赛（纳入全国高校学科竞赛排行榜）
大赛由中国自动化学会主办，由在RoboCup国际联合会任职的中国高校教授、学者具体组织，大赛顾问由十多位自动化领域的知名院士、专家组成，依托中国自动化学会在自动化、机器人与人工智能领域的强大影响力和专业实力，大赛的技术水平和学术水平得到了高校广泛认可。赛制为每年举办一次，至今已成功举办25届。是我国面向大学生开展的综合技术水平最高的机器人学科竞赛之一，致力于推进机器人相关学科，特别是自动化、机器人、人工智能等学科的发展。截至目前，每年参加“中国机器人大赛暨RoboCup机器人世界杯中国赛”专项赛、总决赛的参赛院校已达到300余所，队伍数量超过1500支，总人数超过5000人。
竞赛项目：
| 赛项 | 推荐产品 | 适合的参赛对象 | |
|---|---|---|---|
| 武术擂台赛 | 人机协同攻防赛 | 智元素+体感组件包 | 大一-大三 |
| 职教赛道 | 智能机器人体感竞技 | 智元素+体感组件包 | 大一-大三 |
| 备注 | 考虑到准备考研或实习、毕设等，建议的参赛对象没有包含大四的学生，如有大四的学生入队参赛效果会更好。 | ||
¶ 8.3中国智能机器人格斗及竞技大赛（纳入全国普通高校机器人竞赛指数）
大赛在机器人武术擂台赛的基础上发展而来，从2008年开始举办，每年一届，已有十五年的历史。大赛由中国人工智能学会主办，推动了“创新、实践、合作、分享”等创客精神的传播，加快了AI、机器人技术在广大青年中的普及和发展，培养和选拔了一批优秀的创新型新技术科技人才，受到政、产、研、学等各界的广泛关注和支持。截至目前，每年有200多所高校1000多支队伍报名参赛，央视、新华网等主流媒体多次报道，现场观众累计达50余万人次，海内外在线观看比赛直播累计500多万人次，具有较大的行业和社会影响力。
竞赛项目：
| 赛项 | 推荐平台 | 适合的参赛对象 | |
|---|---|---|---|
| 仿人体感格斗 | 智元素+体感组件包 | 大一-大三 | |
| 机器人视觉对抗A | 智元素 | 大二-大三 | |
| 创新类 | 智能机器人创新设计 | 智元素 | 大一-大三 |
| 备注 | 考虑到准备考研或实习、毕设等，建议的参赛对象没有包含大四的学生，如有大四的学生入队参赛效果会更好。 | ||
中国智能机器人格斗及竞技大赛现场，中央政治局常委、政协主席汪洋到现场视察指导。
¶ 九 产品服务
¶ 9.1 产品交付安装及部署服务
- 服务内容
完成产品交付的软硬件安装部署工作：
- 智元素高级版的开箱；
- 智元素高级版单模块联通测试运行正常；
- 智元素高级版整体功能运行正常；
- 智元素体感组件包功能运行正常（如选配）；
- 课程内容现场交付；
- 客户电脑相关软件的配置。
- 服务标准
1名售后工程师，按照产品交付形态完成产品交付。
- 准备条件
- 完整的产品已到达现场；
- 预留有最小6平米的占地面积，用于机器人的调试；
- 准备有一台计算机，运行Win10以上的操作系统；
- 预留220V电源接口，充电使用。
¶ 9.2 产品使用及实训培训服务
- 服务内容
在产品完成安装部署后，对客户进行产品使用及实验课程方面的培训。
- 产品基本介绍
基于产品实物，对产品进行介绍。主要包括产品配套、产品组成、产品部件、应用系统、场景演示等；
- 产品基础课件培训
基于上手指南，对产品进行详细的介绍。主要包括产品概要、产品特色、涉及的技术、产品功能、产品组成、产品配套、产品服务、软硬件详细介绍、产品的日常维护、常见问题及注意事项等；
- 实验课程培训
对产品配套实验课程中的主要和关键章节进行培训讲解和上机讲解。
- 服务标准
1名售后工程师，6个课时的时间，对客户院校的相关老师和学生进行培训。
- 准备条件
- 已完成产品软硬件的安装部署，产品可以正常使用且处于交付形态；
- 有会议室或带有投影机的教室；
- 客户院校师生具备一定的计算机方面的基础知识和技能。
¶ 9.3 后期服务
对于已完成交付安装和相关培训的客户，在产品使用过程中，对客户遇到的问题提供解答服务，对于产品出现的故障，进行故障排查和处理服务。
| 序号 | 类型 | 内容 |
|---|---|---|
| 1 | 问题及故障反馈方式 | 电话、邮件、QQ。 |
| 2 | 服务时间 | 正常工作日，对于紧急问题提供节假日服务。 |
| 3 | 服务范围 | 对产品的功能、实操使用、实验课程、相关技术等方面提供服务。 |
| 4 | 服务响应及处理 | 对于产品故障问题，工作人员1个工作日内进行核实和确认并给出解决方案。 |