ES4226 贯穿式实践教学智能车形机器人

所属分类：人工智能技术

贯穿式实践教学智能车形机器人由车体单元及多种可快速替换的车辆控制单元构成，控制单元包括：模拟电路控制单元、数字电路/FPGA/软件无线电控制单元、ARM控制单元、AI控制单元。

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1.产品介绍

贯穿式实践教学智能车形机器人由车体单元及多种可快速替换的车辆控制单元构成，控制单元包括：模拟电路控制单元、数字电路/FPGA/软件无线电控制单元、ARM控制单元、AI控制单元。每种控制单元均对应本科阶段不同年级的课程，可单独实现控制车体运行的功能，使学生从易到难、循序渐进地通过运用相关课程对应的知识点实现控制车辆行驶，从而在实践教学中更深入地掌握和运用所学知识完成实战项目开发。

贯穿式实践教学智能车形机器人使用上下两层结构，车体单元在下，控制单元在上。控制单元采用快拆式机构与车体单元相连，电气连接使用方便插拔的连接线，从而可以在车体单元上快速更换控制单元。学生可以使用车形机器人自带的各种控制单元进行二次开发与调测，也可以基于标准的结构与接口定义，自制控制单元进行创新设计与开发。除AI控制单元外，其它控制单元均采用开放式结构，便于学生观测硬件电路功能与性能。

贯穿式实践教学智能车形机器人支持的课程包括：

入门阶段：专业导论、工程训练、电子技术实训等；

基础阶段：电路分析、模电、数电、通信原理、机器学习等；

进阶阶段：FPGA、ARM、软件无线电、计算机视觉、大模型应用等；

综合创新阶段：嵌入式、软件无线电、人工智能等方向的综合设计及交叉应用。

2.产品特点

贯穿式实践教学智能车形机器人及其相关实验案例，通过重构实践教学体系，解决了传统工程教育中理论实践脱节、设备更新滞后、学科交叉不足等痛点，形成了“人才培养-技术研发-产业应用”的良性生态闭环。

全周期贯穿式实践教学体系

覆盖4大阶段：专业认知→专业基础→专业核心→综合创新，贯穿整个本科教学过程。

递进式实践闭环：搭建“理论→仿真→软硬件→模块→系统”递进式实践闭环。

支持10+门课程：支撑从专业导论、电子实训到专业综合设计、毕业设计等十余门课程的实践教学。

紧密联系工程实践

业界前沿技术：引入ARM、FPGA、软件无线电、边缘人工智能、大模型、云边协同等业界前沿技术。

创新能力培养：不仅模块开放接口，提供二次开发功能，还支持学生自定义硬件模块开发，全面培养和考察学生解决复杂工程问题的能力和创新能力。

真实场景驱动：真实工业应用场景，所见即所得，提升学生的成就感，塑造职业竞争力。

项目式教学：以市场需求为导向，进行团队分工的项目式实战，全面培养学生的技术能力与非技术能力。

数字孪生、虚实联动

自动驾驶系统从开发到道路实测的全流程充满挑战——算法逻辑偏差、控制策略缺陷等任一环节的技术漏洞，都可能在车辆运行中引发失控风险。

贯穿式实践教学智能车形机器人可与ES4235自动驾驶数字孪生在环开发软件（选配）配合，通过数据控制命令、第一视角图像等和数字孪生软件交互，实现控制指令与车辆状态数据的实时同步验证，进行硬件在环开发。

针对实验室场地受限、真实训练场景（如喷绘布、沙盘）难以支持多人并行的痛点，通过软件虚拟场景与真实场景的虚实联动，学生可先在虚拟场景中开发及“预验证”，最后再在真实训练场景中“终验证”，大幅提高实验效率。

2.产品使用

贯穿式实践教学智能车形机器人由车体单元及多种可快速替换的车辆控制单元构成，每种控制单元均可以通过获取车体的感知信息和控制底盘控制与通信模块，实现车辆的自动控制。

车体单元

车体单元包括红外感知/测距/RFID/温度/光照等传感器（双目摄像头、超声波雷达、语音等人工智能专用传感器放置在人工智能控制单元上）、转向电机/驱动电机等执行机构、电池及充放电控制以及MCU构成的底盘控制与通信模块。

底盘控制与通信模块主要负责电源管理、运动姿态采集、与上层控制单元的通信及执行车辆控制单元的控制指令。为适配不同的控制单元，底盘的驱动控制方式灵活，既可以让上层控制单元直接控制电机，也可以接收上层控制单元的方向/速度等指令后再去控制电机。

底盘控制与通信模块也开放电路、接口及代码供学生实验。

模拟电路控制单元

以驱动电机旋转为目标，设计一系列模电电路，供学生搭建电路和验证功能。学生利用模拟电子线路相关知识点，设计并调试驱动信号产生电路，速度调制电路，比例放电电路，比较器电路，晶体管放大电路，射集跟随电路，直流放大电路等模块，将各个模块融和贯通，最终能够控制小车的运行。

数电/FPGA控制单元

使用高云FPGA作为主控，将车辆运动控制作为数字电路的一个工程应用案例，在案例中分解数字电路各实验，最后再利用已有的数字电路知识，综合设计小车驱动系统、运动状态监测系统、遇障告警系统，从而达到将数字电路各实验内容贯穿于车辆运动控制的全过程。

ARM控制单元

使用STM32F407作为主控，可进行ARM嵌入式系统相关实验，配合车体单元实现小车的寻迹、避障、遥控等功能。

软件无线电控制单元

使用软件无线电模块作为主控，可以其他小车上的软件无线电模块及软件无线电平台构成车车、车路通信系统，进行通信原理/无线通信等相关实验，以及实现通过软件无线电远程控制车辆运动等综合应用功能。

人工智能控制单元

使用英伟达公司的Jetson Orin边缘计算平台作为智控单元，支持人工智能的数据采集、训练、部署和推理全流程演练。集成激光雷达、RGB-D深度相机、语音模块和通信模块，实现了人工智能的机器视觉、语音识别、自然语言处理和通信等技术控制车辆的综应用案例。同时，由于选取的边缘计算平台具有强大算力，因此除了常规的云上训练、边缘推理外，还可以边缘训练、边缘推理，提高了实验的灵活性。

5G+人工智能控制单元

在人工智能控制单元基础上增加了5G模块，通过5G通信手段将云计算与边缘计算相结合，发挥两种技术的优势，实现更高效、更智能、更便捷的数据处理和应用服务。将边缘计算作为云计算的扩展，扮演连接、处理和应用的重要角色，而云计算则提供存储、计算、安全等支撑服务，使得数据能够在边缘和云之间自由流通，从而实现智能化应用。

3.产品功能