电力作业场景认知

该步骤主要介绍电力作业场景中的各组成部分，并查看每个部件的模型，熟悉其在电力工作中发挥的功能。

(1) 点击右侧的部件名字，阅读其文字描述。

(2) 使用鼠标拖动其在右侧窗口中的模型，观察其三维结构。

(3) 同时观察左侧红色高亮部分，观察电力场景中该部件的具体位置。

(4) 选择下个部件，重复操作(1)－(3)，直至完成所有电力作业场景各部件的认知。

评分标准

电力作业场景认知（3分），完成所有部件学习+3分，遗漏一项扣0.5分。

机器人系统认知

该步骤主要对机械臂系统进行认知，对系统中各组成部分进行认知，同时根据各部件功能，培养学生搭建整个机械臂系统的能力。

(1) 点击实验页眉，选择“机器人系统认知”，进入场景观察机械臂系统搭建后的整体模型，点击该模型，观察其散开后各部件的摆放。

(2) 点击右侧部件的名字，阅读其功能描述。使用鼠标拖动，观察其三维结构。

(3) 同时观察左侧桌面上的红色高亮物体。

(4) 选择下个部件，重复步骤(2)－(3)，直至完成所有部件的认知。

评分标准

部件学习（6分），完成所有部件学习+6分，遗漏一项扣0.5分。

硬件系统构建

通过组装整个机械臂系统，让学生明白整个系统自下而上的组成，进一步了解系统的整体构成。

(1) 点击实验页眉，选择“硬件系统构建”，进入界面后观察设备库中的设备。

(2) 点击设备库中的设备，根据实验指示拖动设备，进行智能机器人系统组装。

        (3) 完成步骤(1)和(2)后，根据步骤引导，点击设备库中的连接线，拖动至相应设备间，完成各设备的连接。

3.3评分标准

机器人硬件系统构建（6分）：

(1) 部件连接，满分3分，正确完成机器人系统连接+3分，少连接一个扣0.5分；

(2) 部件组装，满分3分，正确完成机器人系统装配+3分，少安装一个扣0.5分。 

D-H参数法

该步骤以辅机械臂为例，让学生理解描述机械臂各连杆与关节之间的平移和旋转关系的方法。

        (1) 建立关节坐标系，观察各连杆长度、偏执距离、连杆扭角以及关节角在三维图中图示，点击相应参数在左侧图中有高亮显示或箭头指引。

(2) 点击右侧填写方框，填入机械臂相关参数。

（3）该环节若出现参数填写错误，系统将进行错误提示。

学生可点击左侧“步骤引导”和“知识角”，查看本步骤的任务要求以及相关知识

评分标准

(1) D-H参数表学习（2分）：完成参数学习+2分。

(2) D-H参数表填写（3分）：完成所有空缺参数填写+3分。

机器人运动学正解

本步骤研究机械臂关节状态到末端坐标系位姿表示的求解方程。

(1) 点击实验页眉，选择“机器人运动学正解”，或者在上步实验中点击“下一步”按钮。

(2) 根据任务要求，通过拖拉调节关节角，点击“运行”可查看机械臂的运动状态以及与要求位姿的契合度，修改关节角机械臂运动状态将随之改变，学生可实时查看关节对应关系、参数改变对关节运动状态的影响。

(3) 点击“重置”各关节将回到初始位置，学生可反复调试参数直至达到题目要求。

评分标准

关节角调节（6分）：正确调节所有关节角+6分，单个关节角误差超过20%扣1分；

运动学逆解

本步骤研究了机器人在工作空间下末端姿态表示到构型空间关节角向量的映射。

(1) 点击实验页眉，选择“机器人运动学逆解”，或者在上步实验中点击“下一步”按钮。查看左侧“步骤引导”和“知识角”，了解本实验的任务要求以及相关知识。

(2) 根据正解任务给出的6个关节角初值，计算机械臂末端的位姿。

(3) 通过计算出的机械臂末端位姿，反解出6个关节角对应的值。通过计算得到8组解，学生需要从另外的7组解中任选一组作为结果输入。

(4) 点击“运行”可查看机械臂运动状态，点击“重置”机械臂将恢复初始状态，点击“下一步”将进入下一步骤。

评分标准

运动学逆解计算（5分）：从8组解中的剩余7组任选一组填写+5分，位姿误差10%以内+4分，位姿误差10%~15%之间+2分，位姿误差超过15%不得分。

关节空间路径规划

本步骤主要研究对每个关节基于关节运动约束条件来规划一段光滑运动轨迹。

实验步骤

(1) 点击实验页眉，选择“关节空间路径规划”，或者在上步实验中点击“下一步”按钮。查看左侧“步骤引导”和“知识角”，了解本实验的任务要求以及相关知识。

(2) 根据任务给出的要求，选取4个中间点的角度，角速度以及角加速度。

(3) 修改参数，点击“运行”可查看机械臂运动状态及角度、角速度以及角加速度曲线；点击“重置”可重新设置参数并调节运动状态。

评分标准

关节空间路径规划（5分）：正确设置路径点的角度、角速度、角加速度，且角速度、角加速度不超过限定范围+5分，超限10%以内+4分，超限10%~20%之间+2分，超限20%以上不得分。

笛卡尔空间轨迹规划

本步骤主要研究了当机械臂初始位置和目标位置确定后，两个位置之间的轨迹规划问题。

实验步骤

(1) 点击实验页眉，选择“笛卡尔空间轨迹规划”，或者在上步实验中点击“下一步”按钮。查看左侧“步骤引导”和“知识角”，了解本实验的任务要求以及相关知识。

（2）选取合适的作业目标位置，输入目标的三维坐标，然后点击“直线轨迹规划”查看规划效果。

(3) 点击“重置”按钮，再次选取合适的作业目标位置，输入目标的三维坐标，然后点击“圆弧轨迹规划”，查看规划效果。

(4) 轨迹期间可能会因选取的目标位置不合适，而造成机械臂发生奇异，此时应重新选取合适的目标位置，重新进行规划。点击“调试记录”可查看历史调节记录，完成任务后，点击“调整完毕”。

评分标准

(1) 笛卡尔直线轨迹规划（3分）：目标位置在机器人任务空间内，并正确进行直线轨迹规划+3分，超出工作空间不得分；

(2) 笛卡尔圆弧轨迹规划（3分）：目标位置在机器人任务空间内，并正确进行圆弧轨迹规划+3分，超出工作空间不得分；

(3) 笛卡尔姿态轨迹规划（3分）：目标姿态在正确范围内+3分，超出正确范围不得分。

笛卡尔空间姿态调整

实验步骤

(1) 点击“姿态调整”按钮，输入机械臂末端姿态终止值，点击“运行”查看机械臂末端姿态变化。

(2) 无误后，点击“调试记录”，查看效果，点击“调整完毕”。

评分标准

(1) 笛卡尔空间姿态调整（3分）：目标姿态在正确范围内+3分，超出正确范围不得分。

图像预处理

为了使高危作业智能机器人能够准确地识别作业目标，必须对采集的图像进行预处理，对于整体灰度值偏低和偏高的图像采用gama校正的方法进行图像增强。

实验步骤

(1) 点击“智能识别模块设计”，直接进入到“图像预处理”模块。查看左侧“步骤引导”和“知识角”，了解本步骤的任务要求以及相关知识。

(2) 点击“正常光照”，填写光照gamma值，点击“查看效果”，观察图片的明暗度以及提示信息，该环节可反复调节参数，直至显示出满意结果。

(3) 学生可选择在不同光照条件下进行参数调节，学习gamma参数调节处理图像的方法。

(4) 完成所有的图像预处理工作后，点击“调整完毕”进入下一个环节。

评分标准

(1) 调整正常光照gamma值（2分）：gamma值在参考范围内+2分，误差10%以内+1分，误差超过10%不得分；

(2) 强光照、弱光照gamma参数评分标准同正常光照。

目标识别

实验步骤

本步骤利用二值化后的图像，提取出作业物体的轮廓，计算出轮廓的最小外接矩形。

(1) 当完成“图像预处理”模块后，点击“调整完毕”进入目标识别。查看左侧“步骤引导”和“知识角”，了解本实验的任务要求以及相关知识。

(2) 设置合理的H、S和V的上下限值，点击“查看效果”，验证左右相机是否框出了作业对象。当参数调节错误时，系统将给出具体提示。

(3) 准确识别目标后，可点击“确定”按钮进入下一步骤。

评分标准

目标识别（6分）:调整H、S、V通道值：相应参数上下限值均正确+6分，误差10%以内+4分，误差10%~20%之间+2分，误差超过20%不得分；

双目测距

实验步骤

本步骤基于双目测距原理计算得到作业目标在相机坐标系下的位置。

(1) 当完成目标识别模块后，点击“确定”进入本步骤，查看左侧“步骤引导”和“知识角”，了解任务要求以及相关知识。

(2) 设置合理的U0、V0和基线B的值，点击查看效果，判断相机坐标系下真实值和测量值的误差。

根据提示内容，重新调整U0、V0和基线B的值，直到效果满意。

(3) 调试完成后，点击“确定”，完成该模块实验。

评分标准

(1) 基线参数B（1分）：参数正确+1分，误差10%以内+0.5分，误差超过10%不得分；

(2) 主点坐标（1分）：参数正确+1分，误差10%以内+0.5分，误差超过10%不得分；

(3) 主点坐标（1分）：参数正确+1分，误差10%以内+0.5分，误差超过10%不得分；

复杂作业场景下的目标识别与测距

实验步骤

通过自主操作感受智能机器人自主感知环境、调整控制路径、完成控制作业的全过程，使学生具备智能机器人结构组装、系统设计、简单功能调试的能力。

(1) 点击“高危作业综合设计--避雷器拆卸”按钮，进入实验。查看左侧“步骤引导”和“知识角”，了解本实验的任务要求以及相关知识。

(2) 根据前面实验的内容，设置合理的H、S和V的值，点击“查看效果”进行目标的识别，完成后点击“开始测距”的按钮。

(3) 设置合理的U0、V0和基线B的值，点击“查看效果”进行对目标的测距，完成后点击“开始拆装”的按钮。

评分标准

双目识别与测距（5分）：双目识别参数上下限值均正确+2分，误差10%以内+1分，误差超过10%不得分；②双目测距基线参数B正确+1分，误差10%以内+0.5分，误差超过10%不得分，主点坐标 、 参数评分标准同基线B

智能机器人拆卸避雷器实验

实验步骤

智能机器人安装避雷器实验

实验步骤

在体会完旧避雷器拆卸的全过程之后，学生对于电力作业的全过程有了一定的认知。

(1) 点击“高危作业综合设计/避雷器安装”按钮，进入实验。查看左侧“步骤引导”和“知识角”，了解本实验的任务要求以及相关知识。

(2) 进行主机械臂的路径规划，使其到达避雷器位置。设置过渡位姿和作业位姿，完成后点击“直线轨迹规划”观察效果。在实际应用中，可能会产生多种干扰，使得目标位姿发生变化，因此根据实际情况，需要重新规划整个过程。

(3) 完成步骤16，然后进行第(4)步

(4) 到达作业点后，将自动进行避雷器的安放。完成后在主机械臂界面点击“手爪张开”按钮，然后点击“装下”按钮，进行避雷器下螺母的安装，完成后点击“手爪闭合”按钮，然后点击“拆上”按钮，进行上螺母的拆卸

(5) 然后辅机械臂进入辅机械臂的操作界面，然后点击“移动线缆”按钮，对线缆进行移动。

(6) 点击“主机械臂”按钮，回到主机械臂操作界面，点击“装上”按钮，进行上半部螺母的安装，完成后点击“手爪张开”。

(7) 点击“辅机械臂”按钮，点击“手爪张开”，将线缆移走。

(8) 完成所有操作后，点击“实验方案”，无误后点击“提交”，然后可查看小结报告，核对分数。

(9) 点击屏幕左上角按钮，回到起始界面，点击实验报告。

评分标准

(1) 主机械臂路径规划（6分）：控制机械臂末端工装到达目标位置，位姿误差1%以内+6分，误差1%~5%之间+4分，误差5%~10%之间+2分，误差超过10%不得分；

(2) 拆卸避雷器作业流程（9分）：完成全部作业步骤，并按照正确作业流程操作+9分，步骤顺序错误+6分，遗漏一项扣1分。

(3) 平台扰动补偿（5分）：补偿计算结果误差1%以内+5分，误差1%~5%之间+4分，误差5%~10%之间+2分，误差超过10%不得分。

平台扰动补偿计算

实验步骤

(1) 在实际应用中，可能会产生多种干扰，使得目标位姿发生变化，因此根据实际情况，需要重新规划整个过程。

(2) 由于扰动，目标位姿发生变化，根据新的目标位置与姿态，进行笛卡尔空间的路径规划。

(3) 完成后返回步骤(15)的(4)

评分标准

平台扰动补偿（5分）：补偿计算结果误差1%以内+5分，误差1%~5%之间+4分，误差5%~10%之间+2分，误差超过10%不得分。