概述
项目背景概述
2017年国务院印发《新一代人工智能发展规划》，规划中指出，我国计划在2020年人工智能总体技术和应用与世界先进水平同步；2025年人工智能基础理论实现重大突破，智能社会建设取得积极进展；2030年人工智能理论、技术与应用总体达到世界领先水平，我国成为世界主要人工智能创新中心，占据人工智能科技制高点。要实现上述目标，人工智能教育不可或缺，而STEAM教育则是其中的一个方向。
中国国内STEAM教育从教育部层面开始大力推广，各省市相继出台相关的执行办法。2015 年 9 月，教育部出台《关于“十三五”期间全面深入推进S（科学）T（技术）E（工程）A（艺术）M（数学）教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》，提出STEAM教育、创客教育等全新的培养模式。
《教育部教育装备研究与发展中心 2016 年工作要点》提出，加强创新创造教育研究，贯彻国家“双创”要求，为创客教育、“STEAM”课程提供教育装备支撑，探索将新的教育装备融入课堂，培养学生创新能力、综合设计能力和动手实践能力。2017年浙江省新高考招生录取方案中提出，将信息技术（含编程）纳入高考科目。STEAM课程在国内呈现出欣欣向荣的态势。
STEAM教育简介
STEAM，是这五个单词的缩写：Science, Technology, Engineering, Arts, Mathematics。STEAM是一种教育理念，有别于传统的单学科、重书本知识的教育方式。STEAM是一种重实践的超学科教育概念。任何事情的成功都不仅仅依靠某一种能力的实现，而是需要介于多种能力之间，比如高科技电子产品的建造过程中，不但需要科学技术，运用高科技手段创新产品功能，还需要好看的外观，也就是艺术等方面的综合才能，所以单一技能的运用已经无法支撑未来人才的发展，未来，社会需要的是多方面的综合型人才。
STEAM旨在培养孩子独立思考、分析问题、解决问题的能力。将科学、技术、工程、艺术、数学几大学科串联起来，鼓励孩子们通过实践获取科学，打破传统的“教”与“学”单一死板的模式，激发孩子的主动性。按照教育部《3-6岁儿童学习与发展指南》：幼儿科学学习的核心是激发探究兴趣，体验探究过程，发展初步的探究能力。STEAM的教学过程遵从科学探究，即：观察现象——提出问题——提出假设——做出预测——计划并实施实验——分析实验结果——记录与交流实验结果。把传统教育里被割裂的各个学科有机整合，在实验科学的串联下，形成开放式的复合思维，更符合现代人才培养需要，也更有助于孩子左右脑的全面开发。
STEAM市场分析
市场规模
北京师范大学发布的《2019全球教育机器人发展白皮书》依据全球教育机器人的相关市场调查报告及相似产品的发展历程，提出包括终端消费、教育机构、教育套件与STEAM玩具套件市场模型4个方面的关于教育机器人市场模型预测。其中，终端消费、教育机构市场模型用以预估教育服务机器人的市场模型；教育套件与STEAM玩具套件市场模型用以预估机器人教育的产品市场规模。2019~2023年4个模型的市场规模详细预估，如下图所示。
- 终端消费市场规模预估——至2023年将达到3272亿美元
教育服务机器人方面，产品相似于个人移动计算机及平板计算机的系统结构。参考以上两个产品的发展历程，可以发现：一项新产品从消费市场进入教育市场，平均需要3年时间。在平均价格下降到500美元的水平下，进入教育市场的前3年出货量可累计达到约600万台。 - 教育机构市场规模预估——至2023年将达到24亿美元
参考美国2010年劳动力生产总额报告，服务劳动力从事教育的比率为17%，课题组预估服务机器人能取代
约8%的教育劳动力生产总额。据市场调研机构Markets and Markets统计，2016年至2022年全球服务机器人将以15.18%的年复合增长率增长，服务机器人将形成一个新的劳动力市场。
基于全球教育机器人的相关市场调查报告及相似产品的发展历程，预估至2023年教育机器人市场规模将达到841亿美元。其中教育服务机器人相较于机器人教育市场拥有更大的营收额，至2022年预估将进一步大幅度增长。此外，根据Markets and Markets（2016）的预测，预估教育服务机器人市场的服务与内容营收，将占整体市场78%。 - 教育套件市场规模预估——至2023年将达到31亿美元
从机器人教育方面而言，可编程机器人作为教育套件，市场规模依据Markets and Markets报告统计，2018年可编程机器人市值18.34亿美元，Redfeld Report报告指出可编程机器人将以11.57%的复和增长率增长。 - STEAM玩具套件市场规模预估——至2023年将达到36亿美元
越来越多的智能玩具以STEAM教育作为设计理念，根据Infniti Research（2014）报告显示，全球玩具市场未来将以年复合增长率4.17%速度增长。Toy Industry Association的报告显示，拥有STEAM教育作用的产品约占所有玩具3%的营收。预估至2023年STEAM玩具套件市场规模将达到36亿美元。
而目前的STEAM教育玩具套件常见类型为工程机器人，儿童套装，积木。但是对于工业流水线模拟的教具却是缺乏的，因此此方向的教具具有极大的增长空间，将是一片蓝海。
市场特征
教育机器人仍处于初始发展阶段，目前多数教育机器人的厂商几乎涉及研发、设计、生产、销售等各产业链环节，如法国的Aldebaran推出NAO。而家庭情绪智能机器人Pepper，由Aldebaran厂商研发设计、鸿海富士康科技生产制造、软银销售宣传，形成产业链逐渐专业分工的趋势。随着服务型机器人市场的逐渐成熟，未来教育机器人的产业链将向专业分工的方向发展。
教育机器人市场历经超五年时间的发展之后，目前市场仍未达到爆发式增长阶段。在供应端，目前产品技术成熟度仍未超过用户实际需求水平。在交互、反馈与个性化等方面，教育机器人的智能化程度均不够满足实际需求。
在需求端，各家企业近几年来纷纷通过价格战、技术营销等方式教育市场，目前市场用户对教育机器人的概念认知已经基本建立。但供应端产品发展不成熟，这导致用户对产品功能定位的认知仍然不够清晰，同时对于相关品牌的认知统一度也不高，尚未形成稳定的消费意识与习惯。
因此，教育机器人的发展循环逻辑为：供应端产品成熟促进需求端认可度和消费意愿提升，从而促进市场放量，这将进一步促进供应端技术迭代与产品成熟。
发展趋势（未来2-5年的发展评测）
未来，随着硬件制造商在伺服舵机、减速器等关键零组件的技术成熟，硬件制造的技术与成本将降低，这意味着，除与形态密切相关的机构件外，机器人的硬件产品差异化将越来越小，深入各领域应用成为发展重心，将加速机器人各种教育应用的发展。
教育机器人的终端消费市场在迅速扩展，教育机器人产业将迎来快速发展期。至2023年，预测整个市场将达到841亿美元。专用型产品研发和推广的思路逐步形成，将成为系统集成商的蓝海市场。针对具体应用场景的细分领域有望成为未来教育机器人市场的主要发展方向。
时间边界（这个市场的持续时间预估）
政策上，“中国制造2025”规划中，将机器人列为十大重点发展领域，规划十年期制造发展的目标。因此教育机器人市场是至少还有十多年的朝阳行业。
STEAM市场问题分析
市场问题：
- 教育未形成体系。当前，STEAM教育主要体现在学前教育和基础教育阶段，需要大量优秀的师资力量强化引导。但我国各类师范大学中，并未明确设置相关的教学专业，仍然以精细化和单一学科培养后备教师，在教学专业度上，还有待加强。
- 教育理念把握不深入。许多教育机构为了逐利，抓住了STEAM教育这个名词，却未能将国外的核心教育成果“移植嫁接”，在针对中国孩子提出有效的教学模式上，还有一定的差距。
- 教学环境不理想。国内有不少敏锐、前沿的幼儿园及中小学大力推广STEAM课程，但传统的应试教育和单一的学科教育方式依然很难改变和突破，家长们愿意选择“学精学尖”某一学科的愿望更强烈。
- 在智能制造的大环境下，工厂流水线中机器人的应用逐渐普及。对于教育来说，许多教育用的机器人教具都是基于正在被广泛应用的机器人所设计的，例如四足机器人，轮式机器人等。但缺乏一套教具可以帮助儿童更快了解与学习多机器人配合原理，如自动化流水线中，多种工序如何衔接，哪种机器人可以完成哪种工序，多个机器人如何配合，什么情况用哪种传感器比较好等。中小学不同年龄段都有与其阶段匹配的课程与教具，较好的课程一般是场景式的，将学生代入实际场景，让其更易理解与接受。Steam教育是阶段性的，先学习应用，再扩展创新，因此希望教具具有一定扩展性。
竞品分析
竞品方案
- 亚博智能：全积木拼装机械手臂
简介：Superbit扩展板加上537块积木和4个积木电机，可以搭建成机械臂的形状，可以控制机械臂选择，夹取。
特点：整体可拼装（积木式），外观颜色鲜艳，结构扩展性强、可搭配同类型积木。
不足：拼装难度高，拼装完成后机械臂机器性能弱；只能完成简单动作，学习曲线先高后低。 - UNO创客套件 4自由度机械手臂
简介：四自由度机械臂，切割板作为机械臂的结构件
特点：成本低廉，结构简单。可以通过遥杆控制。
不足：外观吸引力不足，没有配套学习教程，功能性弱。 - 幻尔 树莓派4代机械手臂
简介：内置逆运动学算法，配备高清晰度摄像头，可搭配语音识别，可完成色块分拣，追踪抓取，智能码垛等功能。
特点：结构与实际应用机械臂相似。有配套成熟教程。有图形化控制软件
不足：学习难度不适合于中小学生。 - 越疆科技：魔术师机械臂
简介：DOBOT Magician Lite 是越疆科技自主研发的多功能轻量型智能机械臂，是越疆面向K12定制化人工智能教育生态的核心产品之一。
特点：结构，外观，功能完善度高。应用方式较多。全年龄段教材。
不足：成本较高，价格不亲民。不易拆装、扩展性差。
竞品总结
普遍价格低廉的机械臂，自由度少，基本只能完成简单动作，实用价值不高，但可以学习了解简单的机械臂结构与控制。
售价高的机械臂，结构复杂，功能多，主要学习的是机械臂的控制，对于中小学生性价比偏低，理解难度高。
机械臂的设计风格，大部分没有贴近于儿童，吸引力不足。
市面上普遍只有单独的机械臂产品，而没有一套系统可以方便中小学生让机械臂与其他机器人通讯并控制，从而完成多机器人协作的任务。
产品目标
归纳总结出自动化工厂常用的几类工业机器人，并根据目标儿童进行简化设计，设计出可以复现一种或几种生产线全流程的教具。
目标是让孩子在过程中可以学习到机器人的组装，简单控制，机器人间的配合，完成课程提供的任务（以工厂常见产线为参考，例如组装，抛光，检测，分拣等进行简化设计以适合儿童学习使用）。
设计指标：
- 可扩展性强，生产线教具中的组件最好可以复用在不同位置。
- 学习难度合理，由浅至深，从易到难，可以从简单的流水线到复杂的流水线。
- 场景符合现实，以实际例子作为教学，能够让孩子代入到现实场景。
总体设计
设计方案概述
根据以上的需求与功能分析，我们设计出如下图3.1所示的STEAM机械臂教具概念图。该方案的硬件主要由机械臂、传送带、控制器和传感器组成。机械臂由多个可拆卸的关节组成，控制器为Arduino Uno开发板，传感器有超声波传感器。
学生可以通过可视化编程的方式把控制代码烧录到Arduino Uno开发板中，以此来控制机械臂进行相关的实验。
机械臂结构设计
机械臂方案一
在项目初期，我们组内的两名成员提出两套机械臂方案，下图3.3为第一个机械臂的方案，图3.4为该机械臂拆卸后的模块图。该机械臂由三个模块组成，在图3.4中从左到右分别为末端工具、机械臂、机械臂底座。该方案的优点是美观、有一体化感、机械臂重心稳定且靠下，缺点是扩展性差，难以让学生基于机械臂创新。
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机械臂方案二
下图3.4为机械臂方案二概念图，该方案主要由底座和多个关节（下图3.5）组成，主要的连接方式是卡扣连接。该方案的优点是扩展性强，易于拆装。缺点是关节越多，重心越不稳定。
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机械臂方案的选择
两个机械臂方案各有优劣，我们组内也很难达成共识，因此我们决定寻找有经验的STEAM老师给我们提供建议。某STEAM公司的老师在这两个方案中，更推荐方案二，原因如下：该方案扩展性强，可以让学生充分发挥他们的想象力，不稳定性也可以让学生学得更多额外知识。
机械臂方案二的细节补充设计
在确定了整体方案后，我们对该方案进行了细化，对各个地方的细节进行了补充设计。
机械臂关节部分采用模块化设计，每一个关节为单独一个模块，模块之间通过卡扣连接，不需要螺丝固定，可以快速的将整个机械臂组装以满足课程需求。在卡扣上，我们借鉴了常用的卡扣设计（下图3.7）。
在卡扣的结构设计上，进行了多次迭代，主要体现在卡扣的厚度，长度以及按钮的结构上，最终的设计通过反向延伸提高了卡扣的整体长度，在按钮部分，增加了凸起，使得卡扣在按压时，更易按如卡口，使其脱出。卡扣顶部的斜角，以及卡口处开的可以使卡扣在插入时更加简单轻松。
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传送带设计
传送带采用常规设计，传送带的传送距离为610mm,满足机械臂放在一侧工作的工作空间，除与舵机相连处为一个主动滚筒外，末端采用无动力滚筒，减少对轴承的使用，装配更为简单，对装配精度要求也更低，中间部分也采用无动力滚筒对传送带起支撑作用，使得整个传送带可以传送物体的重量有所提升。同时传送带利用在末端无动力滚筒装配在一个直槽口上，并在张紧传送带后利用螺栓进行限位，由此达到将传送带张紧的作用。同时传送带的材质采用橡胶弹性传送带，自身具备一定的张紧作用，由此来让传送带在正常工作状态下不发生弹性滑动。
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控制器与执行器的选型
控制器选型
在控制器上，常用的小型控制器有：STM32系列单片机、51单片机、Arduino单片机。我们选用ArduinoUno作为开发板，因为其控制语言简单，学习成本低，更重要的是慧编程（可视化编程平台）兼容该开发板。
电机选型
在电机上，我们选用LX-225舵机（下图3.13）。这款舵机支持串行总线控制，在控制时，只需要将各个电机设置独一的ID号，然后串联起来，就可以实现各个电机的单独控制，可以简化控制方法和接线。这款LX-225舵机舵机还支持读取舵机角度的功能，这个功能可以很方便地实现机械臂的示教。在示教的时候，只需要将机械臂挪动到想要的位置，读取各个舵机的角度，然后在后续的控制中即可使用读取的角度。
而这款LX-225舵机，不仅可以作为舵机，还可以作为普通的减速电机一样360°连续转动，因而支持对传送带的控制。因此，我们不仅可以把舵机用在机械臂上，也将其作为传送带的驱动端。
“用同一个执行器，在不同的执行机构上使用”是我们的设计思路之一，这个设计思路是为了能够让学生在短时间内理解一个执行端并且能够活用它，同时也容易满足扩展性这一点。
传感器选型
在我们预设的方案中，需要有检测模块，用以检测有无障碍物。检测模块有两种传感器可以实现：光电门传感器和超声波传感器。光电门传感器可以识别到是否有物体经过，而超声波传感器可以识别到障碍物距离传感器有多远。两种传感器都可以完成检测障碍物的功能，但是基于长远考虑，后续可以用超声波传感器来做测距模块，扩展新的功能，因此我们最终选定超声波传感器作为检测模块。
硬件框图
连接端的选择
我们初步选择使用pogopin类型的端口（如下图），这种端口容易对位，不易出错。使用这种端口可以免去学生接线的烦恼，释放起接线的时间，让其有更多的时间学习STEAM的课程。实物模型如下图。
三轴机械臂可视化仿真
使用python的vtk库，实现机械臂的可视化模型，以及可通过滑块调整和按键微调来控制各个旋转关节，来达到想要的位姿。
此功能可辅助老师上课，用来展现机械臂的位姿和相关极限位姿等其他问题。
python图形化示教
使用python的easygui库，制作读取控制舵机状态的界面，并通过python的serial库建立串口通讯，发送指定的通讯指令。
此功能可读取各个舵机位置进行记录，在转动机械臂各关节后按移动按钮返回到记录的位置，以及对每个舵机进行上电和掉电操作。
通过“读取”, “移动”,“上电”,“掉电”。
按下“上电”、“掉电”按钮，对所有舵机统一发送上电、掉电的指令。
按下“读取”则读取每个不同id的舵机分别处于哪个位置并记录下来。
在掉电后转动机械臂，可通过按下“上电”和“移动”，使每个舵机返回到原来记录好的位置。
完成程序编写后通过python的pyinstaller库将.py文件打包成.exe文件。
课程设计
整体课程
常见工业流水线按机械化程度分类，可以分为三类：手工流水线、机械化流水线和自动化流水线；如果按产品的轮换方式分类，可以分为三类：可变流水线、成组流水线和混合流水线。
可变流水线：集中轮番地生产固定在流水线上的几个对象，当某一制品的批量制造任务完成后，相应地调整设备和工艺装备，然后再开始另一种制品的生产。
成组流水线：固定在流水线上的几种制品不是成批轮番地生产，而是在一定时间内同时或顺序地进行生产，在变换品种时基本上不需要重新调整设备和工艺装备。
混合流水线：是在流水线上同时生产多个品种，各品种均匀混合流送，组织相间性的投产。一般多用于装配阶段生产。
进一步筛选出易于结合Steam教育的相关流水线，最后挑选出用于模拟的工业流水线场景包括五类：
码垛流水线、包装流水线（装箱）、组装流水线（凹凸块）、印刷流水线（贴纸，盖章）、检测流水线
而且课程通过利用本套STEAM教育机器人可以抽象出工业流水线的五个操作流程步骤：检测、抓取、加工、移动、堆放。根据目标儿童进行简化设计，设计出可以复现以上生产线全流程的教具。帮助儿童更快了解各类产品自动化生产线，包括其中的每种工序以及相关的机器人如何应用，以及机器人之间如何配合。
- 检测环节：
低年级同学在课程中仅仅简单利用传感器进行检测物体。
高年级的同学在进阶课程中则需要利用多种复杂的传感器甚至是人工智能中的计算机视觉技术。传感器包括了使用限位开关来确定位置，使用光电门进行计数，使用超声波进行障碍距离测量，利用颜色传感器进行颜色识别。计算机视觉技术则需要配合使用摄像头，结合视觉识别完成运输物体的分类，计数，筛选工作。 - 抓取环节
通过一款机械臂完成相应的抓取过程，其中机械臂经过专门设计，是一款容易拆卸装配的产品，它的夹具根据不同抓取物可随时更换。
低年级学生通过图形化编程语言，完成相关机械臂抓取位置的语言编程，进而完成抓取。
高年级学生使用ardunio单片机自主完成编程设计，同时根据项目需要选取初始点位和结束点位，手动拖动机器人到达对应位置，自主完成对机械臂的示教。示教过后，机器人可以达到相应位置抓取。 - 加工环节
利用教学材料中的配套材料及工件，完成相关流水线加工的模拟。为了起到良好的STEAM教育效果，激发学生的学习热情及学习兴趣，配套材料需要尽量仿真，模拟真实场景。如包装流水线涉及的打包，封箱动作，可以通过进行贴纸或盖章完成印刷流水线的模拟。 - 移动环节
应用于对工业流水线货物的运输，移动环节存在的原因是由于离散型搬运过程都是周期性的。因此在离散型搬运进行上下游衔接时，通常会在两者之间设置一个传送带或是可移动小车来进行货物移动传送，来解决衔接效率问题。
低年级学生通过控制小型的流水线的运行和停止，操作流水线完成相应的货品运输动作。高年级学生的进阶课程可以使用循迹单片机小车，模拟完成相关货品物流仓储工作，以此来类比工业移动搬运机器人（AGV小车）。 - 堆放环节
物料单元将从一个物流设备上被输送或者装在到另外一个物流设备上，以此类推，直到物料单元被传递到目的地；而在目的地处，就是要完成货物堆放环节，等到下次再次触发这个物料单元移动时，物料单元会再从一个物流设备被传递到下一个任务的目的地。
低年级学生简单地通过一款多自由度的机械臂完成相应的定点堆放工作。
而高年级学生则需要针对性根据实际位置的空间体积，结合堆放顺序的算法，立体地完成空间码垛堆放。
教学环节
我们的教学环节包括了以下五部分；课前学习、课堂实践、展示分享、评价反思、课后主题项目设计。教学目标为培养学生解决问题、推理、判断、决策的能力。培养学生多学科环境下工作的能力，工作的责任心和组织能力，以及终生学习的能力，团队合作的效率。
课前学习
学生需要在正式上课前对涉及到的项目模块概念进行简单的预习，以便学生快速接受相关知识。首先针对机械臂模块，主要了解三个知识点：一、理解机器人自由度的概念。二、理解如何组装各个关节。三、理解如何对机械臂模块进行控制。
其次针对传送带模块，主要了解两个知识点：一、了解传送带的常见场景及应用。二、理解如何对传送带进行控制。最后针对传感器模块，主要了解两个知识点：一、各种不同类型的传感器的简介。二、了解如何使用驱动传感器。
课堂实践
课堂实践的关键任务是动手搭建生产线。学生们一共可以选择五种类型的工业流水线，并从中学习到不同的知识。检测生产线、包装生产线、组装生产线、印刷生产线、码垛生产线。
检测生产线的搭建：学生主要任务为：一、通过传感器分辨两种颜色的方块。二、通过机械臂完成方块的抓取。成功标准为：学生能够自主地将混合在固定区域的堆积方块分拣区分。通过完成检测生产线的搭建，学生从中能够学习到传感器与机械臂的协同工作，理解传感与效益的关系。
包装生产线的搭建：学生主要任务为：一、通过机器人将物体准确地放进包装箱子中。二、通过机器人完成包装箱子的封盖。成功标准为：学生能够自主地利用两个机械臂完成包装流程中的装箱和封盖步骤。通过完成包装生产线的搭建，学生从中能够学习到机械臂的运动方式，理解空间中的坐标系及坐标定位，进而感受到自动化的便利性。
组装生产线的搭建：学生主要任务为：一、在静止或运动的传送带上进行抓取积木。二、能够让两个机械臂同步或异步工作。成功标准为：学生能够自主地将两块需要上下组装的积木拼凑完整。通过完成组装生产线的搭建，学生从中能够学习到工厂中是如何将单一复杂工作拆分给不同的单位完成，提高生产效率。同时锻炼学生的全局观、工程管理能力。
印刷生产线的搭建：学生主要任务为：一、使用机械臂在纸上写出一个英文字母。二、通过控制机械臂进行自动盖章。成功标准为：学生能够自主在固定区域绘画出简单图案。通过完成印刷生产线的搭建，学生从中能够学习如何将机械与艺术进行结合。同时极大地锻炼了学生的空间思维和想象能力。
码垛生产线的搭建：学生主要任务为：一、通过机械臂将两个方块叠放在一起。二、结合检测流水线，码出两种颜色的块堆。成功标准为：学生能够自主地堆砌出二乘二的正方形码垛。通过完成码垛生产线的搭建，学生从中能够学习到如何对机械臂的运动路径进行优化，进而锻炼对项目的优化迭代能力。
展示分享
学生完成工业流水线的搭建后，各学生小组分别介绍本小组的设计方案，同时提出在制作过程中遇到的问题，以及如何进行解决的？还包括学生团队合作的分工、沟通。与此同时，教师将对具体搭建的工业流水线讲解，包括涉及到的专业知识及应用的原理。最后回答学生的提问和纠正错误。
评价反思
学生需要对自己搭建的流水线完成评价，给出分数。评价内容包括机器人基本运转，具体功能的实现，完成时间等。
同时要求学生对过程中出现的问题进行反思，规划下一次学习课程的改进。
课后主题项目设计
最后在课后环节，学生需要在规定时间内小组合作完成主题项目设计。学生们可以从以下两种类型的主题挑选，分别是模拟汽车生产线、模拟智能仓储物流水线。通过自主完成主题项目的设计课程作业，学生能够综合提升编程能力、动手能力、系统逻辑性思维。下图为模拟汽车生产线的样板地图。
实物测试
实物展示
此次最终制作出的成品包括了一条传送带，两台机械臂以及流水线运输的物体玩具小车模型如下图所示。
缺点改进
关于机械臂部分，存在部分缺点如下：一、用于机械臂打印的3d材料为快速成型光固化树脂，该材料在冬天较冷温度，存在易于断裂现象，导致我们组装时损耗了两个关节零件。二、相关的螺丝定位孔在设计初的位置和大小存在偏差问题。导致组装工作较为麻烦，但此问题已经在第二套机械臂的设计中改进。
关于传送带部分，存在部分缺点如下：一、传送带的重量和体积较设计预想的偏差大，导致可移动性和可便携性降低。成本因为体积的增大也相应增加。二、传送带的轴承安装问题。因为传送带的主动轴为舵机驱动所在的轴承，因为舵机的带动，部分情况下会出现偏轴现象，导致传送带运动略微卡顿，无法保证顺畅的效果。
研究总结及展望
项目创新点
细分定位
目前许多教育用的机器人教具都是基于单个且正在被广泛应用的机器人所设计的，例如四足机器人，轮式机器人等。但缺乏一套教具可以帮助儿童快速了解与学习多机器人配合原理。更重要的是，在智能制造的大环境下，工厂流水线中机器人的应用逐渐普及，但相关的针对学生侧的工业教育却并未衔接上。
此次项目正是精准的弥补了市场刚需，抓住细分定位。通过此项目的工业流水线模拟机器人，高低年级学生能够首次接触到工厂中的自动化流水线概念，并从中学习到工厂流水线上多种工序如何衔接，哪种机器人可以完成哪种工序，多个机器人如何配合，什么情况用哪种传感器比较好等。通过此项学习，能够极大地提高了学生独立思考、分析问题、解决问题的能力。
多关节组装
此项目的机械臂为特殊设计的3D打印卡口关节，机械臂的关节可连续组合。因而机械臂具备极强的拓展性，可装配成为三轴、四轴、五轴、甚至到六轴的机械臂。随着机器人关节轴数的增加，学习和控制难度也依次递增，因此通过不同的组装，可以梯度设置课程的难易程度，方便对应不同年龄段，不同教育水平的学生群体。
此外各关节之间无需通过螺丝固定，仅需要对准卡扣插入，在保持一定精准程度的装配下，降低了组装难度，而且较好地提高课程效率。
成本低廉
此项目中使用了3D打印技术，通过光固化树脂材料来制作机械臂本体。相关的机械底座和固定件也都是使用3D打印技术完成，因此比使用金属结构的成本大幅降低。同时，重量在满足功能前提下，保证了尽可能轻，以便上课时移动。整体教育机器人的体积在桌面级左右，较小的体积也降低了成本。
未来展望
涉及到教育行业的重要环节是线下教育课程的配套材料，因为项目规模及时间原因，没有对相关的课程材料进行开发与制作。对应此次的工业流水线教育机器人，未来应该在实际课程中进行配套的课程材料包括有以下四类：
- 安装配件工具
- 相关传感器及电路元件
- 教学辅导册
- 机器人原理说明书
只有在教导学生之前完成了相关材料的准备，才能良好地开展真正的STEAM教育课程，因此如果要大范围地进行推广，必须先预先完成学生课程材料的准备。
参考文献
[1] 刘德建，黄荣怀，陈年兴，樊磊著.教育机器人的风口-全球发展现状及趋势[M].人民邮电出版社，2016.
[2]孟雪，面向STEM的机器人教学模式设计与实践研究[D]，云南，云南师范大学，2019.
[3] （美）Micbael Margolis著，Arduino权威指南[M]，人民邮电出版社，2015.
[4] 费燕琼,万见峰,赵锡芳,徐卫良.基于运动学任务的模块机器人选形设计[J].机器人 .1999
[5]蒋新松，主编. 机器人学［M］. 北京：清华大学出版社，2000
[6]蔡自兴. 机器人学［M］. 北京：清华大学出版社，2000
