《智能机器人技术创新》教学大纲.docx

智能机器人技术创新教学大纲适用楚困：202X版本科人才培养方案课程代码：221722课程性质：专业选修课学分：2学分学时：32学时先修课程：机器人操作系统等后续课程：无适用专业：机器人工程专业开课单位：智能工程学院一、课程说明4智能机器人技术创新3是机器人工程专业本科学生的专业创新选修深，是一门多学科综合交叉的课程,涉及电子学、控制理论、传感检测、计算机技术和人机工程等相关知识与内容.本课程主要以移动机器人为对望,使学生掌握移动机洪人的空间建图与定位方法,培养学生对机器人控制技术、电子信息技术、S1.AM技术等知识的综合应用能力，提升学生的创新思维、创新设计能力。二、课程目标辿过本课程的学习,使学生达到如下目标：课程目标I：掌握移动机器人操作系统ROS的环境搭建方法及:.维数字化建模、机器人驱动与控制、机静人通信、机落人传感零、机器人常用獴法等内容知识和实践技能.课程目标2：掌握移动机器人激光、视觉S1.AM设计与制作、联合调试、创新方法等实技步骤与方法.课程目标3：引峥学生利用科学辩证法看待和解决问题，具有团队仍作、创新设计、人际交流等能力，激发学生科技报国的家国情怀利使命担当，培恭学生“精湛匠技、智怒匠心、智能匠才”精神与职业素养树立正确的劳动观念形成良好的劳动习惯.具有劳动精神和劳动能力.三、课程目标与毕业要求£智能机器人技术创新3课程教学目标对机器人工程专业毕业要求的支撑见表k«1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点i1.1.程目标支撑93.设计/开发解决方案：能鲂设计针对人工智能及相关应用领域生杂工3.2针对特定需求和约束条件设计人工智能及相关应用领域的系课程目标I：零握移动机as人操作系统ROS的环境搭建方法及三维数字化建模、机器人骤动与控M程问题的解决方案，设计酒足特定需求的系统、单元并在设计中体现创新意识，考虑社会、环境、健康、安全、法律、文化等因素，统集成、软件模块或算法流程。制、机器人通信、机器人传感器、机器人常用算法等内容知识和实践技能.4,研究；能基于科学原理并来用科学方法对人工智旎及相关应用领域的狂杂工程向2进行研允，包括系统的集成研究、算法的研究、参数的优化,并通过信恩综合得到合理有效的结论。4.2能够构建模拟或实验系统，通过佶息综合分析和实抬结果解修，说明其有效性、合理性,得到解决方案实施质量的合理有效结论.课程目标2：掌押移动机器人激光、视觉S1.AM设计与制作、联合调试、创新方法等实践步骤与方法.M9.个人和团队，能修在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人角色。9.1理解团队合作的H1.要性,具有与团队成员或负击人协调合作的团队梢神和能力，能够在多学科背景下的团队中独立政合作开展工作并发挥作用.课程目标3：引导学生利用科学辩证法看待和解决问题,具有团队怖作、创新设计、人际交流等能力，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当，培养学生“精湛匠技、智悲匠心、智能匠才”精神与职业素养，树立正确的劳动观念.形成良好的劳动习惯.具有劳动料神和劳动能力。M12.终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习、适应社会羟济和工程技术发展的能力。12.1了解人工智能及相关应用领域发展历史及背景,认识到自主和终身学习的必要性。课程目标3：引导学生利用科学辩证法看待和解决问题,具有团队协作、创新设计、人际交流等能力，激发学生科技报国的家园情怀和使命担当，培养学生“精湛匠技、智通匠心、智能匠才”精神与职业素养,树立正确的劳动观念.形成良好的劳动习惯.具有劳动就神和劳动能力.M注：表中«H（高）、M（中）”表示爆程与相关毕业要求的关联度.四、教学内容,基本要求与学时分配实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2实险项目、实险内容与学时实验项目实出内容和要求实验学时对应的课程目标1.智能移动机器人环境搭建与配置实验内容：虚拟机安装UbUn1.U和ROS；在树莓源上配置UbUnu1.和ROS；SSH远程登录：开机执行脚本.实题襄求：使学生掌握WindoWS环境下虚拟机安装ubuntu和ROS的步黑掌握树苗派镜像烧录，配置Ubuntu以及ROS安装：家祥虚拟机系统远程SSH登录树慈流系统的网络设置方法：掌握开机执行脚本的撰写方法.412.智能移动机器人编程及圜试实验内容：2.1.C+编程与控制：Python编程与控制：ROS源码解析：ROS-APP调试方法.实3要求：使学生掌握C+编程与捽制：掌握Python编程与控制：熟悉并掌握智能移动机器人ROS源码调试：掌握ROS-APP调试方法。413.智能移动机器人运动底盆开发实殴内容,主板原理图解析:STM32底层源码解析:如何把ROS与STM32联系起来.实验要求：使学生掌握智能移动机器人主板原理图分析方法:熟练掌握STM32底层源码调试步探：掌握ROS与STM32通信方法.414.激光雷达gmapping建图与导航实验内h激光雷达工作原理:gnappng工作原理：gmapping建图方法.实验要求：理解并掌握gmapping工作原理，熟练掌握gmapping建图方法和步臊。425.hcctor-s1.am与cartographer建图与导航实验内容thector-s1.an工作原理：hector-s1.am建图方法：cartographer工作原理：CiIrtoEnher建图方法.实及要求，使学生理解并掌握hector-s1.amCaftOgraPher工作原理,熟练掌握hector-s1.amcartographer建图方法和步.獴，掌握gmapping.hcctor-s1.am和cartographer建图方法区别.426.rgbd视觉S1.AM建图与导航实验内容，gbd摄像头工作原理：rgbds1.am功能包1.作原理：喀bds1.am建图方法。实聂求使学牛.理解并掌握rgbd摄像头工作原理,熟练掌握bds1.am功能包建图方法和步骤.427.ORB单目视觉S1.AM建图与导航实3内容，ORB-S1.AM功能包原理：使用数据包实现ORB-S1.AM:使用费像头实现ORB_S1.AM.42实验JW1：理解并掌握ORB-S1.AM功能包工作原理，熟练掌握ORB_S1.AM功能包建图方法和步骤.8.导航功能包综合应用实Ift内容1r116jbase功能包工作原理：amc1.功能包工作原理:在Ez中实现真实机器人激光番达与rbd掇像头同步导航。教学要求,使学生掌握m。VJbaSe、amc1.功能包的JC作原埋：掌握机器人视觉+雷达同步建图1J导肮方法与步骤.43W8五、教学方法及手段本课程以实龄教学为主，结合讨论、案例.视频资源共享、讲授等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。在实脸前学生应发习和掌握与本实脸有关的教学内容、认真阅读实验指导书；在实蛤中要严格遵守实辑纪律，按操作规程使用设徐；实蛤结束后，按规定时仪器进行维护f呆养：每完成一项实验，要认真完成一份实验报告,学生比较全面地理解智能机器人SI-AM自主导航的基本原理.在掌握机器人操作系统探作及编程的基础上，具有进行智能机零人自主导航方案设计的初步能力.培养学生自主学习能力、实际动手旎力,激发学生的创新思维.六、课程资源1 .推荐教材：何苗.机器人操作系统基础3M.北京:机械工业出版社,2022年.2 .参考书：(1)赵建伟.机潺人系统设计及其应用技术M北京，清华大学出版社,2017年.(2)高翔,视觉S1.AM卜四讲从理论到实践“M1.北京，电子工业出版社.2017年.(3)兰廷约瑟夫(曾庆喜，朱德龙.机器人探作系统(RO朱入门必需;HM1.北京：机械工业出版社,2020年.(4) MARTINEZa.FERNANDEZEE.1.earningROSforrx>bo1.icsPfOgnaInming(M1.，Birmingham:PacktPub1.ishing,2013年.(5)胡春旭.ROS机器人开发实践M.北京机械工业出版社,2(Hg年.3 .期刊：(I)ESTEFORSIMMONDSJ.ROBBESR.e1.a1.Then>btoperatingsystem:PackagereuseandCommunhydynainicsJ.Journa1.ofSystemsandSoftware,2019,151(I):226-242.(2) CUNW.CHENS.WENS.eta1.Highaccuracyrobotindoor1.oca1.izationSChe1.nebasedonrobo<operatingsystemusingvisib1.e1.ightpositioning(J.IEEEPhokHIiCSJourna1.2020.I2(2):1-16.(3) TSO1.AK1SN.BechtsisO.BocutisD.AgRoS:aMbo1.OPenningsystembasedemu1.ationtoo1.foragricu1.tura1.roboticsJ.Agronomy,2019.9(7):403-423.(4) JIANG乙GONGY.ZHAIJ.cta1.Messagepassingoptimizationinrobotoperatingsystem(J).InterStiona1.Journa1.ofPara1.1.e1.Programming.2020.8(1):119-136.(5)官志强徐世许王鹏程基干ROS的巡检机零人系统设计与研究J.自动化与仪表.2022.37(04).4.网络资源：(I)古月居,ROS探索总结EB,1.,2O2O-06-11.hups:/b1.og,csdn.ncb'hcx25909catcgo11'9261493.htm1.(2)cn-ROSWiki,http:/wiki.ros.org/cn.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支绯关系见去3。表3课程考梭对程目标的支撑考核环节占比考核/评价蒯则课程目标123过程性考核10（1）根据课堂出勤情况和课堂答问题情况进行考核，满分100分.（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩.442线上学习20（1）主要考核学生通过城上视频学习、章节学习次数的程度：（2）每次线上学习单独评分.取各次成绩的平均值作为此环节的仪终成绩，（3）以践上学习成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。10IO40（1根据徒个实操任务的操作完成倘况的独评分，满分100分:（2）每次实操单独评分,取各次实操成绩的平均值作为此环节的最终成绩.（3以实操成缄乘以其在总评成钟i中所占的比例计入课程总评成绩。10255期末考核30（1）以小组为单位，根据教师提供综合答辩方案和规则,制定作品方案和程序簿制等工作,并进行初步的方案答辩.（2）每组进行综合答耕汇报，根据任务完成情况评定成缄，满分100分，其中团队协作分工25分，任务完成65分，作品完整度5分，应变能力5分。（3）以答辩成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计10155入课程总评成绩，合计：100分345412八、考核与成绩评定1.考楼方式及成缜评定考核方式：本课程主要以课堂表现、线上学习、然下实操、期末考核等方式对学生进行考核钾价.考核基本要求：考核总成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩构成.其中：课堂表现、线上学习成绩（课程视频学习、章节学习次数）、线下实操成绩等过程性成绩为100分（权R7O）;期末考核成绩为100分（权由30%）,主要分为团队协作分工、任务完成度、作品完整度和应变能力：过程性考核和期末考核分值分配应与教学大纲备堂节的学时场本成比例,2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表4.表4过程性考犊方式评价标准考核方式所占比闯100>x>9090>x>8080>x>7070>x>60x<60课意表现14.2笔记完整.积极参与教学活动，踵跃回答问胭，准确率大于90%.笔记完整.认真参与教学活动，I可答问盟准确率大于80九第记不完整隅尔参与教学活动，回答问遨准确率大T70%.上课不认真，上课不记笔记.偶尔参与教学活动.上课不认.上课不记笔记,不参与教学活动.线上学习28.4作业完将，思路清脂,准确率大于9O,字迹工整。作业完整，准确率大于80%,字迹工整。不交作业2次以内准确率大于70%.不交作业4次以内.准确率大于60%.不交作业5次以上，准确率小于60%.崎下实掾57.1实验预习认文，能够熟练掌握方法与步骤,实验探作过程熟练、规范，遵规守纪、团结协作，实验结果洋实、站没消晰、讨论合理实验的有预习，能帔掌握方法与步骤,实验探作过程正确、规范，遵规守纪、团结协作,实验结果正确、讨论适当实验前有预习,基本能此掌握方法与步骤.实验操作过程基本正嘲无协作实脸结果基本正确，讨论一般实验前有预习，不能常握方法与步骤,实验操作过程基本正确.无协作，实验结果夔本正确,无讨论没有颈习，不能完成实验；实验操作步骤有误：实验结果不正确.没有分析讨论，3.考试讦分标准本课程中在学习过程中安排包含（环境搭建、u>pic（话SS）、XACRo（机器人仿式模型人GaZebo（仿直环境搭建）、性感器（摄像头、雷达）设计、S1.AM（自动建图）、导航淙合（1.EO机器人自动建图导航）等8个过程性项目，把学生分为8个小组，以组为单位.相互协作，在老帅讲解演示的基咄上,独立完成相关任务.并自己编写操作说明,并在虚拟机中完成程序的实现和演示.具体鬟求：1 .撰写项目的操作说明；2 .在虚拟机环境下实现程序的编写与功能演示：3 .根据老师的要求汇报自己的设计与操作说明：4 .要求学生独立完成相关项目与自主汇报.不能焚制密贝或别人代替.评分标准：1. 90、100分：每个项目探作说明完备，格式规范，程序简电高效,功能实现效果优秀.2. 8089分：傩个项I1.操作说明完；,格式地本规范，程序实现效果好。3. 70'泪分：每个Jii目操作说明基本完备，格式基本视范，程序能基本实现功能.4. 60、69分：每个项目悚作说明基本完备,格式不规范，程序不能实现基本要求功能.5. 60分以下：全文抄袭,或未按时提交一与项目内容不相关.