智能机器人导论教学大纲

“智能机器人导论”教学大纲

一、课程基本信息

1.课程编号：—

2.课程中文名称：智能机器人导论

3.课程英文名称：IntroductionofIntelligentRobots

4.课程性质：专业方向选修课

5.考核方式：大作业

6.开课专业：________（软件工程/电子信息工程/计算机/……）

7.开课学期：大三第一学期

8.学分：3分

9.学时：32+24学时

10.主讲教师：

二、任课教师

三、教材及主要参考资料

教材：《智能机器人导论》.朱明著：清华大学出版社，2023

参考资料：《机器人驱动与控制及应用实例》.黄志坚著；化学工业出版社2016

《机器人学：建模、规划与控制》.［意］TariqRashid布鲁诺.西西里安

诺著：张国良译西安交通大学川版社2015

（其他任课老师需要加强的技术要点对应的参考书籍）

四、课程简介

机器人技术是一门多学科交叉的科学，包括了传统机器人的机械设计与制造、电力电子、

传感器、无线通信、机电一体化、精密仪器、信号处理、知识工程、专家系统、决策系统、

自动控制和数据处理等技术，也包括了机器人实现智能化所需的图像处理、图像识别和人工

智能设备和技术等。

通过本课程的学习，让学生能够理解机器人在我们生活当中的重要作用，理解这一领域

的广大应用前景，掌握机器人的基本原理以及机器人运动的基本规则，同时了解机器人驱动、

控制工作原理，以及与机器人智能性相关的图像处理等技术。

五、课程目标

1课程培养能力体系

1级能力指标2级能力指标课程培养能力指标

1.问题分析：能够应用数运用数理知识及自然科学了解机器人的分类和发展历

学、自然科学和工程科学的基本原理建立相应的数学史，机器人的发展现状。了

基本原理，识别、表达、并模型，识别需求及工程问题解机器人基本结构，掌握机

通过文献研究分析复杂工的本质，能够运用软件工程器人常见的感知类型、常见

程问题的基本原理与方法分析需的微处理器/微控制器的接

求及问题（或其他学科对应口、设备类型和电路技术等。

的能力指标）

2.设计/开发解决方案：能够能够根据需求的特殊性设掌握不同类型机器人的常用

设计针对复杂工程问题的计符合特定需求的解决方感知方法、不同类型机器人

解决方案，设计满足特定需案，并能在分析功能性需求的常见执行结构和常用控制

求的系统的基础之上识别软件及数方法。

据安全性需求了解机器人系统常用的视觉

处理技术，常用的路径规划

与导航技术。

3.研究：能够基于科学原理能够根据实验的思路、方能够根据系统的应用需求，

并采用科学方法对复杂工法、步躲得到软件原型系统运用感知、控制、图像和定

程问题进行研究测试.、算法测试等实脸的预位等机器人的常见技术，设

期结果计机器人的感知系统和控制

系统。

基于特定的硬件平台，能够

实现感知和控制功能的示例

性实现。

2教学目标

目标内容具体目标

专业知识掌握机器人运动原理、感知方法

掌握机器人常用的感知方法、控制方法

掌握机器人的视觉处理方法

了解机器人的SLAM技术

专业技能能够在特定平台上实现基于常见传感器的感知功能

能够在特定平台上实现基于常见传感器的控制功能

能够实现常见的图像变换技术，了解图像处理技术

3教学任务

本课程将理论讲授与课上操作、课后大作业相结合，使学生更深入地理解和掌握智能机

器人的相关基础知识，为后续机器人相关课程奠定基础，主要包括了机器人的接本结构、常

见的感知技术和手段，常见的驱动与控制的核心思想与算法，常见的图像处理技术和导航技

术等，使学生能够广泛地J'解机器人控制的核心原理，并通过带领学生实践帮助学生掌握机

器人主要核心技术点，同时让学生掌握不同知识点的典型应用场景。

六、各章节（知识单元）教学内容及基本要求

本课程分成3大部分：智能机器人技术概述、智能机器人的底层感知与控制基础、智能

机器人的视觉与导航技术。

第一部分：智能机器人技术概述

总体概述智能机器人的历史、组成、分类和结构特性。

1.国内外的机器人的发展历史：

2.机器人的基本组成、分类和主要应用领域；

3.水下机耕人的分类、发展和应用；

4.机器人的基本外观结构和机械结构；

5.机器人内部的电池与电源系统；

6.水下机器人的特殊结构组成特性。

第二部分：智能机器人的底层感知与控制

1.常见机器人的感知系统的组成，列举了常用的传感器类型和功能；

2.水下领域常用的传感器；

3.机器人常用的微处理器和微处理器系统板；

4.微处理器常用的控制接口，包括传感器的接口；

5.机器人和水下机器人的常用数据通信技术。

第三部分：智能机器人的视觉与导航技术

1.机器人的图像感知识别技术，包括基础的图像变换理论；

2.机器视觉系统的发展、组成和应用现状；

3.机器视觉常用的图像处理技术：

4.数字地图及基于数字地图的路径规划方法；

5.ROS及SLAM仿真和VSLAU仿真方法；

6.无人驾驶技术中的路径规划与导航技术。

七、实践项目实施计划表

（本部分内容，可以根据教学的倾向性和前序后序课程情况设定内容，本事例着重

于感知和控制部分的实践，实践平台包括树莓派+传感器，教学用水下机器人）

实

考

项课

施

核

目

序教学项目成内实践实验

号

方

方

项目名称类项目内容

周学场所类型

果法

式

型

时

单

课

实

元

程

树莓派系树莓派系统的基础完成实践课堂、基础

项

报

1统的基础3知识、系统的设置和验及实教4型实

目

告

操作远程连接验报告学课下验

实

树莓派基课

践

24完成实4程课堂、功能

一

树莓派与外部传感一

础外设操元验及实型实

作项器通信和数据读取验报告教报课下验

目学告

实

单

课

践

元

树莓派基树莓派对外部LED、完成实程课堂、功能

教

项

3础外设操5舵机和电机等外设验及实4作型实

业

学

作目的控制验报告课下验

实

单

课

功

<匕

践

元

程

完成实课堂、=匕

机器人PID水下机器人的避障型9k

教

项

46验及实4作

%位

学

捽制方法目控制

验报告业深下

单

实

课

元

践

水下机器计算机直接控制机完成实程课堂、综合

项

教

5人综合识7、8器人完成指定的识验及实8作型实

目

学

别控制别和控制功能验报告业课下验

八、各单元知识点、技能点分布及学时分配表

（本部分内容，可以根据教学的倾向性和前序后序课程情况设定内容，）

各教学环行学时分配

实践

单

课

学

教

元

考核理论教学

小节知识点与技能掌握教学外

标

方式

小

讲

标题占程度实施深

题实

1'<

习测随课计

课

外验

题验他堂外

室

1.1

机器了解机器人的

了解讲授

人的起源和定义

定义

L211

机

1器了解机器人的

人

的了解讲授

绪发展历史

历

史

论

L3.

机

器

人

的了解机器人的

成

组分类，以及对了解讲授

分

和应的结构特点

类

1.4

不同分类机器

机器11

人在生产生活掌握讲授

人的

等领域的应用

应用

L5

水

下水下机罂人的

器

机组成、分类、

了解讲授

概

人应用等

述（选讲）

2

2.1机

机不同类型机那

器人讲授

器人的基本参数掌握11

的基

人构成讨论

本参

本

提问

体数

Z

结2

构机器

人的讲授

中的基

基本机器人

2

2

讨论

掌握

结构

机械本机械

结构提问

讲授

2.3

的电源

机器人

讨论

掌握

1

1

电源

统

供电系

系统

提问

Z

4

种特种

水下作为一

机

人讲授

机器机器

1

1

讲授

了解

本体结

人结器人的

1.5

需要

构构（

础）

节基

工1

传感

器系讲授

的组成

统的传感器

掌握

1

1

讨论

方法

结构和使用

组成

提问

3

3

机2

.

器常见讲授

感器的

多种传

人的数

基本参

特性、

2

2

4

掌握

的字传讨论

用方法

数、应

传感器

等

感提问

器3

3.传感

系

感器的

器的常见传

统

合方

新系信息融

1

1

讲授

器了解

类和处

统和法、分

人

技术理技术

开

发4

3.水下

机牌

系统在

人的传感器

1

1

讲授

了解

器人系

传感水下机

应用

器系统中的

统

1

4.机器

人微讲授

、微

MCU

常用的

控制

1

4

i

4

控制平

处理器

讨论

器掌握

机平

台台板

器提