具身智能机器人实践与应用-教学大纲

《具身智能机器人实践与应用》课程教学大纲一、课程信息课程名称（中文）：具身智能机器人实践与应用课程名称（英文）：EmbodiedIntelligenceRobotPracticeandApplication课程编码：****课程类型：专业核心课课程性质：必修计划学时：32（其中理论学时：16，实验学时：16）计划学分：2先修课程：人工智能基础、Python程序设计、机器人学基础、自动控制原理开课院部：人工智能学院/机器人工程学院适用专业：人工智能、机器人工程、自动化、智能制造工程二、课程简介本课程以具身智能机器人为核心，融合人工智能、多模态感知、强化学习等前沿技术，紧贴工业质检、灾害救援等真实场景需求，填补国内高校具身智能系统化教材的空白，助力院校培养AI+机器人教育人才。课程采用理论学习、仿真实训、实物操作三阶递进式学习路径，让知识落地更扎实。从具身智能起源、机器人系统组成到多模态感知、任务规划与控制，层层递进夯实解析技术核心；配套TongVerse等工业级仿真平台操作指南，学生可在虚拟环境中完成灭火、工业分拣等复杂任务设计；课程提供AelosEdu桌面客户端操作、工业机器人全流程实验，支持真实机械臂部署，培养工程落地能力。课程面向本科和高职学生，通过产业导向的实验设计，对接区域需求，强化学生解决复杂工程问题的能力。三、课程思政目标(1)培养学生民族认同感，树立科技自立自强意识。通过国产机器人平台（乐聚Aelos、TongVerse仿真平台）的学习，增强对自主技术工具的认同感；引导学生深刻理解具身智能技术对于国家智能制造、智慧城市建设的重要意义，使学生在学习过程中逐渐树立专业荣誉感。(2)培养学生精益求精的工匠精神。精益求精地将程序开发、系统运维、实验调试等工作内容完成好，保证机器人系统运行时正确、稳定。引导学生在学习时，将知识夯实、精技强能，方能在今后工作中本领过硬，不出纰漏，工作成果令用户满意。(3)培养学生团结协作，合作共赢的精神。通过实践项目强调团队成员之间的资源共享、协同合作精神，团队成员在一个项目中要各司其职，每个人发挥自己的特长完成分配的任务，最终才能高质量、有效率地完成项目，从而形成更强大而持久的生产力和创造力。(4)培养学生的社会责任与伦理意识。在实验设计中嵌入数据安全与责任伦理讨论，符合《新一代人工智能伦理规范》要求，引导学生理解技术应用的社会影响，树立负责任的技术开发理念。四、课程教学目标通过本课程的学习，学生能够掌握具身智能机器人的基础理论、核心技术及典型应用，具备机器人系统分析、算法设计、仿真验证和实物部署的能力。了解最新具身智能技术的发展，为学生应用具身智能技术解决复杂工程问题奠定基础。通过本课程的学习，掌握科学方法，树立科技强国的理念，培养奋发图强的精神。并配合必要的实践教学，使学生能够达到以下教学目标：（一）知识目标1.了解具身智能的起源、发展历程和现状，理解具身智能的核心概念、技术体系和未来趋势。2.掌握具身智能机器人系统的组成结构，包括机器人本体系统、智能中枢系统，理解各子系统之间的功能关联与协同工作原理。3.理解机器人仿真的核心目标和关键技术要素，掌握NVIDIAIsaacSim和TongVerse等主流仿真平台的基本原理和使用方法。4.掌握智能视觉感知技术基础，包括HSV颜色识别、YOLO目标检测、OCR文字识别和三维视觉感知的原理与应用。5.理解自然语言交互技术的基本原理，掌握大模型在具身智能机器人语义理解与生成中的应用方法。6.掌握具身任务规划、机器人路径规划与导航、机器人动作控制的基本理论与方法。7.了解具身智能机器人在工业质检、灾害救援等真实场景中的应用需求和技术挑战。（二）能力目标1.能够操作AelosEdu桌面客户端，完成机器人网络配置、基础指令编程和代码编辑等基本开发任务。2.能够使用TongVerse仿真平台搭建仿真场景，完成灭火、工业分拣等复杂任务场景的搭建与测试。3.具备基于HSV、YOLO和OCR技术实现视觉感知任务的编程实践能力，能够完成目标检测、颜色识别和文字识别等实际任务。4.能够结合大模型技术实现自然语言交互功能，完成语音指令识别和任务规划等综合应用。5.具备传感器数据采集与处理能力，能够利用火焰传感器、接触式传感器等完成环境感知任务。6.具备从仿真验证到实物部署的全流程实验能力，能够完成灭火场景和工业场景的实物机器人操作实验。7.具备分析和解决具身智能领域复杂工程问题的能力，能够设计实验方案并进行有效的评估与优化。（三）素养目标1.树立科技报国理想，增强民族认同感。通过国产机器人平台的学习与实践，增强对自主技术工具的认同感和自豪感，理解具身智能技术对国家智能制造战略的重要意义。2.培养精益求精的工匠精神。在机器人程序开发、系统调试和实验操作中，追求代码规范、系统稳定和实验结果的准确可靠，养成严谨细致的工作习惯。3.具备团队协作与沟通能力。通过项目实训和小组合作，学会在团队中分工协作、有效沟通，理解团队合作在复杂工程问题解决中的关键作用。4.树立科技伦理与社会责任意识。理解AI技术的伦理边界，关注数据安全与隐私保护，能够在技术应用中自觉遵守《新一代人工智能伦理规范》。5.培养自主学习与终身学习能力。关注具身智能领域的前沿发展动态，具备持续学习和适应新技术变革的意识与能力。序号课程目标达成途径评价判据1课程目标1：掌握具身智能机器人的基础理论、系统组成和发展现状，理解具身智能的核心概念和关键技术，能够分析具身智能机器人的系统模块关联和技术瓶颈。通过课堂讲授、讨论、作业、实验等环节达成。能准确描述具身智能概念，分析系统组成，作业和实验中按照要求按时完成。2课程目标2：掌握具身智能机器人的仿真技术、视觉感知和自然语言交互技术，能够使用主流仿真平台和开发工具，具备机器人感知、规划和控制的基本能力。通过课堂讲授、讨论、作业、实验、项目等环节达成。能正确使用仿真平台，完成视觉感知和交互任务，作业和实验按照要求按时完成。3课程目标3：具备具身智能机器人全流程实物实验能力，能够解决实际场景中的复杂工程问题，具备系统集成和部署能力，了解产业需求和技术发展趋势。通过实验、项目实训、PBL小组合作等环节达成。能够完成灭火和工业场景实物实验，项目实训报告质量高，能够解决实际问题。五、课程内容与进度安排本课程共32学时，其中理论16学时，实验16学时，分为8章，每章4学时。序号章节名称主要内容学时教学形式1具身智能机器人概论1.1认识具身智能（起源、发展、现状）1.2具身智能机器人的应用与挑战1.3本章小结与习题4理论讲授+课堂讨论2具身智能机器人基础2.1具身智能机器人系统组成2.2具身智能机器人结构与功能2.3AelosEdu桌面客户端操作4理论+实验（2+2）3具身智能机器人仿真3.1机器人仿真概述3.2NVIDIAIsaacSim仿真平台3.3TongVerse仿真平台4理论+实验（2+2）4智能视觉感知与自然语言交互4.1智能视觉感知（HSV、YOLO、OCR）4.2自然语言交互与大模型4.3传感器应用4理论+实验（2+2）5具身智能机器人任务规划与控制5.1具身任务规划5.2机器人路径规划与导航5.3机器人动作控制4理论+实验（2+2）6任务场景全流程仿真6.1灭火场景仿真6.2工业场景仿真6.3仿真实验与习题4实验为主（1+3）7灭火场景全流程实物实验7.1实验目的和要求7.2灭火场景实物实验7.3进阶拓展练习4实物实验（1+3）8工业场景全流程实物实验8.1扫描面单、称重、文字识别8.2分拣、上下楼梯与配送8.3进阶拓展练习4实物实验（1+3）六、课程考核课程的考核以考核学生能力培养目标的达成为主要目的，以检查学生对各知识点的掌握情况和应用能力为重点内容，包括平时考核和期末考核两部分。平时考核包括实验报告、课堂作业、项目实训、教学互动等，期末考核采用闭卷笔试方式进行。课程总评成绩由平时考核成绩和期末成绩两部分组成。1.平时考核（占总成绩的60%）项目实训报告：占总成绩的40%，主要考核学生动手实践能力。主要考核学生综合应用能力。课堂作业：占总成绩的10%，主要考核学生对每章节知识点的掌握程度。教学互动：占总成绩的10%，培养自主学习的习惯，积极参与教学。2.期末考核（占总成绩的40%）采用闭卷笔试方式进行，考核内容涵盖课程所有章节的理论知识。七、建议使用教材及教学参考书（一）教材选用卢涛、章瑾编著《具身智能机器人实践与应用》北京：清华大学出版社，2025年（二）学生课外阅读参考资料[1]孙长银、袁心、王远大等.具身智能自主无人系统技术.自动化学报，2025.[2]刘华平、郭迪、孙富春等.基于形态的具身智能研究：历史回顾与前沿进展.自动化学报，2023.[3]范彦文.具身智能机器人关键技术及发展趋势.数字技术与应用，2025.[4]邓三鹏、张香玲、王凯等.具身智能机器人关键技术及发展趋势研究.装备制造技术，2024.[5]熊友军.具身智能：打造人机共生的新时代.