智能機(jī)器人-教學(xué)大綱-

《智能機(jī)器人》教學(xué)大綱課程名稱：智能機(jī)器人課程類別：必修適用專業(yè)：人工智能、機(jī)器人工程、智能制造、電氣工程及其自動化等專業(yè)總學(xué)時(shí)：64學(xué)時(shí)（其中理論40學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)24學(xué)時(shí)）總學(xué)分：4.0學(xué)分課程性質(zhì)機(jī)器人技術(shù)已廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、服務(wù)業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空航天等眾多領(lǐng)域，極大地提高了生產(chǎn)效率和人民的生活水平，推動了社會的發(fā)展并帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。目前，各行各業(yè)對機(jī)器人的需求量不斷增大，機(jī)器人的智能化水平也顯著提升。我國智能機(jī)器人的研究工作起步較晚，但在國家的大力支持和科研人員的不懈努力下，在工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人方面已取得較好的成績。為了滿足國內(nèi)智能制造與智能裝備領(lǐng)域?qū)C(jī)器人專業(yè)技術(shù)人才的需求，以及滿足高校新工科專業(yè)建設(shè)要求，機(jī)器人工程、智能制造等本科專業(yè)在近幾年應(yīng)運(yùn)而生。除此之外，許多傳統(tǒng)的自動化相關(guān)專業(yè)也增加了機(jī)器人相關(guān)的課程，主要教學(xué)內(nèi)容涉及機(jī)器人數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、機(jī)器人傳感器、機(jī)器人操作系統(tǒng)、機(jī)器人定位與導(dǎo)航、機(jī)器人視覺、機(jī)器人語音等。因此，本課程的開設(shè)對我國機(jī)器人、智能制造、人工智能等行業(yè)的發(fā)展具有一定的推動作用。教學(xué)目標(biāo)了解機(jī)器人的起源、發(fā)展、特點(diǎn)與分類，以及智能機(jī)器人的概念與架構(gòu)。掌握機(jī)器人的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)知識，包括空間質(zhì)點(diǎn)的表示、二維位姿、三維位姿，以及齊次坐標(biāo)變換，并了解了機(jī)器人的感知系統(tǒng)、通信系統(tǒng)及操作系統(tǒng)。掌握機(jī)器人的航跡推算和位姿估計(jì)，熟悉基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的定位與建圖方法?；诩す饫走_(dá)傳感器視覺傳感器的定位建圖方法，熟悉相關(guān)的數(shù)學(xué)算法、實(shí)現(xiàn)步驟及優(yōu)化過程。掌握機(jī)器人視覺的基礎(chǔ)知識與理論，包括視覺系統(tǒng)的組成、目標(biāo)檢測方法、視覺定位建圖方法及深度學(xué)習(xí)在機(jī)器人視覺中的應(yīng)用。掌握基于深度學(xué)習(xí)的自然語言處理框架，熟悉相關(guān)的深度學(xué)習(xí)模型。以科大訊飛的AIUI人機(jī)智能平臺為基礎(chǔ)，了解機(jī)器人智能應(yīng)用開發(fā)環(huán)境的搭建與配置，以及應(yīng)用程序的編譯與調(diào)試方法。教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配序號章節(jié)名稱主要內(nèi)容目標(biāo)及要求學(xué)時(shí)1緒論人工智能的概念機(jī)器人的概念智能機(jī)器人的概念智能機(jī)器人的架構(gòu)典型的智能機(jī)器人了解人工智能的發(fā)展歷程了解機(jī)器人的分類了解機(jī)器人的智能水平評價(jià)了解機(jī)器人的經(jīng)典架構(gòu)和網(wǎng)聯(lián)云控架構(gòu)了解典型的智能機(jī)器人22機(jī)器人基礎(chǔ)坐標(biāo)系與位姿二維位姿與三維位姿平移與旋轉(zhuǎn)機(jī)器人傳感器與外部傳感器有線通信與無線通信機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS掌握二維位姿與三維位姿的概念理解坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)與平移兩個(gè)基本運(yùn)動方式熟悉機(jī)器人系統(tǒng)常用的傳感器了解有線通信和無線通信這兩種通信方式了解機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的基礎(chǔ)知識43機(jī)器人定位與導(dǎo)航航跡推算位姿估計(jì)使用地圖創(chuàng)建地圖定位并建圖反應(yīng)式導(dǎo)航基于地圖的導(dǎo)航了解兩輪驅(qū)動小車的運(yùn)動學(xué)模型掌握航跡推算及位姿估計(jì)的具體方法掌握定位與建圖的基礎(chǔ)理論掌握基于擴(kuò)展卡爾曼濾波定位與建圖的方法了解反應(yīng)式導(dǎo)航和基于地圖導(dǎo)航的區(qū)別64機(jī)器人路徑規(guī)劃路徑規(guī)劃的定義路徑規(guī)劃的分類勢場法概述勢場函數(shù)的建立A*算法路徑規(guī)劃D*算法路徑規(guī)劃全覆蓋路徑規(guī)劃理解路徑規(guī)劃的基本概念掌握勢場法的概念及勢場函數(shù)的建立方法掌握A*路徑規(guī)劃算法的原理掌握D*路徑規(guī)劃算法的原理全覆蓋路徑規(guī)劃方法65智能機(jī)器人SLAMSLAM的定義及數(shù)學(xué)描述激光雷達(dá)SLAM基于粒子濾波的SLAM基于圖優(yōu)化的SLAMVSLAM的概念特征提取視覺里程計(jì)后端優(yōu)化與建圖回環(huán)檢測與詞袋模型了解SLAM的基本概念了解激光SLAM的原理掌握基于粒子濾波的SLAM方法掌握基于圖優(yōu)化的SLAM方法掌握VSLAM的概念掌握特征提取和視覺里程計(jì)的概念掌握后端優(yōu)化方法掌握回環(huán)檢測的方法66機(jī)器人視覺的概念機(jī)器人視覺系統(tǒng)的組成單目/雙目機(jī)器人視覺系統(tǒng)RGB-D機(jī)器人視覺系統(tǒng)視覺目標(biāo)檢測方法VSLAM方案深了解機(jī)器人視覺系統(tǒng)的組成與分類掌握基于視覺的目標(biāo)檢測方法掌握R-CNN，F(xiàn)astR-CNN，F(xiàn)asterR-CNN及YOLO熟悉視覺技術(shù)在機(jī)器人定位、建圖與導(dǎo)航中的應(yīng)用掌握ORB-SLAM2，LSD-SLAM及RGB-DSLAM掌握深度學(xué)習(xí)方法在機(jī)器人視覺中的應(yīng)用67NLP概述及其歷史NLP新技術(shù)框架NLP的深度學(xué)習(xí)模型和方法機(jī)了解NLP的歷史熟悉深度學(xué)習(xí)進(jìn)行語音處理的模型及方法掌握遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法了解LSTM，Word2Vec，ELMO，Transformer及BERT了解科大訊飛的AIUI人機(jī)交互平臺掌握機(jī)器人語音技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用68智能機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)1.激光雷達(dá)導(dǎo)航智能車設(shè)計(jì)2.視覺導(dǎo)航智能車設(shè)計(jì)3.服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)1.了解輪式移動機(jī)器人的軟硬件設(shè)計(jì)2.掌握激光雷達(dá)導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用3.掌握視覺導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用4.了解服務(wù)機(jī)器人的本體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)架構(gòu)29機(jī)器人智能應(yīng)用開發(fā)實(shí)踐1.機(jī)器人智能應(yīng)用開發(fā)基礎(chǔ)2.語音交互智能應(yīng)用開發(fā)3.機(jī)器人導(dǎo)航智能應(yīng)用開發(fā)4.圖像識別智能應(yīng)用開發(fā)5.智能應(yīng)用開發(fā)綜合1.了解機(jī)器人智能應(yīng)用開發(fā)平臺2.掌握開發(fā)環(huán)境的搭建和配置3.掌握智能應(yīng)用的開發(fā)、編譯與調(diào)試4.了解語音互動、導(dǎo)航、圖像識別及綜合實(shí)踐的步驟2學(xué)時(shí)合計(jì)40序號實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)要求學(xué)時(shí)1激光雷達(dá)導(dǎo)航智能車安裝Ubuntu16.04系統(tǒng)安裝ROS平臺工程文件的編譯燒錄單片機(jī)程序搭建硬件模型程序調(diào)試42視覺導(dǎo)航智能車安裝官方系統(tǒng)安裝使用Xshell搭建硬件模型初始化攝像頭收集圖像數(shù)據(jù)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)現(xiàn)避障及自動駕駛43服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用了解主要參數(shù)和功能熟悉自動喚醒功能熟悉“業(yè)務(wù)辦理”功能24機(jī)器人智能應(yīng)用開發(fā)基礎(chǔ)應(yīng)用開發(fā)環(huán)境的搭建與配置智能應(yīng)用的開發(fā)、編譯與調(diào)試25語音交互智能應(yīng)用開發(fā)實(shí)踐語音合成功能集成語音識別與語義理解能力集成智能語音客服系統(tǒng)集成功能代碼的開發(fā)機(jī)器人開發(fā)平臺運(yùn)行36機(jī)器人導(dǎo)航智能應(yīng)用開發(fā)實(shí)踐地圖的構(gòu)建與導(dǎo)航點(diǎn)位機(jī)器人底盤移動能力集成智能導(dǎo)航應(yīng)用功能代碼的開發(fā)開發(fā)平臺運(yùn)行37圖像識別智能應(yīng)用開發(fā)實(shí)踐人臉識別能力集成“人證合一”應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的編譯、調(diào)試與運(yùn)行38智能應(yīng)用開發(fā)綜合實(shí)踐1.綜合應(yīng)用的設(shè)計(jì)與集成2.綜合應(yīng)用的測試與發(fā)布3.應(yīng)用的編譯、調(diào)試與運(yùn)行3學(xué)時(shí)合計(jì)24考核方式突出學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，加強(qiáng)過程性考核。課程考核的成績構(gòu)成=平時(shí)作業(yè)（10%）+實(shí)驗(yàn)成績（40%）+期末考核（50%），期末考試建議采用開卷形式，試題應(yīng)包括基本概念、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、定位與建圖、路徑規(guī)劃方法、SLAM方法、視覺目標(biāo)檢測方法、深、、圖像處理等題型可采用判斷題、選擇、簡答、計(jì)算、綜合題等方式。教材與參考資料教材陳良，高瑜，孫榮川.智能機(jī)器人[M].北京：人民郵電出版社.2022.參考文獻(xiàn)[1] 蔡自興，謝斌.機(jī)器人學(xué)[M].3版.北京:清華大學(xué)出版社，2015.[2] 阮勇，董永貴.微型傳感器[M].2版.北京：清華大學(xué)出版社，2018.[3] 曲道奎.中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].中國科學(xué)院院刊，2