《人工智能拓展創(chuàng)新》教學大綱

《人工智能拓展創(chuàng)新》教學大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：22170042課程性質：專業(yè)創(chuàng)新選修課學分：2學分學時：32學時（理論16學時，實驗16學時）先修課程：機器學習、深度學習與應用后續(xù)課程：畢業(yè)設計適用專業(yè)：人工智能專業(yè)開課單位：智能工程學院一、課程說明《人工智能拓展創(chuàng)新》是人工智能專業(yè)的專業(yè)創(chuàng)新選修課。本課程重點學習計算機控制的機器人識別、控制、分析等技術的基礎知識及應用等。注重實踐能力的培養(yǎng)，通過運用智能機器人控制技術實現(xiàn)機器人運動的應用，培養(yǎng)學生工程實踐應用的能力。二、課程目標通過本課程的學習，使學生達到如下目標：課程目標1：掌握智能機器人系統(tǒng)的組成結構，掌握智能傳感器的主要性能參數(shù)，掌握各種智能機器人工作原理，了解智能機器人的構成和關鍵技術，正確理解基于人工智能的機器人信息融合的系統(tǒng)結構及應用實例，并能進行簡單的實踐操作。課程目標2：能夠初步使用智能機器人進行實踐應用，掌握智能機器人的工作原理與實例分析，掌握服務、移動、輪式機器人的應用實例，培養(yǎng)學生科學、嚴謹?shù)膭?chuàng)造性思維和研究性思維，為進一步學習和運用人工智能機器人相關方法解決實際問題奠定初步基礎。課程目標3：通過課程學習，對智能機器人技術從整體上形成較清晰全面的了解，具備能夠對涉及人工智能領域的視覺問題具備對采集的圖像進行分析、處理的能力，更重要的是培養(yǎng)學生積極思考、嚴謹創(chuàng)新的科學態(tài)度和解決人工智能機器人感知領域實際問題的能力。課程目標4：強調培養(yǎng)學生的動手能力和團隊協(xié)作能力；同時在項目開發(fā)過程中培養(yǎng)基本操作規(guī)范和安全意識，樹立正確的審美觀念和勞動觀念。課程目標5：強調培養(yǎng)學生的動手能力和團隊協(xié)作能力；要求學生通過編寫程序來實現(xiàn)人工智能領域中基礎程序設計。促使學生形成良好的世界觀、人生觀和價值觀，同時在項目開發(fā)過程中培養(yǎng)基本操作規(guī)范和安全意識，樹立正確的審美觀念和勞動觀念。三、課程目標與畢業(yè)要求《人工智能拓展創(chuàng)新》課程教學目標對人工智能專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學目標與畢業(yè)要求關系畢業(yè)要求指標點課程目標支撐強度2.問題分析：能夠應用數(shù)學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析人工智能及相關應用領域復雜工程問題，以獲得有效結論。2.2能夠基于數(shù)學、自然科學和工程科學等相關科學原理，會通過文獻研究尋求適用的人工智能及相關應用領域工程問題解決方案。課程目標1：掌握智能機器人系統(tǒng)的組成結構，掌握智能傳感器的主要性能參數(shù)，掌握各種智能機器人工作原理，了解智能機器人的構成和關鍵技術，正確理解基于人工智能的機器人信息融合的系統(tǒng)結構及應用實例，并能進行簡單的實踐操作。M3.設計/開發(fā)解決方案：能夠針對人工智能及交叉應用領域工程問題設計解決方案，設計滿足特定需求的硬件部件、智能算法、系統(tǒng)集成應用，并能夠在設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，并考慮社會、環(huán)境、健康、安全、法律、文化等因素。3.2設計針對人工智能領域復雜工程問題的解決方案，包括設計或開發(fā)滿足特定需求和約束條件的軟硬件系統(tǒng)、模塊或算法流程，并能夠進行模塊和系統(tǒng)級優(yōu)化課程目標2：能夠初步使用智能機器人進行實踐應用，掌握智能機器人的工作原理與實例分析，掌握服務、移動、輪式機器人的應用實例，培養(yǎng)學生科學、嚴謹?shù)膭?chuàng)造性思維和研究性思維，為進一步學習和運用人工智能機器人相關方法解決實際問題奠定初步基礎。H4.研究：能基于科學原理并采用科學方法對人工智能及相關應用領域的復雜工程問題進行研究，包括系統(tǒng)的集成研究、算法的研究、參數(shù)的優(yōu)化，并通過信息綜合得到合理有效的結論。4.2能夠構建模擬或實驗系統(tǒng)，通過信息綜合分析和實驗結果解釋，說明其有效性、合理性，得到解決方案實施質量的合理有效結論。課程目標2：能夠初步使用智能機器人進行實踐應用，掌握智能機器人的工作原理與實例分析，掌握服務、移動、輪式機器人的應用實例，培養(yǎng)學生科學、嚴謹?shù)膭?chuàng)造性思維和研究性思維，為進一步學習和運用人工智能機器人相關方法解決實際問題奠定初步基礎。M9.個人和團隊：能在多學科背景下的團隊中承擔個體、團隊成員以及負責人的角色。9.1理解團隊合作的重要性，具有與團隊成員或負責人協(xié)調合作的團隊精神和能力，能夠在多學科背景下的團隊中獨立或合作開展工作并發(fā)揮作用。課程目標3：通過課程學習，對智能機器人技術從整體上形成較清晰全面的了解，具備能夠對涉及人工智能領域的視覺問題具備對采集的圖像進行分析、處理的能力，更重要的是培養(yǎng)學生積極思考、嚴謹創(chuàng)新的科學態(tài)度和解決人工智能機器人感知領域實際問題的能力。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關畢業(yè)要求的關聯(lián)度。四、教學內容、基本要求與學時分配1.理論部分理論部分的教學內容、基本要求與學時分配見表2。表2教學內容、基本要求與學時分配教學內容教學要求，教學重點難點理論學時實驗學時對應的課程目標1.豹小秘的解鎖與定位教學要求：對獵戶星空AI智能服務機器人——豹小秘進行配置，構建地圖。重點：地圖構建設置。難點：豹小秘配置和地圖構建。221、22.豹小秘語音、視覺識別服務功能教學要求：利用語音識別和視頻功能實現(xiàn)對獵戶星空AI智能服務機器人——豹小秘的訪客接待、老板分身和語音等功能，并充分發(fā)揮豹小秘的問答等功能進行人性化設置。重點：訪客接待、老板分身和語音等功能。難點：訪客接待、老板分身和語音等功能。221、23.LEO移動機器人平臺軟硬件系統(tǒng)初識；rosStudio操控LEO移動抓取。教學要求：智能機器人平臺硬件架構，軟件架構組成介紹講解，智能機器人組成及作用，掌握各種智能傳感器的作用和性能。能夠控制機械臂在兩個平臺之間來回抓取釋放。重點：控制機械臂在兩個平臺之間來回抓取釋放。難點：控制機械臂在兩個平臺之間來回抓取釋放。222、34.ROS里程計消息發(fā)布；ROS陀螺儀Imu融合教學要求：使學生掌握導航模塊如何從STM32模塊獲取編碼器數(shù)據(jù)，并且將編碼器數(shù)據(jù)計算轉換成ROS的里程計odom數(shù)據(jù)，學會校準里程計；掌握導航模塊如何從STM32模塊獲取陀螺儀數(shù)據(jù)值，并轉化成ROSsensor_msgs/Imu。消息發(fā)布出來，與里程計odom進行卡爾曼濾波融合。重點：編碼器數(shù)據(jù)計算轉換成ROS的里程計odom數(shù)據(jù)。難點：從STM32模塊獲取陀螺儀數(shù)據(jù)值，并轉化成ROSsensor_msgs/Imu。222、35.激光雷達使用及位置校準教學要求：使學生掌握如何校準激光雷達距離底盤中心的距離及方向偏轉角，用于將激光雷達的數(shù)據(jù)從激光雷達坐標系下laser_frame轉換到底盤中心坐標系下base_footprint，方便建圖使用。重點：校準激光雷達距離底盤中心的距離及方向偏轉角。難點：校準激光雷達距離底盤中心的距離及方向偏轉角。222、36.使用gmapingslam算法構建地圖；自主導航教學要求：掌握gmapping建圖算法的使用和參數(shù)調試；機器人自主導航運動，在地圖上點擊目標點位置，令機器人規(guī)劃到目標點的路徑，到達目標點。重點：gmapping建圖算法的使用。難點：機器人規(guī)劃到目標點的路徑和目標點。221、37.深度攝像頭數(shù)據(jù)融合到move_base導航中，實現(xiàn)立體避障；基于攝像頭實現(xiàn)人體跟隨功能。教學要求：掌握將攝像頭的看到的障礙物添加到costmap中，并規(guī)劃新路徑避開障礙物。使用深度攝像頭識別人體，并控制機器人跟隨人體移動，當攝像頭看到人體時，開始執(zhí)行跟隨操作。重點：深度攝像頭識別人體并跟隨。難點：深度攝像頭識別人體并跟隨。221、2、38.智能魔方機器人控制和自主運動，智能語音交互教學要求：掌握利用智能魔方機器人進行視覺識別、避障和移動軌跡規(guī)劃控制等操作；利用語音控制機器人運動和語音導航。重點：利用語音控制機器人運動和語音導航。難點：利用語音控制機器人運動和語音導航。221、2、3合計1616五、教學方法及手段本課程以學生動手實踐練習為主，理論知識講解為輔，結合討論、案例、實驗等教學手段完成課程教學任務和相關能力的培養(yǎng)。使學生掌握仿計算機視覺的基礎知識，同時使學生對獲取的圖像具備分析、處理的能力。在實踐教學環(huán)節(jié)中，通過任務式教學、討論式教學加深學生對計算機視覺的認識，培養(yǎng)學生自主學習能力、激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。六、課程資源1.推薦教材：（1）岡薩雷斯著,阮秋琦譯.《數(shù)字圖像處理（第三版）》.北京：電子工業(yè)出版社,2017.52.參考書：（1）楊淑瑩,張樺,陳勝勇編.《數(shù)字圖像處理：VisualStudioC++技術實現(xiàn)》.北京：科學出版社,2017.8（2）左飛.《數(shù)字圖像處理：原理與實踐（MATLAB版）》.北京：電子工業(yè)出版社,2014.1（3）楊杰.《數(shù)字圖像處理及MATLAB實現(xiàn)學習與實驗指導》.北京：電子工業(yè)出版社,2016.93.期刊：（1）陳碩,駱騰斌,劉豐,等.應用于水表檢定的機器視覺技術研究[J].電子測量與儀器學報,2017,31(1):144-149．（2）段建民,石慧,戰(zhàn)宇辰.基于機器視覺篩選GPS衛(wèi)星信號的無人駕駛汽車組合導航方法[J].電子技術應用,2016,42(1):111-114.（3）劉艷雄,張亮杰,毛華杰.基于機器視覺的精沖零件斷面缺陷檢測系統(tǒng)研究[J].制造業(yè)自動化,2016,38(4):3-7.（4）徐征,陳聿夫,孫謙,等.機器視覺精密測量中的顯微光學聚焦[J].光學精密工程,2016,24(9):2095-2100.（5）PérezL,í?igoRodríguez,RodríguezN,etal.RobotGuidanceUsingMachineVisionTechniquesinIndustrialEnvironments:AComparativeReview[J].Sensors,2016,16(3):335.4.網絡資源：（1）/（2）/（3）七、課程考核對課程目標的支撐課程成績全部由過程性考核成績構成，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關系見表3。表3課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細則課程目標1234過程性考核線上學習30（1）根據(jù)課堂出勤情況、課堂回答問題情況、課程視頻學習、章節(jié)學習進行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭獭?8122分組任務25（1）根據(jù)每個模塊的分組任務完成情況和質量單獨評分，滿分100分；（2）每次分組任務單獨評分，取各次評分的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以最終成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭?015線下模塊報告25（1）主要考核學生對各模塊知識點的復習、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每個模塊單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以最終成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭獭?8102答辯競賽20（1）根據(jù)競賽規(guī)則，擬定比賽題目，制定評分細則和答辯安排，滿分100分，以競賽答辯成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核競賽作品的創(chuàng)新性、作品結構合理、完整性、團隊合作分工等內容?！獭獭?108合計：100分1536454八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以線上成績（課程視頻、章節(jié)學習次數(shù)）、線下成績（模塊報告、分組任務）、競賽答辯成績等方式對學生進行考核評價。考核基本要求：考核總成績由答辯競賽成績和過程性考核成績構成，其中：過程性考核成績占總成績的80%，答辯競賽成績占總成績的20%。過程性考核成績由構成：（1）線上學習成績占100分（權重30%），由課程視頻學習、章節(jié)學習次數(shù)構成；（2）線下成績?yōu)?00分（權重25%），由模塊報告成績構成；（3）分組任務成績（權重25%）。答辯競賽成績?yōu)?00分（權重20%）。2.過程性考核成績的標準過程性考核方式重點考核內容、評價標準、所占比重見表4。表4過程性考核方式評價標準考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60線上學習37.5視頻、章節(jié)學習進度100%，積極參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于90%。視頻、章節(jié)學習進度90%，認真參與教學活動，回答問題準確率大于80%。視頻、章節(jié)學習進度70-80%，，偶爾參與教學活動，回答問題準確率大于70%。視頻、章節(jié)學習進度6