《智能机器人原理及实践》教学大纲 课程编号： 课程名称：智能机器人原理与实践 学时数： 学分：2 开课时间：秋季 开课学院：机械与电气工程学院 授课对象：硕士 先修课程：机械设计、高级程序设计语言、电路基础 一、教学目的 通过本课程教学，使学生了解机器人系统构成与基本原理，掌握智能机器人系统的结 构设计、嵌入式软硬件系统及运动控制、智能感知、通信系统、视觉技术、机器视觉与定位 语音技术、导航与路径规划、机器人操作系统等关键技术，具备研发、设计智能机器人系统 及相关产品的基础能力。 二、教学内容与要求（总学时：40学时） 第一章概论(2学时) 1.本章教学内容： (1)机器人定义、机器人的产生与发展进程(1学时) (2)机器人的体系结构及初识羽毛球机器人(1学时) 2.本章教学要求 通过本章课程的学习，要求学生理解机器人是什么，了解机器人的发展进程与机器人 的体系结构，了解典型机器人系统（羽毛球机器人）的构成，对实际的机器人系统有一个初 步的了解。 3.本章教学重点 了解机器人的各种体系结构。 4.本章教学难点 使学生充分了解机器人的体系结构。 第2章智能机器人结构设计与创意(4学时) 1.本章教学内容： (1)机器人结构设计原则、设计工具(1学时) (2)机器人常见结构与设计实践(1学时) (3)机器人结构创意(2学时) 2.本章教学要求 通过本章课程的学习，要求学生掌握机器人结构设计的原则、工具及设计方法，掌握 机器人常见结构及结构创意设计。 3.本章教学重点 熟悉机器人常见结构及其创意设计。 4.本章教学难点 使学生具备机器人创意设计的思维
《智能机器人原理及实践》教学大纲 课程编号： 课程名称：智能机器人原理与实践 学时数： 学分：2 开课时间：秋季 开课学院：机械与电气工程学院 授课对象： 硕士 先修课程：机械设计、高级程序设计语言、电路基础 一、教学目的 通过本课程教学，使学生了解机器人系统构成与基本原理，掌握智能机器人系统的结 构设计、嵌入式软硬件系统及运动控制、智能感知、通信系统、视觉技术、机器视觉与定位、 语音技术、导航与路径规划、机器人操作系统等关键技术，具备研发、设计智能机器人系统 及相关产品的基础能力。 二、教学内容与要求（总学时：40 学时） 第一章 概论（2 学时） 1.本章教学内容： (1)机器人定义、机器人的产生与发展进程（1 学时） (2)机器人的体系结构及初识羽毛球机器人（1 学时） 2.本章教学要求 通过本章课程的学习，要求学生理解机器人是什么，了解机器人的发展进程与机器人 的体系结构，了解典型机器人系统（羽毛球机器人）的构成，对实际的机器人系统有一个初 步的了解。 3.本章教学重点 了解机器人的各种体系结构。 4.本章教学难点 使学生充分了解机器人的体系结构。 第 2 章 智能机器人结构设计与创意（4 学时） 1.本章教学内容： (1)机器人结构设计原则、设计工具（1 学时） (2)机器人常见结构与设计实践（1 学时） (3)机器人结构创意（2 学时） 2.本章教学要求 通过本章课程的学习，要求学生掌握机器人结构设计的原则、工具及设计方法，掌握 机器人常见结构及结构创意设计。 3.本章教学重点 熟悉机器人常见结构及其创意设计。 4.本章教学难点 使学生具备机器人创意设计的思维
第3章智能机器人的嵌入式系统设计(4学时) 1.本章教学内容： (1)羽毛球机器人的嵌入式控制系统解析(0.5学时) (2)AM体系结构及硬件资源(1学时) (3)嵌入式操作系统原理(FREERTOS)(1学时) (4)嵌入式运动控制软件及KEIL开发平台(1学时) (⑤)嵌入式控制系统常用数据通信协议(0.5学时) 2.本章教学要求 通过本章课程的学习，要求学生了解机器人嵌入式运动控制系统构成，熟悉ARM体系 结构及常用硬件资源(I/0、定时器、计数器、中断、蜂鸣器等)：熟悉FREERTOS、U/COS 等常见嵌入式操作系统：掌握嵌入式运动控制软件及KEIL开发平台：掌握嵌入式控制系统 常用数据通信协议（串口、CAN协议、I2C等）。 3.本章教学重点 了解ARM体系结构及常用硬件资源、嵌入式操作系统原理、嵌入式运动控制软件及KEIL 开发平台、嵌入式控制系统常用数据通信协议。 4.本章教学难点 使学生理解嵌入式操作系统原理、运用KEL开发嵌入式运动控制软件、嵌入式控制系 统常用数据通信协议的软硬件实现。 第4章智能机器人运动控制系统(2学时) 1.本章教学内容： (1)智能机器人运动控制系统概述(0.5学时) (2)智能机器人驱动系统(1学时) (3)智能移动机器人常见底盘运动控制模型(0.5学时) 2.本章教学要求 通过本章课程的学习，要求学生理解智能机器人运动控制系统基本架构，了解各种常 见驱动方式和常见底盘运动控制模型。 3.本章教学重点 了解机器人各种常见驱动方式和常见底盘运动控制模型。 4.本章教学难点 使学生理解并掌握智能机器人各种常见驱动方式。 第5章智能机器人传感器系统(2学时) 1.本章教学内容： (1)智能机器人感知系统体系结构(0.5学时) (2)智能机器人各种感知传感器原理及应用实例(0.5学时) (3)智能机器人多传感器融合技术(1学时) 2.本章教学要求 通过本章课程的学习，要求学生理解机器人各种常见传感器原理，掌握各种常见传感 器的应用技术。 3.本章教学重点 了解机器人各种常见传感器原理。 4.本章教学难点 使学生理解并掌握智能机器人多传感器融合技术
第 3 章 智能机器人的嵌入式系统设计（4 学时） 1.本章教学内容： (1)羽毛球机器人的嵌入式控制系统解析（0.5 学时） (2)ARM 体系结构及硬件资源（1 学时） (3)嵌入式操作系统原理（FREERTOS）（1 学时） (4)嵌入式运动控制软件及 KEIL 开发平台（1 学时） (5)嵌入式控制系统常用数据通信协议（0.5 学时） 2.本章教学要求 通过本章课程的学习，要求学生了解机器人嵌入式运动控制系统构成，熟悉 ARM 体系 结构及常用硬件资源（I/O、定时器、计数器、中断、蜂鸣器等）；熟悉 FREERTOS、U/COS 等常见嵌入式操作系统；掌握嵌入式运动控制软件及 KEIL 开发平台；掌握嵌入式控制系统 常用数据通信协议（串口、CAN 协议、I2C 等）。 3.本章教学重点 了解 ARM 体系结构及常用硬件资源、嵌入式操作系统原理、嵌入式运动控制软件及 KEIL 开发平台、嵌入式控制系统常用数据通信协议。 4.本章教学难点 使学生理解嵌入式操作系统原理、运用 KEIL 开发嵌入式运动控制软件、嵌入式控制系 统常用数据通信协议的软硬件实现。 第 4 章 智能机器人运动控制系统（2 学时） 1.本章教学内容： (1)智能机器人运动控制系统概述（0.5 学时） (2)智能机器人驱动系统（1 学时） (3)智能移动机器人常见底盘运动控制模型（0.5 学时） 2.本章教学要求 通过本章课程的学习，要求学生理解智能机器人运动控制系统基本架构，了解各种常 见驱动方式和常见底盘运动控制模型。 3.本章教学重点 了解机器人各种常见驱动方式和常见底盘运动控制模型。 4.本章教学难点 使学生理解并掌握智能机器人各种常见驱动方式。 第 5 章 智能机器人传感器系统（2 学时） 1.本章教学内容： (1)智能机器人感知系统体系结构（0.5 学时） (2)智能机器人各种感知传感器原理及应用实例（0.5 学时） (3) 智能机器人多传感器融合技术（1 学时） 2.本章教学要求 通过本章课程的学习，要求学生理解机器人各种常见传感器原理，掌握各种常见传感 器的应用技术。 3.本章教学重点 了解机器人各种常见传感器原理。 4.本章教学难点 使学生理解并掌握智能机器人多传感器融合技术
第6章智能机器人定位与视觉技术基础(17学时) 1.本章教学内容： (1)移动机器人定位原理与视觉定位(1学时) (2)机器人视觉系统组成(1学时) (3)机器人视觉系统硬件基础(1学时) (4)成像几何(2学时) (⑤)双目视觉测量原理(1学时) (6)对极几何(1学时) (7)相机标定(1学时) (8)数字图像处理基础(1学时) (9)图像增强(1学时) (10)数字图像傅里叶变换及频率域增强(1学时) (11)数字图像形态学处理(1学时) (12)图像分割(1学时) (13)数字图像处理软件(MATLAB、HALCON)(2学时) (13)数字图像处理实践(2学时) 2.本章教学要求 通过本章课程的学习，要求学生理解机器人的定位原理与机器视觉技术基础。 3.本章教学重点 了解移动机器人定位原理、机器人视觉系统硬件基础、双目视觉测量原理、相机标 定、数字图像处理基础、数字图像处理软件应用。 4.本章教学难点 使学生理解并掌握双目视觉测量原理、相机标定、成像几何、对极几何。 第7章智能机器人视觉处理系统(3学时) 1.本章教学内容： (1)羽毛球机器人视觉处理原理(1学时) (2)运动目标运动跟踪与预测(1学时) (3)QT交互界面设计(1学时) 2.本章教学要求 通过本章课程的学习，要求学生掌握视觉处理系统软硬件构建：了解运动目标运动 跟踪与预测原理：掌握QT/C+软件设计方法。 3.本章教学重点 了解视觉处理系统软硬件构建、QT/C+软件设计方法。 4.本章教学难点 使学生理解并掌握QT/C+软件设计方法中的信号与槽函数的概念与应用。 第8章智能机器人导航与路径规划(3学时) 1.本章教学内容： (1)智能机器人导航与路径规划概述(0.5学时) (2)智能机器人导航地图(0.5学时) (3)智能机器人定位(0.5学时) (4)智能机器人路径规划(0.5学时) (⑤)智能机器人同步定位与路径规划(SLAM)(1学时)
第 6 章 智能机器人定位与视觉技术基础（17 学时） 1.本章教学内容： (1)移动机器人定位原理与视觉定位（1 学时） (2)机器人视觉系统组成（1 学时） (3)机器人视觉系统硬件基础（1 学时） (4)成像几何（2 学时） (5)双目视觉测量原理（1 学时） (6)对极几何（1 学时） (7)相机标定（1 学时） (8)数字图像处理基础（1 学时） (9)图像增强（1 学时） (10) 数字图像傅里叶变换及频率域增强（1 学时） (11) 数字图像形态学处理（1 学时） (12) 图像分割（1 学时） (13) 数字图像处理软件（MATLAB、HALCON）（2 学时） (13) 数字图像处理实践（2 学时） 2.本章教学要求 通过本章课程的学习，要求学生理解机器人的定位原理与机器视觉技术基础。 3.本章教学重点 了解移动机器人定位原理、机器人视觉系统硬件基础、双目视觉测量原理、相机标 定、数字图像处理基础、数字图像处理软件应用。 4.本章教学难点 使学生理解并掌握双目视觉测量原理、相机标定、成像几何、对极几何。 第 7 章 智能机器人视觉处理系统（3 学时） 1.本章教学内容： (1)羽毛球机器人视觉处理原理（1 学时） (2)运动目标运动跟踪与预测（1 学时） (3)QT 交互界面设计（1 学时） 2.本章教学要求 通过本章课程的学习，要求学生掌握视觉处理系统软硬件构建；了解运动目标运动 跟踪与预测原理；掌握 QT/C++软件设计方法。 3.本章教学重点 了解视觉处理系统软硬件构建、QT/C++软件设计方法。 4.本章教学难点 使学生理解并掌握 QT/C++软件设计方法中的信号与槽函数的概念与应用。 第 8 章 智能机器人导航与路径规划（3 学时） 1.本章教学内容： (1)智能机器人导航与路径规划概述（0.5 学时） (2) 智能机器人导航地图（0.5 学时） (3) 智能机器人定位（0.5 学时） (4) 智能机器人路径规划（0.5 学时） (5) 智能机器人同步定位与路径规划（SLAM）（1 学时）
2.本章教学要求 通过本章课程的学习，要求学生理解智能机器人导航与路径规划基本原理，了解智 能机器人地图构建、定位及SLAM的过程与方法。 3.本章教学重点 理解智能机器人导航与路径规划基本原理。 4.本章教学难点 使学生理解并掌握机器人地图构建、定位及SLAM的过程与方法。 第9章机器人操作系统(ROS)(3学时) 1.本章教学内容： (1)机器人操作系统概述(0.5学时) (2)机器人操作系统体系结构(0.5学时) (3)机器人操作系统通信机制、核心工具、坐标变换与开发接口(1学时) (4)机器人操作系统定位与导航功能剖析与应用(1学时) 2.本章教学要求 通过本章课程的学习，要求学生理解机器人操作系统体系结构、通信机制、核心工 具、坐标变换与开发接口，掌握定位与导航的调用。 3.本章教学重点 理解机器人操作系统体系结构、通信机制、核心工具、坐标变换与开发接口：掌握 定位与导航的调用。 4.本章教学难点 使学生理解并掌握定位与导航的调用。 第10章智能机器人设计制作实践(5学时) 1.本章教学内容： (1)亚太大学生机器人大赛赛题讲解与分析(1学时) (2)亚太大学生机器人大赛参赛方案、机器人设计方案展示与讨论(4学时) 2.本章教学要求 通过本章课程的学习，要求学生掌握智能机器人设计与制作流程。 3.本章教学重点 智能机器人设计。 4.本章教学难点 使学生理解并掌握智能机器人设计的基本方法。本章是以学生完成国际性高水平机 器人竞赛方案与机器人系统设计来综合应用本课程的基本理论与技术。 四、教材及参考资料 教材： [1]陈雯柏.智能机器人原理及实践[教材].清华大学出版社，2016年7月 参考资料： [1]:王茂森.智能机器人技术[教材].国防工业出版社，2015年8月 [2]:刘金国.智能机器人系统建模与仿真[教材].科学出版社，2016年1月 撰写人：骆德渊 审核人：
2.本章教学要求 通过本章课程的学习，要求学生理解智能机器人导航与路径规划基本原理，了解智 能机器人地图构建、定位及 SLAM 的过程与方法。 3.本章教学重点 理解智能机器人导航与路径规划基本原理。 4.本章教学难点 使学生理解并掌握机器人地图构建、定位及 SLAM 的过程与方法。 第 9 章 机器人操作系统（ROS）（3 学时） 1.本章教学内容： (1)机器人操作系统概述（0.5 学时） (2)机器人操作系统体系结构（0.5 学时） (3)机器人操作系统通信机制、核心工具、坐标变换与开发接口（1 学时） (4)机器人操作系统定位与导航功能剖析与应用（1 学时） 2.本章教学要求 通过本章课程的学习，要求学生理解机器人操作系统体系结构、通信机制、核心工 具、坐标变换与开发接口，掌握定位与导航的调用。 3.本章教学重点 理解机器人操作系统体系结构、通信机制、核心工具、坐标变换与开发接口；掌握 定位与导航的调用。 4.本章教学难点 使学生理解并掌握定位与导航的调用。 第 10 章 智能机器人设计制作实践（5 学时） 1.本章教学内容： (1)亚太大学生机器人大赛赛题讲解与分析（1 学时） (2) 亚太大学生机器人大赛参赛方案、机器人设计方案展示与讨论（4 学时） 2.本章教学要求 通过本章课程的学习，要求学生掌握智能机器人设计与制作流程。 3.本章教学重点 智能机器人设计。 4.本章教学难点 使学生理解并掌握智能机器人设计的基本方法。本章是以学生完成国际性高水平机 器人竞赛方案与机器人系统设计来综合应用本课程的基本理论与技术。 四、教材及参考资料 教材： [1] 陈雯柏. 智能机器人原理及实践[教材]. 清华大学出版社，2016 年 7 月 参考资料： [1] :王茂森. 智能机器人技术 [教材]. 国防工业出版社，2015 年 8 月 [2] :刘金国. 智能机器人系统建模与仿真 [教材]. 科学出版社，2016 年 1 月 撰写人：骆德渊 审核人：