《機(jī)器人與多智能體》課程教學(xué)大綱

《機(jī)器人與多智能體》教學(xué)大綱一、課程基本信息二、教學(xué)目標(biāo)中文名稱(chēng)機(jī)器人與多智能體英文名稱(chēng)RobotsandMulti-agentSystem適用專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)先修課程C語(yǔ)言、嵌入式系統(tǒng)課程類(lèi)別專(zhuān)業(yè)拓展課程修讀性質(zhì)限選學(xué)分/學(xué)時(shí)2.5學(xué)分/27學(xué)時(shí)考核方式考查以ARM為核心的硬件平臺(tái)開(kāi)發(fā)的移動(dòng)機(jī)器人，具有體積小、低功耗、低本錢(qián)、高性能等優(yōu)勢(shì)。課程內(nèi)容以主要包括移動(dòng)機(jī)器人的系統(tǒng)組成與體系結(jié)構(gòu)、移動(dòng)機(jī)器人本體設(shè)計(jì)、移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、移動(dòng)機(jī)器人傳感器技術(shù)、移動(dòng)機(jī)器人定位、移動(dòng)機(jī)器人控制技術(shù)、移動(dòng)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)等。在教學(xué)中注重基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際，使學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)際設(shè)計(jì)步驟及方法，用實(shí)例闡述相關(guān)算法的工程應(yīng)用。同時(shí)本課程兼顧移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的廣度和深度，介紹了一些新的技術(shù)和新的方法，以幫學(xué)生開(kāi)闊視野。三、教學(xué)內(nèi)容及基本要求第一章緒論（理論2學(xué)時(shí)）（-）教學(xué)目標(biāo)了解機(jī)器人的定義及由來(lái)；了解移動(dòng)機(jī)器人分類(lèi)；了解移動(dòng)機(jī)器人特點(diǎn)與特征；了解移動(dòng)機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)；了解移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃和控制體系。（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：移動(dòng)機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)；教學(xué)難點(diǎn)：移動(dòng)機(jī)器人多傳感器信息融合。（三）教學(xué)方法多媒體演示教學(xué)。（四）教學(xué)內(nèi)容.移動(dòng)機(jī)器人簡(jiǎn)介；.典型移動(dòng)機(jī)器人；.移動(dòng)機(jī)器人的特點(diǎn)與特征；.移動(dòng)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)；.移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的開(kāi)展。第二章移動(dòng)機(jī)器人本體設(shè)計(jì)（理論4學(xué)時(shí)）（-）教學(xué)目標(biāo)了解走行機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu);了解走行電動(dòng)機(jī)、從動(dòng)輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);了解底盤(pán)機(jī)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)、夾持機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：走行機(jī)構(gòu)、底盤(pán)機(jī)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)、夾持機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì);教學(xué)難點(diǎn)：走行電動(dòng)機(jī)容量及轉(zhuǎn)矩計(jì)算；基于Matlab的夾持機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；基于ADAMS的夾持機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。（三）教學(xué)方法多媒體演示教學(xué)。（四）教學(xué)內(nèi)容.走行機(jī)構(gòu)；.走行電動(dòng)機(jī)選型；.走行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；.底盤(pán)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；.提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；.夾持機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。第三章移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（理論4學(xué)時(shí)）（一）教學(xué)目標(biāo)掌握移動(dòng)機(jī)器人主控模塊、電動(dòng)機(jī)控制模塊、定位信息采集模塊；了解機(jī)器人嵌入式系統(tǒng)；了解機(jī)器人軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具；了解機(jī)器人通信方式。（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：機(jī)器人電動(dòng)機(jī)控制模塊、定位信息采集模塊；機(jī)器人嵌入式軟件系統(tǒng)；教學(xué)難點(diǎn)：機(jī)器人軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具；（三）教學(xué)方法多媒體教學(xué)。（四）教學(xué)內(nèi)容.移動(dòng)機(jī)器人硬件系統(tǒng)；.移動(dòng)機(jī)器人軟件系統(tǒng)。第四章移動(dòng)機(jī)器人傳感技術(shù)（理論4學(xué)時(shí)）（一）教學(xué)目標(biāo)了解機(jī)器人電位器、編碼器、陀螺儀的工作方式；了解StarGazer室內(nèi)定位系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)；了解紅外傳感器和超聲波傳感器的工作原理。（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：移動(dòng)機(jī)器人組合導(dǎo)航系統(tǒng)；紅外傳感器和超聲波傳感器的工作原理；教學(xué)難點(diǎn)：移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航；移動(dòng)機(jī)器人外部傳感器的工作方式。（三）教學(xué)方法多媒體教學(xué)。（四）教學(xué)內(nèi)容.移動(dòng)機(jī)器人內(nèi)部傳感器；.移動(dòng)機(jī)器人內(nèi)部傳感器。第五章移動(dòng)機(jī)器人自主定位（理論4學(xué)時(shí)）（一）教學(xué)目標(biāo)了解機(jī)器人移動(dòng)方程；了解Kalman濾波和粒子濾波；掌握文件系統(tǒng)的構(gòu)成和管理；了解機(jī)器人自主定位和地圖構(gòu)建方法；了解移動(dòng)機(jī)器人SLAM仿真平臺(tái)的搭建。（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程和觀測(cè)方程；移動(dòng)機(jī)器人自主定位與地圖構(gòu)建;教學(xué)難點(diǎn)：移動(dòng)機(jī)器人SLAM實(shí)驗(yàn)與仿真平臺(tái)的構(gòu)建。（三）教學(xué)方法多媒體教學(xué)。（四）教學(xué)內(nèi)容.移動(dòng)機(jī)器人定位模型；.Kalman濾涉及粒子濾波；.自主定位及地圖構(gòu)建核心框架；.SLAM實(shí)驗(yàn)與仿真。第六章移動(dòng)機(jī)器人控制技術(shù)（理論4學(xué)時(shí)）（一）教學(xué)目標(biāo)了解移動(dòng)機(jī)器人軌跡跟蹤控制；了解移動(dòng)機(jī)器人PID控制；了解移動(dòng)機(jī)器人軌跡跟蹤控制方法。（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：移動(dòng)機(jī)器人軌跡跟蹤控制；教學(xué)難點(diǎn)：幾種移動(dòng)機(jī)器人軌跡跟蹤控制方法。（三）教學(xué)方法本章以課堂教學(xué)為主，結(jié)合實(shí)例進(jìn)行多媒體教學(xué)。（四）教學(xué)內(nèi)容.移動(dòng)機(jī)器人控制問(wèn)題；.移動(dòng)機(jī)器人智能PID控制；.基于Lyapunov理論的移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)點(diǎn)跟蹤算法；.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)機(jī)器人自適應(yīng)控制；.基于虛擬領(lǐng)航的機(jī)器人神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)編隊(duì)控制。第七章移動(dòng)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)（理論5學(xué)時(shí)）（一）教學(xué)目標(biāo)了解機(jī)器人視覺(jué)的組成和分類(lèi)；了解單目視覺(jué)模型和雙目視覺(jué)模型；掌握利用單目攝像機(jī)測(cè)量物體距離和角度；了解灰度圖像和色度圖像；掌握物體跟蹤算法。（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)；機(jī)器人圖像增強(qiáng)和分割；教學(xué)難點(diǎn)：機(jī)器人視覺(jué)測(cè)量和定位；物體跟蹤算法。（三）教學(xué)方法多媒體課堂教學(xué)為主。（四）教學(xué)內(nèi)容.機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)簡(jiǎn)介；.攝像機(jī)模型；.攝像機(jī)標(biāo)定；.利用單目攝像機(jī)測(cè)量距離及角度；.圖像處理；5.物體跟蹤。四'考核形式及成績(jī)?cè)u(píng)定（-）考核形式：期末考試為開(kāi)卷考試，考試范圍和要求應(yīng)符合本教學(xué)大綱對(duì)各章教學(xué)內(nèi)容的基本要求。（二）成績(jī)?cè)u(píng)定：課程考核分為平時(shí)成績(jī)和期末考試。其中平時(shí)考核成績(jī)占課程總成績(jī)的30%,期末考試成績(jī)占課程總成績(jī)的70%。五'教材與參考書(shū)教材：宋永端.移動(dòng)機(jī)器人及其自主化技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012,8.參考書(shū)：[1]托馬斯?布勞恩（BraunLT.）著，劉錦濤等譯.嵌入式機(jī)器人學(xué)：基于嵌入式系統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與應(yīng)用.（第三版）.西安：西安交通大學(xué)出版社，2012,7.[2]孫弋基于S3c2440的嵌入式Linux開(kāi)發(fā)實(shí)例.（第一版）.西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2010,5.六、其他本課程采用課堂教學(xué)的方式，條件具備時(shí)，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)工具和聯(lián)網(wǎng)教學(xué)方式相結(jié)合，課堂教學(xué)采用傳統(tǒng)教學(xué)和多媒體教學(xué)相結(jié)合，理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，通過(guò)全面而豐富的實(shí)例（多媒體演示）學(xué)習(xí)，到達(dá)理論與實(shí)際相結(jié)合目的。七、課程學(xué)時(shí)分配表序號(hào)