《人工智能拓展創(chuàng)新》教學(xué)大綱

《人工智能拓展創(chuàng)新》教學(xué)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(zhì)：專業(yè)創(chuàng)新選修課學(xué)分：2學(xué)分學(xué)時：32學(xué)時（理論16學(xué)時，實驗16學(xué)時）先修課程：機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)與應(yīng)用后續(xù)課程：畢業(yè)設(shè)計適用專業(yè)：人工智能專業(yè)開課單位：智能工程學(xué)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(xué)習(xí)計算機控制的機器人識別、控制、分析等技術(shù)的基礎(chǔ)知識及應(yīng)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(shù)實現(xiàn)機器人運動的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生工程實踐應(yīng)用的能力。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握智能機器人系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，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(gòu)成和關(guān)鍵技術(shù)，正確理解基于人工智能的機器人信息融合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用實例，并能進行簡單的實踐操作。課程目標(biāo)2：能夠初步使用智能機器人進行實踐應(yīng)用，掌握智能機器人的工作原理與實例分析，掌握服務(wù)、移動、輪式機器人的應(yīng)用實例，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膭?chuàng)造性思維和研究性思維，為進一步學(xué)習(xí)和運用人工智能機器人相關(guān)方法解決實際問題奠定初步基礎(chǔ)。課程目標(biāo)3：通過課程學(xué)習(xí)，對智能機器人技術(shù)從整體上形成較清晰全面的了解，具備能夠?qū)ι婕叭斯ぶ悄茴I(lǐng)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(xué)生積極思考、嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度和解決人工智能機器人感知領(lǐng)域?qū)嶋H問題的能力。課程目標(biāo)4：強調(diào)培養(yǎng)學(xué)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(biāo)5：強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和團隊協(xié)作能力；要求學(xué)生通過編寫程序來實現(xiàn)人工智能領(lǐng)域中基礎(chǔ)程序設(shè)計。促使學(xué)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(biāo)與畢業(yè)要求《人工智能拓展創(chuàng)新》課程教學(xué)目標(biāo)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(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)支撐強度2.問題分析：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻研究分析人工智能及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。2.2能夠基于數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)等相關(guān)科學(xué)原理，會通過文獻研究尋求適用的人工智能及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域工程問題解決方案。課程目標(biāo)1：掌握智能機器人系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，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(gòu)成和關(guān)鍵技術(shù)，正確理解基于人工智能的機器人信息融合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用實例，并能進行簡單的實踐操作。M3.設(shè)計/開發(fā)解決方案：能夠針對人工智能及交叉應(yīng)用領(lǐng)域工程問題設(shè)計解決方案，設(shè)計滿足特定需求的硬件部件、智能算法、系統(tǒng)集成應(yīng)用，并能夠在設(shè)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(shè)計針對人工智能領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的解決方案，包括設(shè)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(biāo)2：能夠初步使用智能機器人進行實踐應(yīng)用，掌握智能機器人的工作原理與實例分析，掌握服務(wù)、移動、輪式機器人的應(yīng)用實例，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膭?chuàng)造性思維和研究性思維，為進一步學(xué)習(xí)和運用人工智能機器人相關(guān)方法解決實際問題奠定初步基礎(chǔ)。H4.研究：能基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對人工智能及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)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(jié)論。4.2能夠構(gòu)建模擬或?qū)嶒炏到y(tǒng)，通過信息綜合分析和實驗結(jié)果解釋，說明其有效性、合理性，得到解決方案實施質(zhì)量的合理有效結(jié)論。課程目標(biāo)2：能夠初步使用智能機器人進行實踐應(yīng)用，掌握智能機器人的工作原理與實例分析，掌握服務(wù)、移動、輪式機器人的應(yīng)用實例，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膭?chuàng)造性思維和研究性思維，為進一步學(xué)習(xí)和運用人工智能機器人相關(guān)方法解決實際問題奠定初步基礎(chǔ)。M9.個人和團隊：能在多學(xué)科背景下的團隊中承擔(dān)個體、團隊成員以及負(fù)責(zé)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(fù)責(zé)人協(xié)調(diào)合作的團隊精神和能力，能夠在多學(xué)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(biāo)3：通過課程學(xué)習(xí)，對智能機器人技術(shù)從整體上形成較清晰全面的了解，具備能夠?qū)ι婕叭斯ぶ悄茴I(lǐng)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(xué)生積極思考、嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度和解決人工智能機器人感知領(lǐng)域?qū)嶋H問題的能力。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點難點理論學(xué)時實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.豹小秘的解鎖與定位教學(xué)要求：對獵戶星空AI智能服務(wù)機器人——豹小秘進行配置，構(gòu)建地圖。重點：地圖構(gòu)建設(shè)置。難點：豹小秘配置和地圖構(gòu)建。221、22.豹小秘語音、視覺識別服務(wù)功能教學(xué)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(wù)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(shè)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(xué)要求：智能機器人平臺硬件架構(gòu)，軟件架構(gòu)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(xué)要求：使學(xué)生掌握導(dǎo)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(zhuǎn)換成ROS的里程計odom數(shù)據(jù)，學(xué)會校準(zhǔn)里程計；掌握導(dǎo)航模塊如何從STM32模塊獲取陀螺儀數(shù)據(jù)值，并轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化成ROSsensor_msgs/Imu。222、35.激光雷達(dá)使用及位置校準(zhǔn)教學(xué)要求：使學(xué)生掌握如何校準(zhǔn)激光雷達(dá)距離底盤中心的距離及方向偏轉(zhuǎn)角，用于將激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)從激光雷達(dá)坐標(biāo)系下laser_frame轉(zhuǎn)換到底盤中心坐標(biāo)系下base_footprint，方便建圖使用。重點：校準(zhǔn)激光雷達(dá)距離底盤中心的距離及方向偏轉(zhuǎn)角。難點：校準(zhǔn)激光雷達(dá)距離底盤中心的距離及方向偏轉(zhuǎn)角。222、36.使用gmapingslam算法構(gòu)建地圖；自主導(dǎo)航教學(xué)要求：掌握gmapping建圖算法的使用和參數(shù)調(diào)試；機器人自主導(dǎo)航運動，在地圖上點擊目標(biāo)點位置，令機器人規(guī)劃到目標(biāo)點的路徑，到達(dá)目標(biāo)點。重點：gmapping建圖算法的使用。難點：機器人規(guī)劃到目標(biāo)點的路徑和目標(biāo)點。221、37.深度攝像頭數(shù)據(jù)融合到move_base導(dǎo)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(xué)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(dāng)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(xué)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(dǎo)航。重點：利用語音控制機器人運動和語音導(dǎo)航。難點：利用語音控制機器人運動和語音導(dǎo)航。221、2、3合計1616五、教學(xué)方法及手段本課程以學(xué)生動手實踐練習(xí)為主，理論知識講解為輔，結(jié)合討論、案例、實驗等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。使學(xué)生掌握仿計算機視覺的基礎(chǔ)知識，同時使學(xué)生對獲取的圖像具備分析、處理的能力。在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過任務(wù)式教學(xué)、討論式教學(xué)加深學(xué)生對計算機視覺的認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、激發(fā)學(xué)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(shù)實現(xiàn)》.北京：科學(xué)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(xué)習(xí)與實驗指導(dǎo)》.北京：電子工業(yè)出版社,2016.93.期刊：（1）陳碩,駱騰斌,劉豐,等.應(yīng)用于水表檢定的機器視覺技術(shù)研究[J].電子測量與儀器學(xué)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(dǎo)航方法[J].電子技術(shù)應(yīng)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(xué)聚焦[J].光學(xué)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(wǎng)絡(luò)資源：（1）/（2）/（3）七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績?nèi)坑蛇^程性考核成績構(gòu)成，具體考核/評價細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表3。表3課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細(xì)則課程目標(biāo)1234過程性考核線上學(xué)習(xí)30（1）根據(jù)課堂出勤情況、課堂回答問題情況、課程視頻學(xué)習(xí)、章節(jié)學(xué)習(xí)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(wù)25（1）根據(jù)每個模塊的分組任務(wù)完成情況和質(zhì)量單獨評分，滿分100分；（2）每次分組任務(wù)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。√√1015線下模塊報告25（1）主要考核學(xué)生對各模塊知識點的復(fù)習(xí)、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(xì)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(jié)構(gòu)合理、完整性、團隊合作分工等內(nèi)容。√√√2108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(xué)習(xí)次數(shù)）、線下成績（模塊報告、分組任務(wù)）、競賽答辯成績等方式對學(xué)生進行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇纱疝q競賽成績和過程性考核成績構(gòu)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(gòu)成：（1）線上學(xué)習(xí)成績占100分（權(quán)重30%），由課程視頻學(xué)習(xí)、章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)構(gòu)成；（2）線下成績?yōu)?00分（權(quán)重25%），由模塊報告成績構(gòu)成；（3）分組任務(wù)成績（權(quán)重25%）。答辯競賽成績?yōu)?00分（權(quán)重20%）。2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點考核內(nèi)容、評價標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表4。表4過程性考核方式評價標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60線上學(xué)習(xí)37.5視頻、章節(jié)學(xué)習(xí)進度100%，積極參與教學(xué)活動，踴躍回答問題，準(zhǔn)確率大于90%。視頻、章節(jié)學(xué)習(xí)進度90%，認(rèn)真參與教學(xué)活動，回答問題準(zhǔn)確率大于80%。視頻、章節(jié)學(xué)習(xí)進度70-80%，，偶爾參與教學(xué)活動，回答問題準(zhǔn)確率大于70%。視頻、章節(jié)學(xué)習(xí)進度6