《機器人操作系統(tǒng)A》課程教學大綱（機器人工程專業(yè)）

《機器人操作系統(tǒng)A》課程教學大綱一、課程簡介課程中文名機器人操作系統(tǒng)A課程英文名RobotOperatingSystemA雙語授課□是否課程代碼24112107課程學分3總學時數(shù)48（含實踐8、含勞動教育1學時）課程類別□通識教育課程□公共基礎課程專業(yè)教育課程□綜合實踐課程□教師教育課程課程性質(zhì)必修□選修□其他課程形態(tài)□線上線下□線上線下混合式□社會實踐□虛擬仿真實驗教學考核方式閉卷□開卷□課程論文□課程作品□匯報展示報告課堂表現(xiàn)□階段性測試平時作業(yè)□其他（可多選）開課學院機器人工程學院開課系(教研室)機器人工程面向?qū)I(yè)機器人工程開課學期第6學期先修課程C++語言程序設計，Python程序設計，機器人學基礎后續(xù)課程無選用教材1.胡春旭,ROS機器人開發(fā)實踐,機械工業(yè)出版社,2018-06參考書目1.周興社,機器人操作系統(tǒng)ROS原理與應用[M].,機械工業(yè)出版社,2017-06.課程資源1.，ROSwiki2.，ROSanswers課程簡介課程將深入淺出的講解如何使用機器人操作系統(tǒng)ROS，包括ROS的基本原理、基本操作和基本工具，及通過動手實踐掌握機器人建圖、定位和導航等技能。課程分為：機器人發(fā)展概況、機器人操作系統(tǒng)ROS的工程結構、ROS的通信架構、ROS常用工具、roscpp、rospy、tf&urdf、SLAM、Navigation等內(nèi)容。二、課程目標表1課程目標序號具體課程目標課程目標1掌握機器人操作系統(tǒng)的基本概念、發(fā)展和類型，主流操作系統(tǒng)類別、特征及功能，理解操作系統(tǒng)在機器人控制與感知的重要作用，了解主流操作系統(tǒng)類別及其應用領域、發(fā)展動向和前沿技術發(fā)展水平；同時結合本專業(yè)以及《中國制造2025》，引導學生樹立遠大理想和愛國主義情懷，樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀，勇敢地肩負起時代賦予的光榮使命，全面提高學生思想政治素質(zhì)。結合知識點讓學生了解課程相關技術世界最新進展，培養(yǎng)學生的責任感和使命感。課程目標2了解機器人操作系統(tǒng)中的進程管理與調(diào)度概念，理解開源機器人操作系統(tǒng)ROS的的整體架構、基本功能，理解并掌握ROS通信架構和常用工具。了解機器人操作系統(tǒng)ROS的SLAM自主導航基礎，掌握機器人坐標轉(zhuǎn)換方法、傳感器信息和里程數(shù)據(jù)發(fā)布、基礎控制器與地圖創(chuàng)建等方法。表2課程目標與畢業(yè)要求對應關系畢業(yè)要求指標點課程目標畢業(yè)要求3：設計/開發(fā)解決方案【L】指標點3.1：能夠分析復雜工程問題，設計解決方案，并體現(xiàn)出創(chuàng)新意識。課程目標1畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具【M】指標點5.1：能夠在解決復雜機器人工程問題過程中，開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術工具。課程目標2三、課程學習內(nèi)容與方法（一）理論學習內(nèi)容及要求表3課程目標、學習內(nèi)容和教學方法對應關系序號課程模塊學習內(nèi)容學習任務課程目標學習重點難點教學方法學時1緒論1.機器人操作系統(tǒng)介紹1.與線上學習：參考鏈接課程目標1重點&難點：1.機器人操作系統(tǒng)的相關概念2.機器人操作系統(tǒng)構成3.本課程學習方法講授法22.機器人操作系統(tǒng)架構課程目標13.常見操作系統(tǒng)基本功能及特征課程目標14.機器人操作系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢課程目標12操作系統(tǒng)進程基本知識1.操作系統(tǒng)進程的基本概念1.與線上學習：參考鏈接課程目標1重點：1.進程的基本概念2.進程同步與互斥3.進程間通信難點：4.進程的互斥與同步5.進程的通信機制理解講授法22.操作系統(tǒng)進程的描述課程目標13.操作系統(tǒng)進程同步與互斥課程目標14.操作系統(tǒng)進程的通信機制課程目標13開源ROS簡介1.ROS簡介1.與線上學習：參考鏈接2.個人作業(yè)：基本操作練習，截圖作業(yè)課程目標2重點：1.ROS的基本操作難點：2.ROS的調(diào)試方法3.ROS可視化仿真方法講授法42.ROS安裝和使用課程目標13.ROS基本操作課程目標24.ROS調(diào)試以及數(shù)據(jù)可視化課程目標24ROS文件系統(tǒng)1.ROS工程結構介紹1.與線上學習：參考鏈接課程目標1重點：1.ROS的文件空間2.ROS文件系統(tǒng)的基本結構難點：3.ROS的Catkin編譯系統(tǒng)理解4.ROS的CmakeList.txt文件理解講授法42.ROS的Catkin的編譯系統(tǒng)和工作空間結構課程目標13.ROS的Package軟件包的創(chuàng)建和結構課程目標14.ROS的CMakeLists.txt文件簡介課程目標15ROS通信架構1.單元節(jié)點和節(jié)點管理器1.與線上學習：參考鏈接2.個人作業(yè)：Topic通信方式、Service通信方式或者ActionLib通信方式的實例課程目標1重點：1.ROS的節(jié)點管理2.ROS節(jié)點通信方式難點：3.ROS通信架構中常見通信方式講授法專題研討102.Launch文件的格式和內(nèi)容課程目標13.ROS中的四種通信方式：Topic、service、parameterserver、課程目標26機器人系統(tǒng)設計1.機器人系統(tǒng)構建：執(zhí)行機構、驅(qū)動系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、控制系統(tǒng)1.與線上學習：參考鏈接課程目標1重點：1.ROS的機器人坐標轉(zhuǎn)換2.ROS的機器人描述格式難點：3.ROS坐標轉(zhuǎn)換TF4.ROS的機器人描述格式URDF講授法62.機器人的坐標變換，學習TF消息、TF樹和TF的數(shù)據(jù)類型課程目標23.機器人描述格式URDF課程目標27ROS常用工具1.RViz可視化工具1.與線上學習：參考鏈接課程目標2重點：1.ROS常用工具基本內(nèi)容難點：2.ROS常用工具理解與基本操作講授法62.Gazebo仿真工具課程目標23.rqt數(shù)據(jù)流可視化工具課程目標24.Rosbag對軟件包進行操作的命令課程目標25.Rosbridgeros和外界通信的功能包課程目標26.Moveit開源操作軟件課程目標28Roscpp和Rospy1.Roscpp的基本函數(shù)，用C++開發(fā)ROS的基本方法1.與線上學習：參考鏈接課程目標1重點：1.roscpp基本功能與使用方法2.rospy基本功能與使用方法難點：3.roscpp和rospy的編寫講授法82.Rospy中函數(shù)的定義，用Python開發(fā)ROS的基本方法課程目標19機器人SLAM與自主導航1.ROS中常用SLAM功能包的應用1.與線上學習：參考鏈接課程目標1重點：1.ROS常用SLAM包基本功能2.ROS基本導航框架難點：3.roscpp和rospy的編寫講授法專題研討62.ROS中的導航框架課程目標13.導航框架的應用課程目標2實驗學習內(nèi)容及要求表4課程目標、學習內(nèi)容和教學方法對應關系序號項目名稱項目來源教學目標（觀測點、重難點）學時數(shù)項目類型要求每組人數(shù)教學方法課程目標1ROS系統(tǒng)基本模塊應用實驗教材1.ROS基本操作與ROS通信方式（Topic）6驗證性必做1視頻學習、查閱文獻、自學等課程目標22.ROS可視化仿真方法（RViz）3.ROS導航包基本功能應用2ROS自主導航功能仿真實驗教材1.在Gazebo或者Moveit創(chuàng)建任意可移動輪式機器人模型2綜合性選做1視頻學習、查閱文獻、自學等課程目標22.利用ROS基本導航功能包進行自主導航系統(tǒng)功能設計四、課程考核（一）考核內(nèi)容與考核方式表5課程目標、考核內(nèi)容與考核方式對應關系課程目標考核內(nèi)容所屬學習模塊/項目考核占比考核方式課程目標11.機器人操作系統(tǒng)基本概念1~970%課堂表現(xiàn)、作業(yè)、實驗報告、考試2.主流操作系統(tǒng)類別、特征及功能3.機器人操作系統(tǒng)架構4.操作系統(tǒng)進程的基本概念、操作系統(tǒng)進程的通信機制5.機器人操作系統(tǒng)ROS的整體架構6.機器人操作系統(tǒng)ROS的SLAM自主導航基礎課程目標21.理解并掌握ROS通信架構和常用工具1~930%課堂表現(xiàn)、作業(yè)、實驗報告、考試2.機器人URDF描述的工作原理和分析方法3.機器人操作ROS中進行可視化建模與仿真4.機器人坐標轉(zhuǎn)換方法、傳感器信息和里程數(shù)據(jù)發(fā)布、基礎控制器與地圖創(chuàng)建等方法5.機器人避障與路徑規(guī)劃的基本方法表6課程目標與考核方式矩陣關系課程目標考核方式考核占比期末考試成績比例70%平時作業(yè)與課內(nèi)實驗12%課堂考勤9%課堂表現(xiàn)9%課程目標170%70%70%70%70%=70%*70%+12%*70%+9%*70%+9%*70%課程目標230%30%30%30%30%備注：以上考核方式類型及占比均為示例，需確保每一列占比總和為100%。（二）成績評定1.平時成績評定平時成績由課堂考勤和課堂表現(xiàn)組成，其比例分配如下：平時成績（100%）=平時作業(yè)（40%）+實驗報告（30%）+課堂表現(xiàn)（30%）（1）課堂表現(xiàn)（30分）：通過學生的考勤情況和在課堂上的表現(xiàn)情況、發(fā)言與提問情況，來評價學生相關的能力；（2）作業(yè)完成情況（40分）：圍繞課程的學習目標進行作業(yè)的設計，根據(jù)學生作業(yè)完成情況來評價學生對所學知識的掌握情況；（3）實驗報告（30分）：主要考核學生實驗完成和實驗報告情況。2.期末成績評定期末成績評定的考核范圍是針對開源機器人操作系統(tǒng)的綜合知識理解與實踐應用能力考查，包括ROS基本操作與ROS通信方式（Topic）、ROS可視化仿真方法RViz、ROS導航包基本功能應用、在Gazebo或者Moveit創(chuàng)建任意可移動輪式機器人模型、利用ROS基本導航功能包進行自主導航系統(tǒng)功能設計等選做內(nèi)容。要求提交研究報告與具體的ROS代碼。(1)考查成績100分，以提交考查材料的評價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)主要考查學生對相關知識的掌握程度，對使用現(xiàn)代工具、個人和團隊畢業(yè)要求的達成。3.總成績評定總成績（100%）=平時成績（30%）+期末成績（70%）（三）評分標準表7評分標準（非試卷考核項目）考核項目評分標準優(yōu)秀(100>x≥90)良好(90>x≥80)中等(80>x≥70)及格(70>x≥60)不及格(x<60)課堂表現(xiàn)課堂上的表現(xiàn)專注力集中，提問能正確回答，積極配合老師進行互動，主動幫助同學。課堂上的表現(xiàn)專注力良好，提問能正確回答，積極配合老師進行互動，能夠幫助同學。課堂上的表現(xiàn)專注力良好，提問能基本正確回答，能配合老師進行互動，能夠幫助同學。課堂上的表現(xiàn)專注力一般，提問回答正確率低，基本能配合老師進行互動，能夠幫助同學。課堂上的表現(xiàn)專注力差，提問回答正確率低，不能配合老師進行互動，幫助同學少。作業(yè)完成情況能按時提交作業(yè)、無抄襲，作業(yè)準確率高，字跡清晰，數(shù)據(jù)、公式準確，結論正確。能按時提交作業(yè)、無抄襲，作業(yè)準確率較高，字跡清晰，數(shù)據(jù)、公式基本準確，結論基本正確。能按時提交作業(yè)、無抄襲，作業(yè)準確率一般，字跡基本清晰，數(shù)據(jù)、公式基本準確，結論基本正確。能按時提交作業(yè)、有參考目標，作業(yè)準確率較低，字跡潦草，數(shù)據(jù)、公式不夠準確，結論不夠正確。不能按時提交作業(yè)、有參考目標，作業(yè)準確率較低，字跡潦草，數(shù)據(jù)、公式不夠準確，結論不夠正確。實驗報告實驗操作規(guī)范，在規(guī)定時間內(nèi)完成，報告準確，