《智能機器人技術(shù)》課程教學大綱

《智能機器人技術(shù)》教學大綱一、課程基本信息課程名稱（中文）智能機器人技術(shù)課程名稱（英文）IntelligentRobotTechnology課程代碼05120273課程性質(zhì)選修課程類別專業(yè)選修課考核形式考查總學分（學時/周）2.5(48)理論學分（學時）2.5（32）實踐或?qū)嶒瀸W分（學時/周）0.5（16）先修課程C語言程序設(shè)計，數(shù)字信號處理，數(shù)字圖像處理后續(xù)課程計算機控制技術(shù)適應(yīng)范圍全日制本科面向?qū)I(yè)電子信息工程開課學期6開課學院電子與信息工程學院二、課程目標本課程堅持學生綜合素養(yǎng)培養(yǎng)。通過本課程的學習使學生具備對智能機器人系統(tǒng)整體組成、目標檢測與識別的基本方法，視覺系統(tǒng)整體組成、運行過程的深入理解。在教學中要讓學生了解智能機器人系統(tǒng)在專業(yè)中的地位與作用；以強調(diào)過程考核為抓手，培養(yǎng)學生的自主學習能力。以智能機器人系統(tǒng)的發(fā)展過程，結(jié)合事物的普遍性發(fā)展歷程，闡述國家發(fā)展建設(shè)的必然過程；以基于視覺的智能機器人項目的逐步實現(xiàn)來培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度，以及培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意愿；過程考核以小組為單位，注重培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力。課程具體目標如下：課程目標1：使學生比較系統(tǒng)地了解智能機器人系統(tǒng)的基本組成與基本概念，掌握智能機器人系統(tǒng)的基本組成，工作原理，以及相關(guān)圖像處理算法，掌握智能機器人系統(tǒng)中運動執(zhí)行機構(gòu)的工作原理，相關(guān)傳感器的作用與工作原理，了解智能機器人系統(tǒng)的開發(fā)過程。課程目標2：使學生在智能機器人系統(tǒng)的綜合架構(gòu)及系統(tǒng)設(shè)計等方面得到初步的訓(xùn)練，培養(yǎng)學生的探索精神和創(chuàng)新意識，同時進一步訓(xùn)練學生算法設(shè)計能力和軟硬件調(diào)試能力；從而提高學生提出問題、分析問題和解決問題的能力。課程目標3：通過課堂理論教學、項目實踐操作和課外作業(yè)等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生學習智能機器人理論和應(yīng)用的興趣、實事求是的科學態(tài)度、團隊協(xié)作能力，以及培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意愿。三、課程目標與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求、指標點與本課程的課程目標的之間對應(yīng)關(guān)系如表1所示。表1畢業(yè)要求、指標點與課程目標的對應(yīng)關(guān)系支撐的畢業(yè)要求涉及的畢業(yè)要求指標點本課程的課程目標支撐強度1.工程知識1.4掌握電子電路等工程基礎(chǔ)知識，能將其用于分析電子電路相關(guān)的工程問題。課程目標1課程目標2課程目標3H3.設(shè)計/開發(fā)解決方案3.1掌握設(shè)計/開發(fā)電子信息工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題解決方案所需要的專業(yè)知識和開發(fā)工具課程目標1課程目標2L4.使用現(xiàn)代化工具4.2能夠根據(jù)實驗方案操作實驗裝置，開展實驗，對實驗結(jié)果進行分析與解釋，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。課程目標1課程目標2課程目標3H本課程的各個課程目標對應(yīng)畢業(yè)要求指標點的權(quán)值矩陣如表2所示。表2課程目標支撐畢業(yè)要求指標點的權(quán)值矩陣畢業(yè)要求指標點課程目標畢業(yè)要求指標1.4畢業(yè)要求指標3.1畢業(yè)要求指標4.2課程目標課程目標課程目標注：將一個畢業(yè)要求指標點分解到對應(yīng)課程教學目標中，每一列的權(quán)重Σ＝1。四、課程目標與教學內(nèi)容及資源對應(yīng)關(guān)系第一部分理論教學環(huán)節(jié)第1章緒論（3學時）教學內(nèi)容：智能機器人技術(shù)的起源與發(fā)展；智能機器人技術(shù)的研究領(lǐng)域；智能機器人系統(tǒng)的定義和發(fā)展歷程；智能機器人系統(tǒng)構(gòu)成與分類。教學重點：智能機器人技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和研究領(lǐng)域；智能機器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。支撐的課程目標：1，2，3第2章智能機器人系統(tǒng)的圖像采集單元（3學時）教學內(nèi)容：鏡頭的分類了基本參數(shù)；影響鏡頭成像質(zhì)量的因素和校正方法；鏡頭的選擇原則；光源的種類和特點；智能機器人系統(tǒng)的視覺部分中光源的照明方式；圖像傳感器的種類和特點；圖像采集卡的種類和特點。教學重點：影響鏡頭成像質(zhì)量的因素和校正方法；光源的種類和特點；視覺系統(tǒng)中光源的照明方式。支撐的課程目標：1，2，3第3章智能機器人系統(tǒng)的圖像處理（6學時）教學內(nèi)容：時域和頻域圖像處理；圖像濾波；圖像中的噪聲及降噪方法；圖像增強；圖像分割；目標邊緣檢測、定位；目標與背景分離；目標邊緣提??；圖像匹配。教學重點：時域和頻域的圖像降噪和增強方法；目標邊緣提取方法；目標定位方法。支撐的課程目標：1，2，3第4章智能機器人系統(tǒng)的內(nèi)部傳感器（6學時）教學內(nèi)容：位移與速度傳感器的工作原理；位移與速度傳感器的種類；加速度傳感器的工作原理；加速度傳感器的種類；加速度傳感器的應(yīng)用；智能機器系統(tǒng)平衡姿態(tài)檢測。教學重點：位移與速度傳感器的工作原理；加速度傳感器的工作原理；智能機器系統(tǒng)平衡姿態(tài)檢測。支撐的課程目標：1，2，3第5章智能機器人系統(tǒng)的觸覺傳感器（5學時）教學內(nèi)容：被測目標的接觸檢測；接近被測物的檢測；可靠抓取被測物的檢測；握力控制與支撐力檢測。教學重點：被測目標的接觸檢測；可靠抓取被測物的檢測。支撐的課程目標：1，2，3第6章智能機器人系統(tǒng)的力覺傳感器（6學時）教學內(nèi)容：關(guān)節(jié)力的檢測；裝配時的腕力檢測；機械手指力的檢測；力覺傳感器在打磨機器系統(tǒng)中的應(yīng)用。教學重點：關(guān)節(jié)力的檢測；機械手指力的檢測。支撐的課程目標：1，2，3第7章智能機器人系統(tǒng)外部傳感器（3學時）教學內(nèi)容：機器系統(tǒng)對距離的探測；機器系統(tǒng)巡線檢測；機器系統(tǒng)對壓力的檢測；機器系統(tǒng)對光源的檢測。教學重點：機器系統(tǒng)對距離的探測；機器系統(tǒng)巡線檢測。支撐的課程目標：1，2，3課程思政融入點：智能機器人技術(shù)在生產(chǎn)、生活、安全等方面的應(yīng)用，讓學生意識到智能機器人技術(shù)對社會的影響和作用，需要合理運用技術(shù)的優(yōu)勢，發(fā)揮技術(shù)的推動作用，同時也要關(guān)注技術(shù)的應(yīng)用所可能帶來的風險和挑戰(zhàn)。在教學和討論中引導(dǎo)學生注重人本價值，關(guān)注智能機器人技術(shù)在尊重人的隱私和人權(quán)等方面的應(yīng)用，以及如何應(yīng)對技術(shù)可能隱含的不公和偏見等問題，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和人文素養(yǎng)。在教學中，引導(dǎo)學生認識到，技術(shù)與應(yīng)用之間的關(guān)系需要考慮到社會、環(huán)境、企業(yè)和用戶等不同方面的利益，需要對科技的應(yīng)用做出正確的判斷，同時營造良好的企業(yè)環(huán)境，注重社會責任的履行，為國家經(jīng)濟社會的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻。第二部分實驗教學環(huán)節(jié)實驗教學內(nèi)容及目標支撐課程目標的具體情況如表3所示。表3實驗課具體教學內(nèi)容及目標支撐課程目標的體情況序號實驗內(nèi)容學時數(shù)項目要求項目類型項目性質(zhì)實驗?zāi)繕酥蔚恼n程目標1智能機器人視覺系統(tǒng)的構(gòu)成與目標檢測3必修操作設(shè)計認識機器視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵組件，并理解這些組件在系統(tǒng)中所起的作用；通過調(diào)節(jié)硬件設(shè)備，掌握獲取一幅清晰圖像的方法;通過有無檢測實驗，掌握機器視覺的處理流程1,2,32圖像的基本處理3必修操作設(shè)計掌握二值圖像、灰度圖像基本概念；掌握卷積操作過程，結(jié)合卷積操作理解圖像濾波原理；了解圖像銳化方法，掌握差分運算模板1,2,33邊緣提取3必修操作設(shè)計結(jié)合HCvisionQuick視覺軟件，掌握邊緣點的提取策略，理解邊緣提取主要的控制參數(shù)；使用HCvisionQuick視覺軟件實現(xiàn)線圓特征提取1,2,34尺寸測量3必修操作設(shè)計熟悉工業(yè)應(yīng)用中尺寸測量的類型，掌握面積測量、距離測量的基本方法；實現(xiàn)基本的尺寸測量1,2,35工件測量3選修操作設(shè)計掌握多尺寸測量的應(yīng)用場景，能熟練使用多尺寸測量工具；掌握測量工件實際尺寸的步驟和方法，使用視覺工具獲取工件的實際尺寸；使用工具組合應(yīng)用實現(xiàn)尺寸測量1,2,36缺陷檢測3選修操作設(shè)計了解工業(yè)產(chǎn)品圖像表面檢測的基本思路，掌握瑕疵檢測、毛刺檢測工具，實現(xiàn)樣品的缺陷檢測；對機器視覺應(yīng)用中光源的選型有基本的了解和認識1,2,37字符識別4必修操作設(shè)計了解一維碼、二維碼基本內(nèi)容，能運用識別工具實現(xiàn)條碼識別；熟悉字符識別處理流程，能結(jié)合處理流程和基本原理實現(xiàn)字符識別1,2,38圖形檢索3選修操作設(shè)計了解模板匹配的基本流程，掌握模板匹配工具的參數(shù)調(diào)節(jié)，使用模板匹配工具完成產(chǎn)品計數(shù)1,2,39綜合應(yīng)用3選修操作驗證建立完整的機器視覺處理流程，掌握位置補正、條件設(shè)定、IO輸入輸出的設(shè)置方法1,2,3課程思政融入點：培養(yǎng)學生運用理論知識解決工程問題的思維與能力、團隊協(xié)作能力、工程倫理意識。課程主要教學資源及參考資源、教學平臺網(wǎng)站：（1）推薦參考教材及參考書目參考教材及參考書目見表4。表4參考教材及參考書目類別教材名稱主編出版社出版時間參考教材計算機視覺與傳感器技術(shù)邵欣等北京航空航天大學出版社2017參考書目機器人感覺與多信息融合羅志增機械工業(yè)出版社2002機器視覺技術(shù)與應(yīng)用實戰(zhàn)丁少華等人民郵電出版社2022人工智能技術(shù)修春波機械工業(yè)出版社2018（2）課程網(wǎng)站=1\*GB3①計算機視覺_東北大學_中國大學MOOC（慕課）/course/NEU-1465996192?from=searchPage&outVendor=zw_mooc_pcssjg_五、課程目標與考核依據(jù)及評價標準對應(yīng)關(guān)系總評計分制：百分制（√）；五級分制（）；兩級分制（）考核方式：考試（）；考查（√）本課程考核環(huán)節(jié)由課堂表現(xiàn)、作業(yè)、實驗、期末考試成績組成。課程總成績=課堂表現(xiàn)×10%+作業(yè)×20%+實驗×20%+期末考試×50%。具體考核會環(huán)節(jié)、評價方式、比重和對應(yīng)的課程目標如表5所示。表5考核/評價方法、依據(jù)和對應(yīng)的課程目標考核環(huán)節(jié)評價方式比重課程目標課堂表現(xiàn)主要包括出勤情況和課堂參與度10%課程目標1課程目標2課程目標3作業(yè)成績主要是學生完成課后作業(yè)的情況20%課程目標1課程目標2課程目標3實驗依據(jù)實驗教學進度計劃，主要考察學生對各章節(jié)知識點的理解與應(yīng)用能力20%課程目標1課程目標2課程目標3期末考試根據(jù)期末考核結(jié)果給出相應(yīng)的成績50%課程目標1課程目標2課程目標3課程總成績課堂表現(xiàn)×10%+作業(yè)×20%+實驗×20%+期末考試×50%100%課程目標1課程目標2課程目標3根據(jù)表5可知，本課程的3個課程目標分別由多個考核環(huán)節(jié)來支撐，每個考核環(huán)節(jié)的評價標及其對課程目標的支撐權(quán)值如表6所示。表6考核環(huán)節(jié)評價標準及其支撐課程目標的權(quán)值課程目標考核環(huán)節(jié)考核環(huán)節(jié)支撐課程目標權(quán)值權(quán)值合計評價標準100~9089~8079~7069~60<59優(yōu)良中及格不及格課程目標1課堂表現(xiàn)25%100%按時到課，從不缺課；課堂能積極并正確回答問題；課堂交流討論積極主動；課堂表現(xiàn)總體很好不無故缺課、遲到早退；課堂能積極并正確回答問題；課堂交流表現(xiàn)良好；課堂表現(xiàn)總體較好不無故缺課、偶爾會有遲到早退；課堂下能正確回答問題；課堂交流表現(xiàn)這中等；課堂表現(xiàn)總體一般偶爾遲到早退；課堂回答問題和相互交流積極性尚可，態(tài)度基本端正；課堂總體表現(xiàn)尚可偶爾缺課或經(jīng)常遲到早退；課堂回答問題和相互交流積極性較差，態(tài)度不端正；課堂總體表現(xiàn)較差作業(yè)25%作業(yè)嚴格按要求并及時完成，正確率90%以上作業(yè)按要求并及時完成，正確率80%至90%作業(yè)按要求并及時完成，正確率70%至80%作業(yè)按要求并及時完成，正確率60%至70%作業(yè)未按要求完成，正確率小于60%實驗25%實驗實踐能力很強，善于獨立思考并與教師溝通；實驗數(shù)據(jù)記錄非常完整，對實驗結(jié)果分析正確且非常深入，報告撰寫質(zhì)量很高；實驗綜合表現(xiàn)很好實驗實踐能力較強，能獨立思考并與教師溝通；實驗數(shù)據(jù)記錄較為完整，對實驗結(jié)果分析正確且深入，報告撰寫質(zhì)量較高；實驗綜合表現(xiàn)較好實驗實踐能力一般，能對問題進行一定的思考；實驗數(shù)據(jù)記錄基本完整，對實驗結(jié)果分析基本正確，報告撰寫質(zhì)量一般；實驗綜合表現(xiàn)一般實驗實踐能力尚可，能對問題進行一定的思考；實驗數(shù)據(jù)記錄尚可，對實驗結(jié)果分析深入程度尚可，報告撰寫質(zhì)量基本滿足要求；實驗綜合表現(xiàn)尚可實驗實踐能力較差，態(tài)度不端；實驗數(shù)據(jù)記錄完整度較差，對實驗結(jié)果分析缺乏或應(yīng)付了事，報告撰寫質(zhì)量較差；實驗綜合表現(xiàn)較差期末考試25%見期末試卷評分標準課程目標2課堂表現(xiàn)20%100%同上同上同上同上同上作業(yè)20%同上同上同上同上同上實驗30%同上同上同上同上同上期末考試30%見期末試卷評分標準課程目標3課堂表現(xiàn)20%100%同上同上同上同上同上作業(yè)30%同上同上同上同上同上實驗30%同上同上同上同上同上期末考試20%見期末試卷評分標準六、課程目標達成評價本課程目標達成評價依據(jù)和方法如表7所示。表7課程目標達成