移动机器人SLAM技术-教学大纲

《移动机器人SLAM技术》教学大纲课程信息课程名称：移动机器人SLAM技术课程类别：素质选修课/专业基础课课程性质：选修/必修计划学时：64计划学分：4先修课程：无选用教材：《移动机器人SLAM技术》，莫宏伟，徐立芳主编，2023年，电子工业出版社教材。适用专业：本课程可以作为机器人工程、人工智能、自动化、控制科学与工程、计算机科学、电子信息、传感器技术、信息处理等相关学科的大学本科和研究生的专业基础课程，也可以作为有志从事移动机器人相关研究的从业者的参考课程。课程负责人：二、课程简介在内容编排上，本课程改变了以往单纯讲理论或实践的框架，从移动机器人技术整体发展出发，涵盖了现今主流的SLAM技术，实现了理论与实践的结合。对移动机器人SLAM技术的基础、原理、实战领域分别进行阐述，首先对移动机器人的相关基础理论、原理（如移动机器人的结构、数学模型等）进行详细说明，为后续内容做铺垫;然后对SLAM技术进行详细介绍，包括其分类、原理等内容，并用相关典型案例对原理进行实践，加深读者对移动机器人SLAM技术的理解。为了更贴合实际，本课程最后对移动机器人SLAM技术的实现进行介绍，使理论与实践相结合，可以极大地激发读者的兴趣，也给专业从业者提供了参考。三、课程教学要求序号专业毕业要求课程教学要求关联程度1工程知识1.掌握移动机器人SLAM技术的基础、原理以及实战领域。2.了解移动机器人SLAM技术的应用领域和市场需求，为产品设计和开发提供指导。L2问题分析1.学会对移动机器人SLAM技术设计中出现的问题进行分析和解决，包括硬件故障、软件错误、网络问题等。2.学会进行故障排除和维修和计算方法，以实现数据处理应用。H3设计/开发解决方案1.掌握移动机器人的结构，能将移动机器人技术应用到工作和生活领域中。2.学会进行系统测试和验证，以确保系统的质量和性能符合要求。H4研究L5使用现代工具1.掌握移动机器人SLAM技术研发的现代工具，如仿真软件、调试工具等。2.学会使用现代工具进行数据分析和处理，提高工作效率和准确性。M6工程与社会1.了解移动机器人SLAM技术研发的产品对社会的影响和作用，以及相关的法律法规和标准。2.学会将相应技术应用于实际生产和社会服务中，为社会做出贡献。L7环境和可持续发展L8职业规范L9个人和团队1.学会个人发展和团队合作，提高个人和团队的综合素质。2.学会与他人合作和沟通，建立良好的人际关系和团队合作氛围。H10沟通1.学会进行有效的沟通和表达，与客户、同事和上级保持良好的沟通和协作。2.学会进行跨文化沟通和合作，提高国际化视野和跨文化交流能力。M11项目管理1.学会进行项目管理和组织，包括项目计划、进度控制、质量管理等。2.学会进行风险评估和管理，提高项目成功的概率和效率。L12终身学习1.学会进行自我学习和自我提升，不断提高自身的专业水平和创新能力。2学会进行终身学习和职业发展规划，不断拓展职业领域和发展空间。H注：“课程教学要求”栏中内容为针对该课程适用专业的专业毕业要求与相关教学要求的具体描述。“关联程度”栏中字母表示二者关联程度。关联程度按高关联、中关联、低关联三档分别表示为“H”“M”或“L”。“课程教学要求”及“关联程度”中的空白栏表示该课程与所对应的专业毕业要求条目不相关。四、课程教学内容章节名称主要内容重难点关键词学时类型1绪论移动机器人的基本概念移动机器人的发展移动机器人的分类移动机器人的关键技术本章小结了解移动机器人的基本概念、移动机器人的分类、移动机器人的关键技术8理论+实操2移动机器人的结构引言控制器驱动器传感器本章小结熟悉移动机器人中控制器、驱动器、传感器的工作原理8理论+实操3移动机器人的教学模型移动机器人的运动学模型移动机器人的动力学模型本章小结了解移动机器人的运动学模型；掌握移动机器人的动力学模型4理论+实操4移动机器人定位环境地图构建方法定位问题的分类定位的常用方法本章小结理解环境地图构建方法；掌握定位的分类和常用方法8理论+实操5移动机器人路径规划引言路径规划的传统算法基于采样的路径规划现代智能路径规划案例分析：烟花算法本章小结了解路径规划的传统算法；掌握基于采样的路径规划的原理与案例8理论+实操6激光SLAMSLAM的概念及分类SLAM的数学表述滤波激光SLAMGmapping算法图优化SLAM算法Cartographer算法激光SLAM的案例分析本章小结掌握SLAM的概念及分类以及数学表述；理解Gmapping算法、图优化SLAM算法、Cartographer算法的原理与算法流程10理论+实操7视觉SLAM视觉SLAM概述视觉前端——视觉里程计后端优化回环检测案例分析：ORB-SLAM2算法案例分析：动态视觉SLAM本章小结理解视觉SLAM的概念与原理；掌握后端优化、回环检测的原理与算法程9理论+实操8机器人操作系统ROS简介catkin文件系统ROS通信机制ROS工具本章小结理解catkin文件系统、ROS通信机制、ROS工具原理与算法流程5理论+实操9移动机器人仿真开发搭建移动机器人模型搭建仿真物理环境模型定位与导航本章小结掌握搭建移动机器人模型和真物理环境模型的操作方法4理论+实操五、考核要求及成绩评定序号成绩类别考核方式考核要求权重（%）备注1期末成绩期末考试大作业50百分制，60分为及格2平时成绩实践9次40优、良、中、及格、不及格3平时表现出勤情况10两次未参加课程则无法获得学分注：此表中内容为该课程的全部考核方式及其相关信息。六、学生学习建议学习方法建议1.依据专业教学标准，结合岗位技能职业标准，通过案例展开学习，将每个项目分成多个任务，系统化地学习。2.通过每个项目最后搭配的习题，巩固知识点。3.了解行业企业技术标准，注重学习新技术、新工艺和新方法，根据教材中穿插设置的智能终端产品应用相关实例，对已有技术持续进行更新。4.通过开展课堂讨论、实践活动，增强的团队协作能力，学会如何与他人合作、沟通、协调等等。学生课外阅读参考资料《移动机器人SLAM技术》，莫宏伟，徐立芳主编，2023年，电子工业出版社教材。七、课程改革与建设（1）通俗易懂，方便学习，构建数字化资源，立体呈现教育信息化的特点，结合仿真软件，充分提高学生学习效率和积极性。（2）注重技能的养成和思维的拓展。通过引导式教学，设计包括引导问题、优化决策、具