ROS机器人编程教学大纲.docx

《ROS机器人编程》课程教学大纲 执笔人： 审核人： 一、基本信息 中文名称:ROS机器人编程 英文名称：ROS robot programming 课程代码： 课程性质：专业限选课 学 分：2 总学时：32（其中理论：22实践：10） 适用专业：机电工程学院 机器人工程 先修课程：Linux操作系统、计算机控制技术、Python语言程序设计 开课单位：机电工程学院 机器人工程教研室 开课学期：第 6 学期 二、课程地位与作用 《ROS机器人编程》课程是基于计算机（PC）和微控制器（MCU）技术，结合多种传感器和执行器，进行机器人系统设计、仿真和控制的理论实践相结合课程，是机器人工程专业的一门重要专业限选课，是运用控制理论、人工智能、传感器技术等多种学科知识进行机器人系统设计的一门重要的课程（基于ROS框架），为进一步学习复杂机器人系统设计、控制和程序编写打好坚实的基础。 三、课程教学目标 知识目标：掌握机器人系统主要构成和常用的设计方案；理解机器人设计的一般流程；掌握机器人操作系统（ROS）及相关编程方法；理解机器人系统控制算法实现过程，传感器和执行器工作方式，机器人三维仿真建模技术，机器人导航控制技术和机械臂控制技术。 能力目标：通过该课程的学习可以让学生掌握并完成小型机器人系统的开发和编程工作，理解ROS的软件框架，同时在仿真环境中自动构建机器人相应的功能程序，编写机器人程序。 育人目标： （1）激发学生的爱国热情、民族自豪感，进一步坚定“四个自信”。 （2）培养学生沟通能力及团队协作精神。 （3）培养学生分析问题，解决问题的能力。 （4）培养学生勇于创新，敬业乐业的工作作风。 （5）培养学生的质量意识，安全意识。 （6）培养学生社会责任心，环保意识。 （7）培养学生谦虚好学的能力。 （8）培养学生勤于思考，做事认真的良好作风。 （9）培养学生 “热爱本职、敬业奉献”精神，养成良好的职业道德。 ROS机器人编程课程思政 教学内容 课程思政元素 教学方法 素质目标 ROS发展史及现状 爱国主义 介绍ROS的发展历史及现状，注重我国ROS发展现况。 激发爱国主义情感 ROS机器人编程理论课 刻苦学习精神 教育学生树立知难而上的学习精神，勇于挑战知识难点、难题，勇攀高峰。在学习中树立哲学思想，钻研方法论。 端正学习态度、培养刻苦学习的精神 ROS机器人编程实验课 工匠精神 敬业奉献 严谨治学，严格要求学生，精益求精实验过程，认真分析每一个实验、精确完成每一次测量、不放过每一个疑点，按要求撰写实验报告。讲述先进模范人物事迹，树立班级先进典型。 培养求真务实、一丝不苟的科学精神 开展课程设计活动 勤于思考，勇于创新，锤炼做事认真的良好作风 组成团队、立足所学、面向社会、广泛开展电子设计制作活动。在活动中养成诚实守信、执着进取、团结合作、贡献社会的意识。 培养社会责任感、创新意识、合作精神、奉献精神 四、教学方式及学时分配 序号 主要内容 主要教学方式 学时数 1 机器人系统基础 理论授课 2 2 移动机器人设计案例 理论授课 4 3 机器人操作系统(ROS)基础 理论授课 4 4 在ROS框架下进行机器人编程控制 理论授课 4 5 机器人系统三维仿真技术 理论授课 4 6 移动机器人导航控制技术 理论授课 2 7 机械臂运动控制技术 理论授课 2 8 实验一ROS安装使用和基本操作 实践教学 2 9 实验二 ROS机器人编程实践 实践教学 4 10 实验三 机器人系统三维仿真技术实践 实践教学 2 11 实验四 移动机器人导航控制技术实践 实践教学 2 五、主要教学内容 知识点一 机器人系统基础（2学时） 1.教学目标 掌握机器人系统基本概念，了解机器人系统发展现状及应用，掌握机器人系统各组成功能特点，了解主流的机器人产品。 2.教学内容 (1)机器人与控制器； (2)中央处理器； (3)传感器和执行器； (4)控制； (5)多任务处理； (6)通信。 3.本章重点 机器人系统主要构成，各子模块的功能作用及常用方法。 4.本章难点 Ros的多任务处理。 知识点二 移动机器人设计案例（4学时） 1.教学目标 掌握不同机器人设计的结构特点，功能模块，理解不同类型机器人的设计时需要考虑的因素，依据不同的需求和环境要求，能够掌握相应的设计流程。 2.教学内容 (1) 行驶机器人； (2) 全向机器人； (3) 平衡机器人； (4) 步行机器人； (5) 空中机器人； (6) 水上和水下机器人； (7) 机械手臂。 3.本章重点 常见机器人设计的一般流程，多种不同类型结构机器人的设计方案，并能 4.本章难点 设计和改进简单的机器人。 知识点三 机器人操作系统(ROS)基础（4学时） 1.教学目标 掌握Ubuntu和RO