ROS机器人程序设计课程进度安排-2023-2024-2

进度安排由人工智能审核制定。

课程

教学进度表预期效果与课程内容详细描述

一、预期效果

此教学进度表旨在确保《ROS机器人程序设计》课程在2023～2024学年度第二学期内，按照预定的教学计划和进度，有序、高效地进行。通过本课程的教学，预期学生能够：

掌握ROS（机器人操作系统）的基本概念、架构和主要组件，了解ROS1与ROS2的区别与联系。
学会在ROS环境下进行机器人软件的开发，包括编写ROS节点、实现机器人功能、进行通信与交互等。
掌握机器人3D建模与仿真的方法，能够使用URDF和xacro文件创建自定义机器人模型，并在仿真环境中进行测试。
熟悉机器人导航功能包的使用，包括创建变换、发布传感器消息、构建地图、实现自适应定位与避障等。
了解MoveIt！的使用，能够进行机械臂的运动规划、抓取放置等任务。
学会在ROS环境下使用传感器，包括游戏手柄、RGBD传感器等，并处理传感器数据。
掌握计算机视觉在ROS中的应用，包括摄像头驱动、OpenCV库的使用、视觉里程计等。
熟悉点云处理的基本方法，包括点云库的使用、滤波、配准与匹配等。

通过本课程的学习，学生将具备ROS机器人程序设计的基本能力，为后续从事机器人研发、应用与维护工作打下坚实的基础。

二、课程内容

本课程将围绕ROS机器人程序设计展开，涵盖从基础知识到高级应用的各个方面。主要内容包括：

ROS入门与基础：介绍ROS的基本概念、发展历程和生态系统，讲解ROS的安装与配置，以及ROS文件系统、计算图、社区等方面的知识。
ROS架构与概念：深入剖析ROS的架构和关键概念，包括节点、消息、服务、话题等，并通过实际案例演示ROS节点间的通信与交互。
可视化和调试工具：介绍ROS的可视化工具和调试方法，帮助学生快速定位和解决机器人软件开发中的问题。
3D建模与仿真：讲解如何使用URDF和xacro文件创建自定义机器人模型，并在ROS仿真环境中进行测试和验证。
导航功能包：介绍机器人导航的基本原理和实现方法，包括建图、定位、路径规划、避障等关键技术。
MoveIt！应用：学习使用MoveIt！进行机械臂的运动规划、抓取放置等任务，提升机器人的操作能力。
传感器应用：介绍在ROS环境下如何使用各种传感器，包括游戏手柄、RGBD传感器等，并讲解传感器数据的处理与应用。
计算机视觉：学习ROS与OpenCV的结合应用，包括摄像头驱动、图像处理、视觉里程计等关键技术。
点云处理：介绍点云的基本概念和处理方法，包括点云库的使用、滤波、配准与匹配等高级应用。

通过以上内容的学习，学生将全面掌握ROS机器人程序设计的技术和方法，为未来的机器人研发和应用奠定坚实的基础。

以下是根据您提供的模板制作的“教学进度表”。请注意，我在制作表格时，对于“习题、实验、设计、实践或科学实验名称”这一列，我基于课程内容和常见的实践内容进行了假设性的填写。在实际应用中，您需要根据实际的教学计划和课程内容来填写这一列。

周次	起止日期	讲课内容分章和分节的名称	课时数	习题、实验、设计、实践或科学实验名称	课时数
1	2.26-3.03	课程准备	2	课程准备与入门了解ROS	1
2	3.04-3.10	第1章 ROS1/ROS2入门	2	ROS环境搭建与测试	1
3	3.11-3.17	第2章 ROS1/ROS2架构及概念	2	ROS节点创建与通信实验	1
4	3.18-3.24	第2章 ROS1/ROS2架构及概念	2	ROS服务与服务器客户端实验	1
5	3.25-3.31	第3章可视化和调试工具	2	ROS可视化工具实践	1
6	4.01-4.07	第3章可视化和调试工具	2	ROS调试工具实践	1
7	4.08-4.14	第4章 3D建模与仿真	2	URDF模型创建与仿真实践	1
8	4.15-4.21	第4章 3D建模与仿真	2	xacro文件创建与仿真实践	1
9	4.22-4.28	第5章导航功能包入门	2	机器人导航基础实践	1
10	4.29-5.05
11	5.06-5.12	第5章导航功能包入门	2	高级导航功能实践	1
12	5.13-5.19	第6章导航功能包进阶	2	机器人避障与目标发送实践	1
13	5.20-5.26	第6章导航功能包进阶	2	机器人定位与地图构建实践	1
14	5.27-6.02	第7章使用MoveIt！	2	机械臂运动规划与抓取实践	1
15	6.03-6.09	第8章在ROS1/ROS2下使用传感器	2	传感器数据读取与处理实践	1
16	6.10-6.16	第9章计算机视觉	2	ROS与OpenCV图像处理实践	1
17	6.17-6.23	第10章点云	2	点云处理与配准实践	1
18	6.24-6.30	课程总结与复习	2	综合实践与项目展示	1
		总计	32	总计	16

请注意，我在第10周留出了空白，因为您提供的表格中第10周并没有填写讲课内容，如果您有遗漏或者需要补充，请根据实际情况进行调整。

此外，表格最后的“总计”行是我根据前面的课时数计算得出的，您可以根据实际情况进行核对和调整。

最后，教学院长（签名）部分需要由实际的教学院长签名，我无法为您提供签名，请确保在实际使用时，这一部分得到适当的填写。

实验

电气与自动化工程学院学期实验教学计划进度表——ROS机器人程序设计

一、预期效果

通过本学期的实验教学计划进度表，预期达到以下效果：

知识与技能掌握：学生将熟练掌握ROS机器人程序设计的基本概念、原理和方法，包括ROS1与ROS2的基本操作、架构及概念、可视化与调试工具的使用、三维建模与仿真、导航功能实现、MoveIt！应用以及外设与传感器的集成等。
实验操作能力：学生将具备独立进行实验设计和操作的能力，能够按照实验指导书的要求，完成实验任务，并进行数据分析和实验报告撰写。
问题解决能力：学生将学会在实验中遇到问题时，能够独立思考、分析问题并找到解决方案，培养解决问题的能力。
团队协作与交流能力：通过实验过程中的小组讨论和合作，学生将提高团队协作能力和沟通能力，培养合作精神。

二、具体内容

根据实验教学计划进度表，具体实验内容如下：

ROS1/ROS2入门实验：介绍ROS1和ROS2的基本概念和安装配置，通过蓝桥云课平台，进行基本的ROS操作实验，使学生初步了解ROS的使用方法。
ROS架构及概念实验：通过cocubesim仿真环境，深入剖析ROS的架构和关键概念，包括节点、话题、服务等，使学生掌握ROS通信机制。
可视化和调试工具实验：利用ROS提供的可视化和调试工具，进行ROS系统的状态监测和调试，帮助学生快速定位和解决实验中遇到的问题。
三维建模与仿真实验：使用f1tenth机器人模型，进行三维建模和仿真实验，使学生掌握机器人建模和仿真的基本方法。
导航功能实验：通过实现f1tenth机器人的导航功能，包括建图、定位、路径规划等，使学生掌握机器人导航的关键技术。
使用MoveIt！实验：利用MoveIt！工具，进行机械臂的运动规划和抓取实验，提升学生的机器人操作能力。
外设与传感器集成实验：通过集成外设和传感器，进行机器人感知和控制实验，使学生掌握机器人与外部环境的交互方法。

每个实验项目都包括实验目的、实验原理、实验步骤、实验结果与分析等部分，确保学生能够全面了解实验内容，掌握实验技能，并在实验过程中进行思考和总结。

通过本学期的实验教学计划进度表的实施，学生将能够全面系统地学习ROS机器人程序设计相关知识，提高实践能力和解决问题的能力，为未来的机器人研发和应用奠定坚实的基础。

电气与自动化工程学院学期实验教学计划进度表

2023-2024学年第2学期

课程名称：ROS机器人程序设计

是否独立设课：否

学生总人数：4

实验指导教师：张瑞雷

职称：讲师

台套数/批数：4

地点：智能制造工程实践中心323

教材、参考书、讲义：ROS机器人编程实践

面向专业：机器人工程（含智能制造）

本课程实验计划共16学时，7个实验项目，共8周，实际16课时

周次	星期	时间	实验项目	班级	人数	时数	任课教师
1	五	8：00-9：50	ROS1/ROS2入门-蓝桥云课基本操作	机器人工程（含智能制造）	4	2	张瑞雷
3	五	8：00-9：50	ROS1/ROS2架构及概念-cocubesim	机器人工程（含智能制造）	4	2	张瑞雷
5	五	8：00-9：50	可视化和调试工具-cocubesim	机器人工程（含智能制造）	4	2	张瑞雷
7	五	8：00-9：50	三维建模与仿真（f1tenth）	机器人工程（含智能制造）	4	2	张瑞雷
9	五	8：00-9：50	导航功能（f1tenth）	机器人工程（含智能制造）	4	2	张瑞雷
11	五	8：00-9：50	导航功能（f1tenth）进阶	机器人工程（含智能制造）	4	2	张瑞雷
13	五	8：00-9：50	使用MoveIt！（ABB）	机器人工程（含智能制造）	4	2	张瑞雷
15	五	8：00-9：50	外设与传感器集成实验	机器人工程（含智能制造）	4	2	张瑞雷