《移动机器人构建与编程》课程教学大纲
课程基本信息（Course Information） |
课程代码 （Course Code） | ME034 | *学时 （Credit Hours） | 16 | *学分 （Credits） | 1 |
*课程名称 （Course Name） | （中文）移动机器人构建与编程 |
（英文）Designing and Programming of Mobile Robot |
课程性质 (Course Type) | 本课程是一门关于移动机器人构建与编程的实践类课程。课程以美国Parallax公司的智能移动机器人、或Arduino开源硬件等教学套件为载体，分层次组织教学。通过组装移动小车、搭建电路以及编写控制程序的过程，使学生对移动机器人的设计过程以及功能实现手段有深入的了解，从而对机、电、传感、控制、人机交互等机电一体化技术有更为全面的认识。同时，本课程的学习也会为学生开展其他种类机器人的设计提供有益帮助和指导。 |
授课对象 （Audience） | 全校学生 |
授课语言 (Language of Instruction) | 中文 |
*开课院系 （School） | 学生创新中心 |
先修课程 （Prerequisite） | 无 |
授课教师 （Instructor） | 张培艳 | 课程网址 (Course Webpage) | 无 | |
*课程简介（Description） | （中文300-500字，含课程性质、主要教学内容、课程教学目标等） 本课程是一门关于移动机器人任务构建与编程的实践选修课。课程以Parallax公司的Boe-Bot机器人开发套件，或Arduino等开源硬件为实践教学工具，根据学生知识层次开放教学，内容涉及电机控制、触觉、光敏、红外传感器等的使用以及微控制器的编程等环节。通过设计各种巡航以及导航任务，使学生理解和掌握移动机器人设计制作中的基本技术。该课程的学习有助于学生对机器人的完整设计过程有一个初步的了解，对机器人的任务设计与控制编程中的各个环节有一个切身的体验，为开展其他机器人设计工作打下坚实的基础。 |
*课程简介（Description） | （英文300-500字） The course is a kind of elective practice course about designing and programming of mobile robot. Taking Boe-Bot robot develop kit of Parallax Inc. as the practice teaching tool, its content involve the controlling of servo motor, application of touch sensor, photosensitive senor, infrared sensor and programming of micro-controller. Students are required to finish some cruise and navigation tasks, so that they can understand and master the fundamental technologies to design and make mobile robot. The study of this course will help students to know the whole design process and have the real experience about all the design, so that they have more well-knit ability to develop other kind robots. |
课程教学大纲（course syllabus） |
*学习目标(Learning Outcomes) | 1．本课程按照“学中做，做中学”理念，在组装移动小车、搭建探测电路以及编写任务控制程序中，学习并掌握电机控制、简单的传感器使用及检测方法，实现移动机器人的运动规划及自主导航任务。 2．结合移动机器人主题，采取小组合作的方式，按照工程培养模式，进行自主创意的方案设计并汇报展示，从工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统四个层面得到锻炼和提高。 |
*教学内容、进度安排及要求 (Class Schedule & Requirements) | 教学内容 | 学时 | 教学方式 | 课堂及要求 | 基本要求 | 考查 方式 | 机器人 概述 | 1 | PPT介绍 | 介绍机器人的概念、分类、体系结构等。以移动机器人为例，进行具体分析。介绍本课程的进度安排、考核方式等。 | 学生对机器人的体系结构、功能划分有所认识。 | 课程 总结 报告 | 伺服电机测试和Boe-Bot机器人的组装 | 3 | PPT介绍 课堂实验 | 介绍宝贝车的硬件、软件组成，重点讲解教学板以及BASIC Stamp2微控制器，或Arduino开发板。 介绍移动机器人常用的几种电机以及控制方法。介绍Boe-Bot机器人伺服电机的控制方法、伺服电机调零。 | 掌握伺服电机调零、控制方法以及程序调试方法。 | 课堂 实验一 | 巡航控制 | 2 | PPT介绍 课堂实验 | 编程实现机器人的基本动作：向前、向后、左转、右转和原地旋转、机器人的变速运动控制。通过测试机器人脉冲数与机器人运动距离的关系，实现机器人的精确动作。 | 掌握控制子程序的设计，掌握在EEPROM中建立复杂运动。 | 课堂 实验二 | 触觉导航 | 2 | PPT介绍 课堂实验 | 理解感知－规划－控制的设计流程。搭建触觉探测电路，编写触觉导航程序。 | 掌握电路测试和程序调试方法，实现触觉导航功能以及机器人 | 课堂 实验三 （选做之一） | 光敏电阻导航 | 2 | PPT介绍 课堂实验 | 了解光传感器的应用。搭建光探测电路和编写光敏电阻导航控制程序，实现躲避阴影、光束导引等控制任务。 | 实现上述导航任务 | 课堂 实验四 （选做之一） | 红外线导航 | 2 | PPT介绍 课堂实验 | 了解红外线信号的应用场所。搭建红外线探测电路和编写红外导航控制程序。 | 实现避碰、边沿探测等控制要求。 | 课堂 实验五 | 机器人的距离检测和多感知信息融合控制 | 2 | PPT介绍 课堂实验 | 掌握红外传感器进行距离检测的方法；设计控制任务，融合触觉、光敏电阻、红外传感器信息进行导航。 | 掌握PID控制方法 | 课堂 实验六 | 基于QTI巡线模组的巡线及搬运任务 | 2 | PPT介绍 课堂实验 | 介绍QTI模组的使用方法，完成巡线任务和物块搬运任务。 | 掌握QTI模组的使用方法 ，综合巡航控制，完成 | 课堂 实验七 | 创意方案汇报 | 2 | 学生汇报 互动问答 | 设想利用该教学套件进行其他的开发应用 | 要求所提方案有一定的创意、学生有较好的表达能力 | 汇报 |
本课程属于实践类课程，以学生动手制作、编程为主。配合教学内容具体完成以下实验任务： 实验一：电机测试、宝贝机器人硬件组装和系统测试 任务一：通过LED观察伺服电机的控制信号 任务二：伺服电机调零 任务三：开始/复位指示电路编程 任务四：绘制脉宽与速度的关系曲线图 实验二：巡航控制 任务一：完成车体的基本动作（前进、后退、左转、右转和原地选抓），调节运动使动作更加精确 任务二：实现逐步加速或减速运动 任务三：运动指定距离，得出距离与脉冲数的关系 实验三：触觉导航 任务一：完成触觉探测电路的测试 任务二：触觉导航 任务三：行进死角的智能判断 实验四：光敏电阻导航 任务一：完成光敏电阻探测电路的测试 任务二：手电筒光束导引 任务三：向光源移动 实验五：红外线导航 任务一：完成红外线导航探测电路的测试 任务二：高性能IR导航 任务三：检测桌面边沿 实验六：红外线距离检测和多感知信息融合导航 任务一：距离探测 任务二：车体跟踪 任务三：综合应用触觉、光敏电阻、红外传感器完成复杂环境下的导航任务 实验七：QTI巡航任务 任务一：S弯路线寻迹 任务二：三色物块的搬运任务 |
*考核方式 (Grading) | （成绩构成） 采取百分制，按照出勤、作业、实践环节、课程总结报告4个方面进行考核。其中：考勤占5%，课堂表现10%，实验50%，综合项目20%，课程总结报告15% |
*教材或参考资料 (Textbooks & Other Materials) | 教材： 基础机器人制作与编程.秦志强，陈伟，王文武 编译.电子工业出版社，2007 参考书： 智能传感器应用项目教程——基于教育机器人的设计与实现.秦志强，李昌帅，陈国璋 编著.电子工业出版社，2010 Arduino |
其它 （More） | 应遵守学校《上海交通大学学生手册（本科生）》里有关学术诚实的条例 |
备注 （Notes） | |
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备注说明：
1．带*内容为必填项。
2．课程简介字数为300-500字；课程大纲以表述清楚教学安排为宜，字数不限。
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