“ROS機(jī)器人操作系統(tǒng)”課程教學(xué)大綱課程基本信息課程中文名稱(chēng)ROS機(jī)器人操作系統(tǒng)課程英文名稱(chēng)ROSRobotOperatingSystem課程代碼433001336學(xué)分2學(xué)時(shí)40課堂學(xué)時(shí)30各類(lèi)混合式教學(xué)等實(shí)驗(yàn)/實(shí)訓(xùn)10適用專(zhuān)業(yè)機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)模式線下教學(xué)￡線上線下混合式教學(xué)開(kāi)課學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院（機(jī)器人工程學(xué)院）先修課程C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程類(lèi)別￡通識(shí)教育專(zhuān)業(yè)教育￡素質(zhì)拓展/必修￡選修/￡國(guó)際化課程￡校企合作課程開(kāi)課學(xué)期￡1￡2￡34￡5￡6￡7￡8￡9￡10考核方式￡考試考查考查課程成績(jī)記載方式百分制￡11等級(jí)制二、教材與教學(xué)資源1.教材及參考書(shū)：[1]鄧文斌，陳剛.ROS機(jī)器人開(kāi)發(fā)項(xiàng)目教程（微課視頻版）.北京：清華大學(xué)出版社，2025.ISBN：9787302685098.[2]胡春旭.ROS機(jī)器人開(kāi)發(fā)實(shí)踐.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2018.9787111598237.2.教學(xué)資源（可選填，包括但不限于線上課程、課程網(wǎng)站、教學(xué)視頻等）：古月.ROS入門(mén)21講./video/BV1zt411G7Vn?from=search.三、課程描述和目標(biāo)“ROS機(jī)器人操作系統(tǒng)”程是基于計(jì)算機(jī)（PC）,結(jié)合多種傳感器和執(zhí)行器，進(jìn)行機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真和控制的理論實(shí)踐相結(jié)合課程，是機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)核心課，是運(yùn)用控制理論、人工智能、傳感器技術(shù)等多種學(xué)科知識(shí)進(jìn)行機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一門(mén)重要的課程，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)復(fù)雜機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制和程序編寫(xiě)打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，擬達(dá)到的課程目標(biāo)如下:G1：培養(yǎng)的人才具備機(jī)器人工程學(xué)科領(lǐng)域所需的人文科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、自然科學(xué)、工程科學(xué)、學(xué)科前沿及管理等知識(shí)。G2：理解機(jī)器人設(shè)計(jì)的一般流程；掌握機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）及相關(guān)編程方法；理解機(jī)器人系統(tǒng)控制算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程，傳感器和執(zhí)行器工作方式，機(jī)器人三維仿真建模技術(shù)，機(jī)器人導(dǎo)航控制技術(shù)和機(jī)械臂控制技術(shù)。G3：培養(yǎng)的人才具備團(tuán)隊(duì)合作能力、溝通表達(dá)能力、自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新務(wù)實(shí)和一定的國(guó)際化視野，能持續(xù)學(xué)習(xí)和更新知識(shí)，具有適應(yīng)機(jī)器人行業(yè)和社會(huì)發(fā)展的能力。四、課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)權(quán)重G11.3具有機(jī)器人工程相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，能用于解決復(fù)雜機(jī)器人工程問(wèn)題，能將相關(guān)知識(shí)和數(shù)學(xué)模型方法用于復(fù)雜工程問(wèn)題解決方案的比較與綜合。HG23.3能夠在安全、環(huán)境、法律等現(xiàn)實(shí)約束條件下，設(shè)計(jì)滿(mǎn)足特定需求的機(jī)器人工程系統(tǒng)、控制單元或工程應(yīng)用，并以工程圖紙、控制程序、設(shè)計(jì)報(bào)告、實(shí)物等方式展現(xiàn)設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。LG35.1能夠了解和初步掌握現(xiàn)代自動(dòng)化領(lǐng)域，特別是機(jī)器人工程相關(guān)的工程技術(shù)、資源和工具，并理解其局限性。H五、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配序號(hào)教學(xué)內(nèi)容要點(diǎn)德育元素教學(xué)要求課堂學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)教學(xué)方法對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)“兩性一度”（√）創(chuàng)新性高階性挑戰(zhàn)度1機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）概述愛(ài)國(guó)情懷—講述我國(guó)目前機(jī)器人開(kāi)發(fā)的現(xiàn)狀，強(qiáng)調(diào)編程技術(shù)以及編程智能化對(duì)增強(qiáng)國(guó)力的重要性，介紹中美貿(mào)易戰(zhàn)中的“中國(guó)芯”等案例，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義熱情。掌握Ubuntu系統(tǒng)的常用指令、能簡(jiǎn)述ROS安裝步驟，并掌握安裝方法。2講授、研討G1√ROS安裝和基本操作22ROS架構(gòu)刻苦學(xué)習(xí)精神理解ROS文件系統(tǒng)及常用操作指令，能正確使用常用指令。能辨別ROS工作空間的文件夾的作用2講授G1G2G3√3ROS通信機(jī)制認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)—通過(guò)編寫(xiě)與調(diào)試程序，讓同學(xué)們切身體會(huì)到：任何一個(gè)小小的疏忽，哪怕是一個(gè)標(biāo)點(diǎn)，用錯(cuò)了，整個(gè)程序都將無(wú)法運(yùn)行或不能得到正確的結(jié)果，在今后的工作崗位上需養(yǎng)成認(rèn)真、細(xì)心和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)。ROSTopic通信編程、ROSService通信編程、能分辨兩者的區(qū)別和使用場(chǎng)合。能分別使用C++和Python兩種語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)ROS通信8講授研討G1G2G3√√√Topic通信編程實(shí)現(xiàn)24ROS運(yùn)行管理通過(guò)重映射知識(shí)點(diǎn)講解，引申出日積月累的重要性區(qū)分launch各個(gè)標(biāo)簽，能夠編寫(xiě)Launch啟動(dòng)文件、理解ROS重映射機(jī)制、掌握ROS參數(shù)名稱(chēng)設(shè)置方法4講授實(shí)驗(yàn)G1G2√Launch文件編程實(shí)驗(yàn)25ROS常用組件工具協(xié)作精神—引導(dǎo)學(xué)生正確看待“個(gè)體”與“整體”的辯證關(guān)系的哲學(xué)原理。充分發(fā)揮個(gè)人在創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)中的作用，在提高團(tuán)隊(duì)凝聚力和綜合性創(chuàng)新能力的同時(shí)實(shí)現(xiàn)個(gè)人創(chuàng)造力和核心作用。TF坐標(biāo)變換、能夠使用可視化顯示與仿真工具進(jìn)行調(diào)試、能夠應(yīng)用rqt工具箱進(jìn)行調(diào)試4講授G1G2G3√6智能機(jī)器人仿真設(shè)計(jì)“工匠”精神能夠使用URDF建模方法創(chuàng)建一個(gè)機(jī)器人仿真模型4講授實(shí)驗(yàn)G1G2G3√√搭建機(jī)器人的URDF仿真模型27智能機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)文化自信—以月球車(chē)為案例，分析探月對(duì)我國(guó)機(jī)器人技術(shù)、航空航天技術(shù)發(fā)展的重要性，增強(qiáng)文化自信，技術(shù)強(qiáng)國(guó)的自信心。掌握機(jī)器人系統(tǒng)組成基礎(chǔ)，分析機(jī)器人系統(tǒng)各組成功能特點(diǎn)，區(qū)分激光雷達(dá)和相機(jī)的功能，能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的智能機(jī)器人系統(tǒng)2講授研討G1G2G3√√8SLAM技術(shù)及自主導(dǎo)航刻苦學(xué)習(xí)精神SLAM原理簡(jiǎn)介、gmapping功能包的使用方法4講授實(shí)驗(yàn)G1G2G3√√自主導(dǎo)航仿真實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)合計(jì)3010-六、考核評(píng)價(jià)方式1.考核方式表1課程考核方式和考核標(biāo)準(zhǔn)考核方式分?jǐn)?shù)占比考核標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)成績(jī)40%是否按時(shí)提交，實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)是否規(guī)范平時(shí)成績(jī)10%是否按時(shí)考勤，課堂提問(wèn)是否能準(zhǔn)確回答期末大作業(yè)50%期末大作業(yè)指定內(nèi)容是否能準(zhǔn)確分析合計(jì)100%2.課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)方法表2課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)方式考核方式課程目標(biāo)課堂表現(xiàn)（分值）實(shí)驗(yàn)報(bào)告（分值）期末大作業(yè)（分值）合計(jì)G15152045G25152035G30101020表3課程考核方式和考核標(biāo)準(zhǔn)考核方式考核標(biāo)準(zhǔn)考核依據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建議分值作業(yè)作業(yè)的正確性：主要考查作業(yè)解答中對(duì)所涉及的語(yǔ)言編程方法、軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)等相關(guān)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和掌握程度，以及對(duì)求解結(jié)果的語(yǔ)言表述的正確性。對(duì)相關(guān)知識(shí)能夠準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)和掌握，題目能夠準(zhǔn)確解答完成，對(duì)問(wèn)題解答的語(yǔ)言表述規(guī)范正確。90-100對(duì)相關(guān)知識(shí)能夠正確認(rèn)識(shí)和掌握，題目能夠解答完成，對(duì)問(wèn)題解答的語(yǔ)言表述正確。80-89對(duì)相關(guān)知識(shí)認(rèn)識(shí)和掌握較好，對(duì)問(wèn)題解答的語(yǔ)言表述正確率在70%以上。70-79對(duì)相關(guān)知識(shí)基本能夠認(rèn)識(shí)和掌握，對(duì)問(wèn)題解答的語(yǔ)言表述正確率在60%以上。60-69符合下列條件之一：對(duì)相關(guān)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和掌握不夠，對(duì)問(wèn)題解答的語(yǔ)言表述正確率在50%以下；未在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)提交作業(yè)；剽竊他人成果或抄襲他人作業(yè)。0-59課堂互動(dòng)課堂參與度和對(duì)問(wèn)題的回答情況：主要考查學(xué)生參與互動(dòng)的次數(shù)、對(duì)問(wèn)題的理解程度以及回答問(wèn)題的邏輯性。參與互動(dòng)次數(shù)在5次以上，互動(dòng)中能夠抓住問(wèn)題的關(guān)鍵，并能流利正確回答問(wèn)題，邏輯思路清晰，有自己的見(jiàn)解90-100參與互動(dòng)次數(shù)在4次以上，并能正確回答問(wèn)題，邏輯思路較為清晰。80-89參與互動(dòng)次數(shù)在3次以上，并能正確回答提出的主要問(wèn)題，邏輯思路較為清晰。70-79參與互動(dòng)次數(shù)在2次以上，并是在邏輯思路不夠清晰。60-69不參與互動(dòng)，或0-59實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告：主要考查報(bào)告中對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求的理解、程序運(yùn)行結(jié)果和語(yǔ)言表述的正確度，以及格式的規(guī)范性。具體見(jiàn)表4《ROS機(jī)器人程序設(shè)計(jì)》課內(nèi)實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)量表0-100期末考核大作業(yè)分?jǐn)?shù)0-100（1）實(shí)驗(yàn)報(bào)告每個(gè)實(shí)驗(yàn)都要求學(xué)生在完成上機(jī)內(nèi)容后撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，報(bào)告要求包括以下六個(gè)方面的內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?扼要而準(zhǔn)確地描述所求解的實(shí)驗(yàn)題的目的。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：明確實(shí)驗(yàn)題的內(nèi)容，即編寫(xiě)程序要完成的主要功能。實(shí)驗(yàn)要求：明晰實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中每一具體實(shí)現(xiàn)功能的輸入和輸出條件。源程序代碼：給出上機(jī)時(shí)完成的程序源代碼。程序運(yùn)行結(jié)果：列出程序測(cè)試時(shí)所用的測(cè)試用例及相應(yīng)的程序運(yùn)行結(jié)果。實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)：總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)，包括程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程所遇到問(wèn)題的回顧、分析和經(jīng)驗(yàn)分享，進(jìn)一步改進(jìn)的設(shè)想等。（2）考核評(píng)價(jià)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的成績(jī)以五級(jí)制或以百分制記。實(shí)驗(yàn)考核依據(jù)主要是實(shí)驗(yàn)報(bào)告，從程序報(bào)告的內(nèi)容考察其算法設(shè)計(jì)的合理性、有效性，程序運(yùn)行結(jié)果的正確性，以及報(bào)告內(nèi)容的完整性、詳實(shí)度、格式的規(guī)范性和排版的美觀程度等。具體如表4所示。表4“ROS機(jī)器人操作系統(tǒng)”課內(nèi)實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)量表評(píng)價(jià)依據(jù)（權(quán)重）優(yōu)秀良好中等及格不及格對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)90~100分80~89分70~79分60~69分0~59分內(nèi)容（40%）完成全部實(shí)驗(yàn)內(nèi)容且算法獨(dú)特，具有一定的創(chuàng)新完成全部實(shí)驗(yàn)內(nèi)容且算法正確完成全部實(shí)驗(yàn)內(nèi)容且算法基本正確基本完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，或存在部分算法錯(cuò)誤未能完成實(shí)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)內(nèi)容完全不符全要求或算法完全錯(cuò)誤G1G2G3結(jié)果（30%）實(shí)驗(yàn)結(jié)果全部正確實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本正確，存在少部分錯(cuò)誤或結(jié)果不全；實(shí)驗(yàn)結(jié)果不完全正確，存在較多錯(cuò)誤或結(jié)果缺失較多；實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全不正