华北水利水电大学“智能机器人”微专业招生简章-华北水利水电大学|机械学院

一、微专业简介

“智能机器人”微专业是华北水利水电大学机械学院依托机械设计制造及其自动化专业及机器人创新实验室打造的跨学科人才培养项目，深度融合人工智能、机器视觉、传感器技术、运动规划等前沿科技，通过6门核心课程的学习，系统构建学生在机器人结构、感知控制、智能算法与系统集成等方面的核心能力。课程体系注重跨学科融合与工程实践，从MATLAB 建模、系统开发到综合项目设计，强化创新与实践能力，助力学生掌握工业机器人、服务机器人、智能制造与智慧物流等前沿领域的研发、集成与工程应用能力，赋能个人职业发展。

二、培养目标

本微专业旨在面向人工智能与智能制造领域的发展需求，培养具有扎实工程基础、掌握现代机器人系统结构、感知控制方法与应用技术的复合型工程技术人才。通过系统学习机器人硬件与软件设计、系统建模、传感与感知、轨迹规划、运动控制等核心知识，学生将具备较强的综合分析与工程实践能力，能够胜任工业机器人、服务机器人等相关系统的开发、调试与应用工作。

培养目标如下：

培养目标1：掌握机器人系统的基本构成、运动学与动力学分析方法；

培养目标2：熟悉主流工业与服务机器人平台的控制逻辑与应用开发；

培养目标3：具备利用先进的感知-控制-规划技术提升机器人自主行为能力，或引入人工智能来提升机器人自主决策能力；

培养目标4：能在智能制造、智慧物流等行业场景中开展机器人系统集成、测试与工程实践。

三、课程设置

本微专业课程模块采用“校企协同开发” 模式，联合行业头部企业深度参与课程设计，精准对接智能机器人领域前沿技术与产业实际需求，让学生充分接触智能机器人的新兴应用与技术趋势。共设6门核心课程，在2-3学期内完成，采用线上、线下及实践相结合的模式。

表1：课程设置及教学进程计划表

课程名称	课程代码	学分	总学时	学时分配				考核方式	开课单位	开课时间
课程名称	课程代码	学分	总学时	理论	实践	线上学时	线下学时	考核方式	开课单位	开课时间
机器人学基础	03WZY01	3	48	32	16	16	32	考试	机械学院	第3学期
机器视觉与感知技术	03WZY02	2	32	18	14	10	22	考试	机械学院	第3学期
机器人智能规划技术基础	03WZY03	2	32	26	6	12	20	考试	机械学院	第4学期
嵌入式控制系统设计	03WYZ04	3	48	36	12	18	30	考试	机械学院	第4学期
ROS系统与应用开发	03WZY05	3	48	40	8	20	28	考查	机械学院	第5学期
机器人综合设计实践	03WZY06	3	48	8	40	8	40	考查	机械学院	第5学期

表2：课程介绍

序号	课程名称	课程简介
1	机器人学基础	本课程系统讲授机器人学的基本概念与理论，包括机器人运动学、动力学、轨迹规划、结构构型与关节类型等核心内容。教学以理论讲解与案例分析相结合，强调理解与应用。通过MATLAB 和仿真工具进行运动学建模与仿真，培养学生分析与解决机器人基本运动问题的能力，为后续课程打下坚实基础。
2	机器视觉与感知技术	本课程系统介绍机器人感知系统的基础理论与关键技术，涵盖视觉及多传感器融合内容。重点讲授图像采集与处理流程，包括图像预处理、特征提取、目标检测与识别、三维信息获取等；引入OpenCV和深度学习框架，训练学生实现典型视觉任务（如目标跟踪、环境感知与场景建图）。同时，课程还介绍位置传感器、陀螺仪、超声波/激光测距传感器、力/力矩传感器等，通过案例教学与实验训练，提升学生在复杂环境中构建机器人感知系统的综合能力。
3	机器人智能规划技术基础	本课程具体介绍如何对机器人所处的环境进行建模，包括地图构建、障碍物表示等方法。例如，使用栅格地图、拓扑地图等不同方式对环境进行描述，以及如何通过传感器数据更新环境模型。详细讲解各种路径规划算法，如A * 算法、Dijkstra 算法、人工势场法等，分析它们的优缺点和适用场景。并通过实际案例，让学生掌握如何根据具体环境和任务需求选择合适的路径规划算法。研究机器人在路径上的运动控制问题，包括速度规划、加速度规划等，以确保机器人能够安全、高效地沿着规划路径运动。
4	嵌入式控制系统设计	该课程介绍机器人常用的控制器及智能控制方法，包括Arduino、STM32、树莓派等控制器，以及PID、滑模控制、自适应控制与强化学习等智能控制算法的基本概念及应用。通过典型实例（如移动机器人路径跟综等），训练学生理解复杂系统行为与设计相应控制策略的能力。
5	ROS系统与应用开发	本课程围绕Robot Operating System (ROS) 讲解机器人软件系统的架构、通信机制与功能开发。课程包含 ROS节点、话题、服务、动作机制等核心内容，并结合Gazebo和RViz实现机器人导航、路径规划与多传感器融合任务，强化学生的工程开发能力。
6	机器人综合设计实践	基于前期课程所学知识，团队协作完成一个小型机器人系统设计任务，如自主导航小车、机械臂操作平台等。课程强调方案设计、系统集成、调试优化等工程实践环节，提升学生的项目管理、创新与跨学科综合能力。

四、办学条件

本微专业依托华北水利水电大学机械学院的八个科研教学平台及1000余平创新实验室开展教学，配备智能产线、机器人运动控制、协作机器人等先进实验室，为实践教学提供坚实硬件支撑。同时，机械学院组建了机器视觉、数字化仿真、智能传感器、机器人智能控制等专业化教学团队，团队成员教学经验丰富、技术功底扎实，能够胜任本微专业所有课程的教学任务，保障人才培养质量。