1
课程详述
COURSE SPECIFICATION
以下课程信息可能根据实际授课需要或在课程检讨之后产生变动。如对课程有任何疑问，请联
系授课教师。
The course information as follows may be subject to change, either during the session because of unforeseen
circumstances, or following review of the course at the end of the session. Queries about the course should be
directed to the course instructor.
1.
课程名称 Course Title
机器人操作系统 Robot Operating System
2.
授课院系
Originating Department
机械与能源工程系 Department of Mechanical and Energy Engineering
3.
课程编号
Course Code
ME332
4.
课程学分 Credit Value
3
5.
课程类别
Course Type
专业选修课 Major Elective Courses
6.
授课学期
Semester
春/秋季学期
Spring/Autumn semester
7.
授课语言
Teaching Language
中英双语
Chinese-English bilingual
8.
授课教师、所属学系、联系方
式（如属团队授课，请列明其
他授课教师）
Instructor(s), Affiliation&
Contact
（For team teaching, please list
all instructors）
柯文德
机械与能源工程系
13809883997
Wende Ke
Department of Mechanical and Energy Engineering
13809883997
9.
实验员/助教、所属学系、联系
方式
Tutor/TA(s), Contact
需助教 1 人，待公布 To be announced
10.
选课人数限额(可不填)
Maximum Enrolment
（Optional）
2
授课方式
Delivery Method
讲授
Lectures
习题/辅导/讨论
Tutorials
实验/实习
Lab/Practical
其它(请具体注明)
Other（Please specify）
总学时
Total
11.
学时数
Credit Hours
32
32
64
12.
先修课程、其它学习要求
Pre-requisites or Other
Academic Requirements
ME306 机器人基础 Fundamentals of Robotics
CS102B 计算机程序设计基础 B Introduction to Computer Programming B
13.
后续课程、其它学习规划
Courses for which this course
is a pre-requisite
智能机器人技术 Intelligent robot technology
嵌入式技术与机器人 Embedded Technology and Robot
14.
其它要求修读本课程的学系
Cross-listing Dept.
教学大纲及教学日历 SYLLABUS
15.
教学目标 Course Objectives
机器人操作系统是机器人工程研究及应用的重要组成部分，该课程为中英双语授课，详细讲授机器人操作系统的设
计、控制、编程和使用的技术要点和基础理论等。
课程分组项目能够实现以学生掌握知识为目标、通过实验课程项目提高学生实际能力、培养学生国际化思维以及团队
协作管理复合能力的目标。
Robot operating system is the core component of research and application in robot engineering. The
course will be taught in both English and Chinese. The technologies about robot in design, control,
programming and application will be described in detail.
The projects based on experiments help students to master the corresponding knowledge, improve their
practical ability and train their international thinking method and team cooperation.
16.
预达学习成果 Learning Outcomes
机器人操作系统是机器人工程研究及应用的重要组成部分，主要讲授机器人设计、控制、编程和使用的技术要点和基
础理论等方面的内容。该课程采用中英文授课、课程分组项目能够实现以学生掌握知识为目标，通过实验课程项目提高学
生实际能力、培养学生国际化思维以及团队协作管理复合能力，培养具有原始创新能力的人才、具有集成创新能力的人
才。
Robot operating system is the core component of research and application in robot engineering. Its
main topics are about of robotics design, control, programming and application concern to technologies and
fundamental theories. This course will be taught in both English and Chinese. The projects based on
experiments help students to master the corresponding knowledge, improve their practical ability and train
their international thinking method and team cooperation.
17.
课程内容及教学日历 （如授课语言以英文为主，则课程内容介绍可以用英文；如团队教学或模块教学，教学日历须注明
主讲人）
Course Contents (in Parts/Chapters/Sections/Weeks. Please notify name of instructor for course section(s), if
this is a team teaching or module course.)
3
Week
内容 Contents
1（2 课时）
1 (2 hours)
理解 ROS 节点、话题、服务和参数、包等
Understand ROS node, issue, service and parameter, package, etc.
2（2 课时）
2 (2 hours)
使用 rqt_console 和 roslaunch，使用 rosed 编辑 ROS 中的文件，创建 ROS 消
息和 ROS 服务
Use rqt_console and roslaunch, edit files,
create ROS message and service
3（2 课时）
3 (2 hours)
创建 ROS 消息、服务、发布者、订阅者，记录并回放数据包
Create ROS msg, srv, publisher, subscriber, record and playback data.
4（2 课时）
4 (2 hours)
ROS 坐标转换系统（tf）（ROS TF 包及基础概念和程序编写）
ROS coordinate transformation (ROS TF package and basic concepts and
programming)
5（2 课时）
5 (2 hours)
使用并开发 ROS Rviz 程序实例 （一）
Use and develop ROS Rviz program instances.(Part 1)
6（2 课时）
6 (2 hours)
使用并开发 ROS Rviz 程序实例 （二）
Use and develop ROS Rviz program instances.(Part 2)
7（2 课时）
7 (2 hours)
使用 URDF 创建机器人模型（一）
Use URDF to create robot model(part 1)
8（2 课时）
8 (2 hours)
使用 URDF 创建机器人模型（二）
Use URDF to create robot model(part 2)
9（2 课时）
9 (2 hours)
使用 URDF 创建机器人模型 Gazebo 与 ROS 的通信接口
Use URDF to create communication interface between robot model Gazebo
and ROS
10（2 课时）
10 (2 hours)
机器视觉，图像采集与目标识别（机器视觉相关的基础包以及彩色和深度相机的
使用）
Machine vision, image acquisition and target recognition (Machine
vision related basic packages and the use of color and depth cameras)
11（2 课时）
11 (2 hours)
语音交互：识别与合成-sphnix （Linux 音频架构，语音识别和语音合成的基本
特性，语音识别库及在 ROS 的具体应用）
Speech interaction: recognition and synthesis-sphnix (Linux Audio
Architecture, Basic Characteristics of Speech Recognition and Speech
Synthesis, Speech Recognition Library and Its Application in ROS)
12（2 课时）
12 (2 hours)
ROS 导航与定位（ROS 导航包基础概念、特性和导航包例子）
4
ROS navigation and location (ROS navigation package basic concepts,
characteristics and navigation package examples)
13（2 课时）
13 (2 hours)
同步定位与地图构建
Simultaneous localization and map building
14（2 课时）
14 (2 hours)
基于地图的机器人导航
Robot navigation based Map
15（2 课时）
15 (2 hours)
Moveit! 与远程控制
Moveit! And remote control
16（2 课时）
16 (2 hours)
复习与项目答辩
Review and dissertation of project
实验 Experiments
1. ROS 的环境配置、参数配置与基本控制（第 1 周，2 节课）
1. Environment configuration, parameter configuration and basic control of ROS (week 1, 2 hours)
2. 使用 rqt_console 和 roslaunch，使用 rosed 编辑 ROS 中的文件，创建 ROS 消息和 ROS 服务（第 2 周，2 节课）
2. Use rqt_console and roslaunch, edit files,
create ROS message and service (week2, 2 hours)
3. 创建 ROS 消息、服务、发布者、订阅者，记录并回放数据包（第 3 周，2 节课）
3. Create ROS msg, srv, publisher, subscriber, record and playback data. (week 3, 2 hours)
4. ROS 坐标转换系统（tf）（ROS TF 包及基础概念和程序编写）（第 4 周，2 节课）
4. ROS coordinate transformation (ROS TF package and basic concepts and programming) (week 4, 2 hours)
5. 使用并开发 ROS Rviz 程序实例 （一）（第 5 周，2 节课）
5. Use and develop ROS Rviz program instances.(Part 1) (week 5, 2 hours)
6. 使用并开发 ROS Rviz 程序实例 （二）（第 6 周，2 节课）
6. Use and develop ROS Rviz program instances.(Part 2) (week 6, 2 hours)
7. 使用 URDF 创建机器人模型（一）（第 7 周，2 节课）
7. Use URDF to create robot model(part 1) (week7, 2 hours)
8. 使用 URDF 创建机器人模型（二）（第 8 周，2 节课）
8. Use URDF to create robot model(part 2) (week8, 2 hours)
9. 使用 URDF 创建机器人模型 Gazebo 与 ROS 的通信接口（第 9 周，2 节课）
9. Use URDF to create communication interface between robot model Gazebo and ROS (week 9, 2 hours)
10. 图像采集与目标识别（第 10 周，2 节课）
10. Image acquisition and target recognition (week 10, 2 hours)
11. 视觉跟随（ROS 定位基础、图像传感器、传感器节点、机器视觉、运动控制）（第 11 周，2 节课）
11. Vision following (ROS positioning foundation, image sensor, sensor node, machine vision, motion
control) (week 11, 2 hours)
12. 建造自己机器人的 3D 模型（ROS 仿真调试技能, rviz, gazebo, URDF, XML）（第 12 周，2 节课）
12. Create 3D robot model (ROS Simulation debugging skills, rviz, gazebo, URDF, XML ) (week12, 2 hours)
13. 创建仿真机器人与现实机器人的同步（基本控制器，测径法）（第 13 周，2 节课）
13. Synchronize simulating robot and realistic robot(base controller, odometry) (week 13, 2 hours)
5
14. 房间建图（ROS 自主导航基础技能，move_base, gmapping, acml,costmap) （第 14 周，2 节课）
14. Create room map (Basic skills of autonomous navigation, move_base, gmapping, acml,costmap ) (week
14, 2 hours)
15.语音交互 （语音识别与语音合成的实现）（第 15 周，2 节课）
15.Speech interaction (Speech recognition and speech synthesis) (week 15, 2 hours)
复习与项目答辩（第 16 周，2 节课）
Review and dissertation of project (week 16, 2 hours)
18.
教材及其它参考资料 Textbook and Supplementary Readings
1. http://wiki.ros.org
2. ROS 机器人编程实践(Programming Robots with ROS). 摩根.奎格利 (Morgan Quigley) (作者), Brian Gerkey (作
者), William D.Smart (作者), 张天雷 (译者), 李博 (译者), 谢远帆 (译者), 大伟晓健 (译者).机械工业出版社; 第
1 版 (2018 年 1 月 1 日). ISBN: 7111585291, 9787111585299. ASIN: B078952JNK
3. ROS 机器人开发:实用案例分析 (ROS Robotics by Example). 卡罗尔·费尔柴尔德 (Carol Fairchild) (作者), 托马
斯 L.哈曼博士 (Dr. Thomas L. Har) (作者). 机械工业出版社; 第 1 版 (2018 年 4 月 1 日). ISBN: 9787111593720.
ASIN: B07CBLRXM9
课程评估 ASSESSMENT
19.
评估形式
Type of
Assessment
评估时间
Time
占考试总成绩百分比
% of final
score
违纪处罚
Penalty
备注
Notes
出勤 Attendance
课堂表现
Class
Performance
小测验
Quiz
课程项目 Projects
70（项目一 20+项目
二 50）
平时作业
Assignments
期中考试
Mid-Term Test
期末考试
Final Exam
期末报告
Final
Presentation
其它（可根据需要
改写以上评估方
式）
Others (The
above may be
modified as
necessary)
30（实验部分）
20.
记分方式 GRADING SYSTEM