融合竞赛与教学，探索仿人足球机器人前沿技术实践
想知道机器人是如何踢足球的么？
当下世界上, 有着级别规格最高、影响力最广特点的机器人赛事之一, 是机器人世界杯。在特定组别里, 多个高度动态自主机器人的两个团队, 是在足球场上彼此竞争着的。仿人足球机器人校内仿真赛, 会在2024 - 2025学年秋季学期举办, 且是面向全校本科生的赛事。
为了顺应学校赛课结合所需情况, 仿人足球机器人校内仿真赛配备有一门课程, 其课程名称是《创新设计与探究 - 仿人足球机器人技术综合实践》。
课程介绍
为开展创新实践教学, 仿人足球机器人融合了硬件设计以及人工智能等多方面的机器人技术, 乃是极具创新度的教学实践平台。授课教师参与其间, 带领清华大学仿人足球机器人队投身国际、国内的各项足球对决, 收获佳绩无数！在国际比赛场次中抱得亚军荣誉而归, 于国内赛场角逐里, 十余次斩获冠亚季军等优异名次。本课程运用的授方式是虚实结合, 给同学给予的是点击就能使用的云平台虚拟环境, 把机器人硬件跟仿真平台相融合, 并且采用的是赛课结合办法, 把大赛引入到课程里, 借助以竞赛作为导向, 历经仿真实践以及实物演示的环节, 辅助学生研习全方位的机器人技术, 积极去探索机器人与人工智能技术, 以此提高创新实践能力。
本课程主要有以下内容：
#1
往年上课同学作品
对仿真平台以及ROS机器人操作系统熟悉, 通过课程、实践、比赛等形式, 全方位学习仿人足球机器人相关知识, 造就学生参与科研的整个过程的能力。
#2
足球机器人
经由“MOS仿人足球机器人”课程展开讲授, 并进行仿真模拟, 还开展实物演示, 籍此协助学生去掌握仿人机器人的步态规划、知识与技能, 其中包括视觉感知、定位规划、智能决策等多种, 令学生在力学以及机、电区域, 还有控制、软件及智能等多个方面依次获得训练, 进而使得学生能够具备从事科研工作的基本能力。
#3
以竞赛这种形式, 激励学生展开自主式的探索和学习, 去掌握自主学习的那种能力, 培育主动研究的兴趣。对于那些感兴趣的同学而言, 能够进一步去申请加入到TH-MOS机器人足球队之中, 参与小型仿人机器人以及大型仿人机器人的开发与研究工作。
课程安排
该课程, 是面向全校本科生的, 其中还涵盖了零基础的同学, 在前半学期之时, 所安排的是理论知识课程以及实验课, 而后半学期安排的则是校内仿真比赛, 此课程总共分为四个阶段:
1. 绪论、及入门（3周）
帮助学生了解比赛、入门编程和使用仿真平台进行自主探索；
2. 机器人理论知识教学（4周）
涵盖操作系统, 以及机器视觉, 还有机器人运动学和动力学，另外包括机器人决策等方面内容, 助力学生实现达到参加比赛的基础水准, 与此同时掌握机器人的基础理论知识。
3.中期交流（2周）
在助教团队的指引之下, 按照实验课的模式, 去完成一项具备综合性特质的任务, 此任务旨在查验前半学期的学习所形成的成果以及参与随后竞赛所需的基本能力状况, 经过考核的人员, 会获得学分以及相应赛事的参与资格。
4.仿真赛阶段（7周）
有这样一个针对的组别, 会开展仿人机器人足球仿真比赛, 它包含点球赛以及对抗赛来着。要完成机器人步态规划, 存在多种步速的行走步态, 还有跌倒从新迈步的步态, 射门时候的步态, 守门员的步态等等。同时也要完成视觉及定位算法, 像是识别球, 球门, 边线, 位置计算等方面。另外还要完成决策算法, 也就是不同场景之下的智能决策。
丰富的教学资源帮助大家掌握技能
课程收获
学完这门课程, 你会感受到科技带来的快乐, 也能体会竞技给予的美妙, 借助合作, 依靠自主探索, 去完成一个颇具趣味的挑战性项目, 进而学会自主式的创新, 与此同时, 欢迎大家在完成课程后加入我们的机器人足球队, 跟全球的爱好者一同竞技, 尽情展现自身的风采。
TH-MOS机器人足球队获得 2023世界第四名
选课信息
课程编号：
课程名称：
创新设计与探究-仿人足球机器人技术综合实践
主讲教师：刘莉
合开教师：王欣晖、康珊珊、李啟文
总学时：48
总学分：3
上课时间：6-6
考核方式
考核方法
课程实验60%
中期交流25%
参赛及成绩15%
考核要求
完成课程学习内容，并完成课程比赛环节。
• 利用视觉方法找到足球
• 规划导航路线
• 通过决策系统更改停下-行走-踢球等运动状态
• 实现踢球动作
• 实现跌倒爬起等额外动作可以加分
其他说明
• 课程配备统一标准的云平台仿真环境
• 课程配置完善的助教团队，辅导同学开发
• 课程体系完备，零基础同学友好
主讲教师介绍
刘莉，女，1965年生，博士，研究员。
由清华大学机械系实验中心主任担任, 同时还是清华大学天津高端装备研究院机器人所常务副所长, 身为天津市机器人产业协会副会长, 亦是中国自动化学会机器人竞赛工作委员会常务委员。长久以来从事仿人与仿生服务机器人方向的科学理论及技术研究工作, 还从事特种操作与移动智能机器人方向的相关研究工作, 也从事自动化装备与系统集成方向的有关科学理论加之技术研究工作。在仿人双足机器人的运动稳定性理论方法研究方面取得创新, 在其步态规划理论方法研究方面也取得创新, 据此研制出各类可自主性稳定行走的仿人机器人系统, 且该系统具有自主知识产权；在航空特种机器人的喷涂方法研究上取得创新, 在其装配方法研究上取得创新, 进而研制出飞行器表面涂装性特种机器人系统, 可以获得教育部技术发明二等奖；在智能服务机器人领域, 研制出多种机器人装备及其工程应用系统, 在特种工业机器人领域, 也研制出了军用管道可移动清污机器人、轮腿相结合移动机器人等多种机器人装备及其工程应用系统。身为项目负责人以及核心成员, 已然完成与机器人、自动化牵涉的国家重大型号、国防重大型号以及科研课题十多项, 斩获国家发明专利超过四十项项, 发表学术论文高于四十余篇, 荣获教育部技术发明二等奖, 取得北京市教育教学成果一等奖, 获得清华大学实验技术成果一等奖，获取优秀 SRT 指导教师一等奖总共五次, 带领学生参与类人组国际比赛、国内比赛, 屡次获取冠亚季军、一等奖类等成绩。
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助教岳昌宇
（微信同）
供稿丨仿人足球机器人技术综合实践课程团队
审核｜黄峰 徐宝宁 李沛泽