智能机器人原型设计与制造实践

课程编码：180086081203P5001H 英文名称：Intelligent Robot Prototype Design and Manufacturing Practice 课时：30 学分：1.00 课程属性：实验课 主讲教师：蒋树强等

1. 宏观理念与视野层面
1.1培养“具身智能”世界观： 让学生深刻理解“物理身体”与“环境交互”对于智能的重要性，而不仅仅是抽象的代码和算法。使学生了解大语言模型、语音克隆等前沿AI技术的核心原理与应用边界。
1.2将哲学思辨融入技术实践： 在技术课中加入叙事框架，将课程从纯粹的技能学习，提升到了对创造、控制、意识与真实的哲学思考。
2. 核心知识与技能层面
2.1掌握“创造-赋能”的完整流程： 让学生亲身体验从物理实体设计制造、智能行为编程，再到自然人机交互的全链条技术创新过程。
2.2构建跨学科的T型知识结构： 垂直方向上，在机械工程、计算机科学、人工智能等单一领域获得扎实的实践技能；水平方向上，将这些技能融会贯通，解决复杂的综合性项目问题，形成系统的STEAM素养。
3. 思维与素养层面
3.1锻造系统性工程思维： 培养学生从需求分析、方案设计、模块实现到系统集成、测试调试的完整工程化思维模式，理解迭代优化在工程中的核心地位。
3.2激发计算思维与创造性思维： 将复杂的表演任务分解为可编程的动作序列（分解），识别可复用的行为模式（模式识别），并创造性地将技术手段应用于艺术表达。

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第一章 从蒸汽机到大模型：第四次工业革命概述
第1节 工业革命的历史回顾 1学时 蒋树强
第2节 大模型发展史与技术路线 1学时 蒋树强
第3节 大模型 + 语音：实时语音交互（Real-time voice） 0.5学时 蒋树强
第4节 大模型 + 视觉：VLM 与图像理解 0.5学时 蒋树强
第二章 具身智能入门：让大模型“长出身体”
第1节 大模型驱动下的机器人系统及技术架构 1学时 蒋树强
第2节 世界模型、运动规划、决策学习 1学时 冯磊
第3节 从机器人仿真到现实（Sim2Real） 0.5学时 冯磊
第4节 亲手感受小科机器人 0.5学时 冯磊
第三章 给机器人写一个故事：创意与实践预热工作坊
第1节 驱动性问题：你想为机器人讲述一个怎样的故事？ 0.5学时 冯磊
第2节 灵感激发 0.5学时 冯磊
第3节 小组讨论 1学时 何舜
第4节 实践产出 1学时 何舜
第四章 从 3D 建模到“拼出一个机器人”
第1节 理论：学习3D建模软件的基础操作； 0.5学时 何舜
第2节 实践：对头部进行个性化建模、3D打印以及零件处理 1学时 何舜
第3节 理论：如何将电机、传动系统和结构件组合 0.5学时 何舜
第4节 实践：组装实体机器人，进行打磨、上色等“化妆”工作 1学时 何舜
第五章 让机器人走起来
第1节 理论：机器人运动学 1学时 何舜
第2节 实践：精密组装机器人，重点调试其运动稳定性，准确完成走位 2学时 何舜
第六章 让机器人看得见、听得懂、能感知
第1节 理论教学：学习摄像头、麦克风、触觉传感器和大模型交互的工作原理 0.5学时 何舜
第2节 实践产出：体验各种传感器模块与大模型的交互组装 1学时 何舜
第3节 理论教学：体验大语言模型如何将指令转化为控制代码 0.5学时 何舜
第4节 实践产出： 集成摄像头，通过视觉接收“舞台指令”，触发剧情发展 1学时 何舜
第七章 让机器人开口说话：AI 配音与语音克隆
第1节 理论教学：从机械发声到智能语音 0.5学时 何舜
第2节 理论教学：神经语音合成及克隆技术原理 0.5学时 何舜
第3节 实践产出：使用开源工具，录制适合机器人演员的声音并训练一个简单的语音克隆模型 2学时 何舜
第八章 用一句话指挥机器人：动作库编排与自然语言驱动
第1节 理论教学：感知—认知—行动分层架构 0.5学时 何舜
第2节 理论教学：函数调用与提示工程 0.5学时 何舜
第3节 实践产出：创建个性化机器人行为库，并尝试用自然语言调用它们 2学时 何舜
第九章 把一切变成一场“演出”：你的专属机器人演绎
第1节 理论教学：如何将所有的台词、动作、移动路径整合成一个完整的表演程序 1学时 何舜
第2节 实践产出：将模块化的功能按照剧本顺序编写成完整的主程序 2学时 何舜
第十章 首演与回顾
第1节 项目汇报 1学时 蒋树强
第2节 主创分享 2学时 蒋树强

1.蒋树强，中国科学院大学特聘教授，博士生导师，先后担任期刊《IEEE TMM》、《ACM ToMM》编委，专业背景为计算机应用技术，研究方向是多媒体内容分析和具身智能技术。主持承担科技创新2030-“新一代人工智能”重大项目、国家自然科学基金青年基金A类（杰青）、B类（优青）、重点等项目20余项，发表论文200余篇，获授权专利20余项，先后获省部级或学会奖励5项。
在教学和人才培养方面，连续十年在春季学期主讲《图像处理与计算机视觉》专业普及课、在夏季学期主讲《多媒体智能分析的研究进展及展望》高级强化课，2024年开始担任本科生玉泉书院研讨课授课教师；并多次给做国科大本科生、研究生做技术讲座，还参加30余次不同组织、不同形式的学术交流并做报告。培养硕士研究生和博士研究生30余名，其中 1 人次获 2019 中国图象图形学学会优秀博士论文，2 人次获博士后创新人才支持计划(2017、2019)，1人次获 2017 中科院院长特别奖。2018年起担任中国科学院大学人工智能技术学院教学督导委员会委员。
2.冯磊，博士，副研究员，来自中国科学院大学北京燕山地球关键带国家野外科学观测研究站，中国科学院青促会会员，曾任腾讯 T12 级技术专家，主要从事AI 在生态学领域的相关研究，承担国家科技重大专项子课题，作为负责人完成过多项国家 863 项目和中国科院重点部署项目。
3.何舜，博士，中国科学院大学现代农学院特别研究助理，国科大博士农场负责人，怀柔区青联委员，以第一作者及共同作者等身份在Geoderma等中科院1区期刊发表文章11篇，目前主要从事退化草地恢复，土壤修复及智慧农业方面的研究。