U3130 教學大綱表

教學大綱表 (114學年度第2學期)

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課程名稱 Course Title	(中文) (清大)機器導航與探索 (英文) Robotic Navigation And Exploration			開課單位 Departments	資訊工程學系
				課程代碼 Course No.	U3130
授課教師 Instructor	清大胡敏君黃得原
學分數 Credit	3.0	必/選修 core required/optional	選修	開課年級 Level	大四
先修科目或先備能力(Course Pre-requisites)：
課程概述與目標(Course Overview and Goals)：本課程模組分為三個主要的部分，分別為即時追蹤與地圖建置(SLAM)、基於機器學習之場景理解(Scene Understanding)與探索導航的動作控制(Action Control)。即時追蹤與地圖建置部分包含機率模型與相機模型等理論基礎，也包含基於深度學習之RGB-based的3DSLAM方法。場景理解的部分包含機器學習的基本概念，再帶到深度學習的技術與目前的物件偵測與語意切割技術。動作控制的部分則包含路徑規劃與導航演算法，並帶入強化學習的概念來引導行進的路徑。
教科書(Textbook)

課程大綱 Syllabus			學生學習目標 Learning Objectives	單元學習活動 Learning Activities	學習成效評量 Evaluation	備註 Notes
序 No.	單元主題 Unit topic	內容綱要 Content summary	學生學習目標 Learning Objectives	單元學習活動 Learning Activities	學習成效評量 Evaluation	備註 Notes
1	Introduction to Robotic Navigation and Exploration	介紹機器導航與探索的基本概念與應用情境，說明自主移動機器人的整體系統架構與研究領域。	理解機器導航系統的基本組成與核心問題，建立對自主機器人導航技術的整體認識。	討論講授
2	運動學模型與路徑追蹤控制	介紹移動機器人的運動學模型與基本控制方法，包括 PID 控制、差動驅動模型與 Pure Pursuit 路徑追蹤。	能理解機器人運動模型與基本控制方法，並分析不同控制策略對導航行為的影響。	講授
3	路徑規劃與運動規劃	說明路徑規劃與軌跡規劃的基本概念，包括曲線插值與導航路徑生成方法。	能理解路徑規劃在機器導航中的角色，並分析不同規劃方法在導航問題中的應用。	講授
4	強化學習基礎	介紹強化學習的基本架構，包括馬可夫決策過程（MDP）、價值函數與 Bellman 方程式。	理解強化學習的核心概念與決策模型，並說明其在自主導航中的應用方式。	上機實習講授
5	進階強化學習方法	介紹常見強化學習演算法，如 Q-learning、Sarsa、DQN 與 Policy Gradient 等方法。	能比較不同強化學習方法的特性，並理解其在機器人導航策略學習中的角色。	上機實習講授
6	導航實驗環境建置	建立機器導航與強化學習實驗環境，讓學生熟悉模擬平台與實驗流程。	能建構基本實驗環境並執行導航實驗，理解系統測試與實驗設計流程。
7	SLAM 與狀態估測	介紹同步定位與地圖建置（SLAM）的基本問題與機率模型，包括 Bayes Filter 與 Kalman Filter。	理解 SLAM 的核心概念與狀態估測方法，並說明機器人如何同時進行定位與地圖建置。	討論講授
8	SLAM 圖最佳化方法	介紹基於圖模型的 SLAM 最佳化方法，包括圖最佳化與 2D SLAM 的 Bundle Adjustment 技術。	能理解圖最佳化在 SLAM 中的角色，並說明其如何提升定位與地圖建置的準確性。	討論講授
9	3D SLAM 與視覺定位	介紹 3D SLAM 的基本技術，包括特徵描述子、多視角幾何與視覺定位方法。	理解視覺 SLAM 的基本原理，並分析不同視覺特徵與幾何模型在定位問題中的應用。	講授
10	深度學習 SLAM 與具身智能	介紹深度學習在 SLAM 與具身智能（Embodied Agent）中的應用。	能理解深度學習如何提升環境理解與導航能力，並說明具身智能的研究方向。	講授
11	論文閱讀與研究討論	透過論文閱讀與討論，了解最新機器導航與 SLAM 研究成果。	培養閱讀研究論文與分析研究方法的能力，理解當前研究趨勢。	討論講授
12	導航專題實作	透過專題實作整合導航、SLAM 與機器學習技術，完成自主導航系統。	能整合課程所學技術設計自主導航系統，並清楚說明系統設計與實驗結果。	討論實作

教學要點概述：
1.自編教材 Handout by Instructor：
■ 1-1.簡報 Slides
□ 1-2.影音教材 Videos
□ 1-3.教具 Teaching Aids
□ 1-4.教科書 Textbook
□ 1-5.其他 Other
□ 2.自編評量工具/量表 Educational Assessment
□ 3.教科書作者提供 Textbook

成績考核 Performance Evaluation：專題：30% 報告：10% 作業：60%

教學資源(Teaching Resources)：
□ 教材電子檔(Soft Copy of the Handout or the Textbook)
□ 課程網站(Website)
扣考規定：https://curri.ttu.edu.tw/p/412-1033-1254.php