万物拟态 · 课程体系

课程体系

四大核心课程体系,覆盖从嵌入式AI实训OpenArm开源机械臂再到具身智能机器人灵巧手的全链路人才培养,助力高校新工科建设。

01

人工智能实训箱课程体系

基于万物拟态实训箱硬件平台,构建从底层系统、嵌入式开发、计算机视觉到端侧AI部署的全链路实践教学闭环。6门专业核心课程,100+综合实训项目,覆盖36个跨学科专业。

高性能边缘计算

搭载Raspberry Pi 5终端,算力强劲,支持复杂算法运行,为嵌入式开发提供稳定底座。

全场景传感器矩阵

集成温湿度、光照、超声波等即插即用传感器,覆盖物联网感知层全维度教学需求。

多模态视觉交互

配备免驱摄像头、触摸屏与麦克风,无缝支持计算机视觉采集、人机智能交互类实训项目。

磁吸式万物拟态架构

模块自由磁吸组合,快速构建从简单控制到复杂AIoT的多元场景,降低硬件搭建门槛。

课程进阶学习路径

01

底层基础夯实

Linux操作系统 · 传感器技术
构建硬件与系统基石

02

核心开发能力

嵌入式系统开发
系统架构与驱动开发

03

智能算法进阶

计算机视觉 · 视觉图像处理
算法验证与工程实战

04

融合创新落地

嵌入式人工智能应用
算法+硬件全流程闭环

6门专业核心课程

Linux操作系统

基础核心

嵌入式开发体系的核心基石课程,系统掌握Linux系统基础架构、核心操作与高级管理技能。从基础命令行到内核机制与嵌入式环境适配,培养嵌入式场景下的系统配置、调试与开发能力。

模块一:Linux基础入门

系统架构与发行版差异,终端命令行,文件系统,Vim编辑,管道符与I/O重定向

模块二:系统管理与进程

进程生命周期管理,网络参数配置,systemd服务,RPM/DEB包管理,环境变量配置

模块三:嵌入式Linux专项

交叉编译环境,ARM工具链,内核启动流程,根文件系统构建,Shell脚本与开机自启

传感器技术

感知基础

覆盖各类常用传感器原理与应用,培养多传感器数据采集、处理与融合能力。构建"感知-处理-传输"全链路知识体系,为万物互联时代智能硬件开发夯实基础。

基础原理认知

光电/温湿度/惯性传感器,AD转换与数字滤波,I2C/SPI/UART通信协议

多场景实操演练

环境感知数据读取,运动传感器姿态解算,摄像头/红外/超声波综合实验

嵌入式系统落地

Linux环境传感器驱动开发,多设备同步采集,MQTT/HTTP协议云端上传

嵌入式系统开发

核心开发

聚焦嵌入式系统核心技术,系统讲解从硬件架构解析到软件代码实现的完整流程。培养编写底层驱动、调试外设接口及开发复杂嵌入式应用的能力,掌握工业级嵌入式系统核心开发技能。

硬件架构基石

ARM架构解析,MCU/MPU差异,GPIO/UART外设原理与寄存器操作

驱动开发核心

Linux字符设备驱动开发,I2C/SPI框架,中断与定时器驱动

应用层实战

C语言嵌入式编程,多线程与同步机制,网络套接字编程

计算机视觉

视觉基础

系统介绍计算机视觉经典算法体系,掌握数字图像基础原理与OpenCV工具核心用法。通过理论学习与实战结合,具备图像处理、特征分析能力,并将成熟算法落地于实际工程项目。

视觉基础理论

图像表示体系,像素与色彩空间转换,滤波降噪,边缘检测,阈值分割

经典视觉算法

几何变换与校正,SIFT/ORB特征提取与匹配,目标定位与场景匹配

嵌入式部署应用

OpenCV工程化,ARM/Linux平台交叉编译,实时视频流采集与算法优化

视觉图像处理与实战

工程实战

聚焦视觉算法在工业与生活场景中的深度应用,通过真实工程实战项目将核心算法转化为可落地的解决方案,重点提升分析与解决复杂视觉问题的工程实践能力。

工程化预处理

工业级图像预处理管线,去噪/畸变矫正/光照均衡,语义/实例分割与亚像素检测

智能识别应用

条码检测与OCR技术,缺陷检测模型,关键点定位与部件姿态分析

嵌入式端优化

ROI提取与NEON指令加速,动态帧率与算力分配,低功耗高效运行

嵌入式人工智能应用

AIoT制高点

AIoT课程体系制高点,聚焦深度学习模型从算法到硬件的全流程落地。掌握模型训练、轻量化优化核心技术,部署到嵌入式终端,打通"算法+硬件"最后一公里。

01 AI基础与轻量化模型构建

CNN卷积神经网络,MobileNet/YOLO-Nano轻量化模型,模型量化与剪枝压缩优化

02 全流程模型训练与跨平台转换

工业级数据集标注,PyTorch→ONNX→Tengine/NCNN格式转换与适配

03 嵌入式端侧推理与硬件联动

Linux嵌入式AI推理环境,摄像头实时采集与AI推理,GPIO/显示屏外设闭环

04 硬件应用:AI落地

轻量化YOLO模型部署到Raspberry Pi 5,实时目标检测,智能联动GPIO外设

02

OpenArm 开源机械臂课程体系

完全开源的国产人形机械臂,依托开源硬件与 ROS2 软件栈,主打跨学科工程实践,适配理工科核心课程。分为五大类:基础通识、核心专业、AI 融合、机械设计、综合实战,覆盖本科与高职院校核心课程。

基础通识

高职/本科低年级

核心专业

本科/高职拔高

AI

AI 融合

本科/AI方向

机械设计

机械专业专属

综合实战

全校公选·科创

基础通识

基础通识类课程 — 高职/本科低年级

嵌入式系统/ARM嵌入式技术硬件电路·驱动开发·交叉编译·Linux环境
单片机与接口技术GPIO·串口·CAN·I2C/SPI通信实验
Linux操作系统(嵌入式方向)终端操作·进程管理·服务配置
Python/C++ 程序设计机械臂指令·数据采集·运动控制
传感器技术与检测力传感器·姿态传感器·视觉传感器
核心专业

机器人核心专业课程 — 本科/高职拔高

机器人学/机器人基础正/逆运动学·静力学·动力学实物验证
机器人运动控制技术PID·阻抗控制·轨迹规划·关节调试
工业机器人技术示教编程·点位控制·轨迹运动·工装调试
机器人驱动与电气控制伺服电机·驱动器·电气原理·接线调试
ROS/ROS2 机器人操作系统节点开发·话题通信·仿真·多机协同
AI 融合

人工智能与视觉融合课程 — 本科/AI方向

计算机视觉与图像处理图像采集·目标检测·特征匹配·视觉抓取
深度学习与机器人应用模型部署·模仿学习·强化学习
人机交互技术语音交互·视觉交互·力控交互
机械设计

机械设计类课程 — 机械专业专属

机械原理/机械设计连杆机构·运动副·传动结构实物分析
三维建模与机械创新设计开源CAD二次设计·3D打印·结构改装
综合实战

综合实训/竞赛类课程 — 全校公选·科创课

机器人综合实训/工程创新实训跨学科综合·机械+电气+编程+视觉
学科竞赛指导课机器人大赛·职业技能大赛·AI创新大赛
开源硬件与创客实践组装·二次开发·创意项目制作
本科院校适配
机器人工程、自动化、机械电子、计算机、人工智能、智能制造等 — 覆盖专业基础课、专业课、研究生科研实训
高职院校适配
工业机器人技术、机电一体化、电气自动化、物联网、AI技术应用、机械制造及自动化
10+
所本科院校已纳入常规课程与科研平台
03

具身智能机器人课程体系

基于Mini Pi具身智能机器人硬件平台,构建从环境搭建、设备调试、交互控制到仿真训练、实体部署的全链路实践闭环。共10节核心课程,54学时,分基础模块(1-5节)与高阶模块(6-10节)两大进阶阶段,配套赛事赋能、精品资源、师资研修、产教研协同四维一体支持体系。

10
节核心课程
54
学时
2
大进阶模块
基础模块

第1-5节:基础入门与核心控制

01

环境的调配

基础入门

基础开发运行环境搭建,包括仿真平台安装、依赖库配置、开发工具链部署。为后续所有课程实验奠定软件与系统基础。

仿真平台安装 依赖库配置 开发工具链部署
02

设备的调试

硬件基础

机器人硬件设备部署调试,传感器标定、执行器校准、通信链路测试。掌握从开箱到可运行状态的完整硬件调试流程。

传感器标定 执行器校准 通信链路测试
03

语音输入、语音输出

标杆课程

语音交互标杆样片课程,语音识别/合成接口调用、多轮对话逻辑实现。构建人机语音交互的完整技术能力。

语音识别 语音合成 多轮对话
04

API调用

接口开发

工具接口对接实操,RESTful API调用、传感器数据读取、控制指令下发。掌握机器人与外部系统互联互通的核心技术。

RESTful API 传感器数据读取 控制指令下发
05

动作调用

运动控制

机器人基础动作指令编程,关节运动控制、动作序列编排、运动学基础。从单关节到多关节协同,掌握机器人运动编程核心技能。

关节运动控制 动作序列编排 运动学基础
高阶模块

第6-10节:仿真训练与实战部署

06

数字孪生的搭建

仿真建模

仿真场景建模,Isaac Sim/NVIDIA Omniverse数字孪生环境构建与资产导入。构建虚拟仿真环境,为强化学习训练与算法验证提供数字底座。

Isaac Sim Omniverse 资产导入
07

动作的导入示教功能

示教编程

机器人拖拽示教实操,动作录制、轨迹复现、示教编程流程。零代码实现机器人动作学习,降低运动编程门槛。

拖拽示教 动作录制 轨迹复现
08

Isaaclab动作训练

标杆课程

仿真强化学习训练标杆样片,策略网络训练、域随机化、Sim2Real迁移。从虚拟到现实,掌握强化学习驱动机器人自主进化的核心技术。

强化学习训练 域随机化 Sim2Real迁移
09

实体机部署

虚实迁移

仿真模型下发实体机器人,模型转换、固件烧录、实物测试与调试。打通"仿真训练→实体运行"的最后一公里,实现虚实闭环。

模型转换 固件烧录 实物调试
10

足球案例

综合实战

综合项目实战,环境感知→决策规划→动作执行全流程整合案例。以机器人足球对抗为场景,串联前9节全部知识点,检验完整技术栈的实战应用能力。

环境感知 决策规划 动作执行

配套拓展体系

🏆

赛事赋能课程

聚焦计算机应用能力与数字素养大赛,提供世赛具身智能赛项专项辅导。通过赛事真实案例与团队协作任务训练,全面提升实战竞技能力。

📚

精品数字资源

全课程配套资源库,涵盖教学大纲、教学设计、分章节视频与项目源码。配套活页式、项目式专业教材,满足混合式教学需求。

👨🏫

师资研修提升

寒暑假前沿技术集训,深耕具身智能教研与课程设计。通过设备实操、项目实战与先进教学教法培训,打造双师型教师队伍。

🤝

产教研协同项目

指导纵向教改与产教融合课题,落地教育部产学合作项目。引入企业真实项目实训与数据标注实战,推动教育链、人才链与产业链有机衔接。

04

灵巧手 ROS SDK 分层课程体系

万物拟态・基于 LinkerHand ROS SDK 分层课程体系,适配高职 / 本科 / 研究生。依托灵心巧手 LinkerHand ROS1/ROS2 全套 SDK,结合万物拟态 UnitClaw 软硬件整合能力,打造三层递进、理实一体、产赛研融合的标准化灵巧手教学体系。

SDK 文档参考:LinkerHand ROS SDK 开发文档 | 查看灵巧手产品详情

课程体系整体定位

底层硬件支撑

  • • 灵心巧手全系:O7/L6/L10/L16/L20/L25,覆盖低中高多自由度梯度
  • • 万物拟态 UnitClaw 统一教学调度平台、虚实仿真系统、配套实训台

软件教学底座

  • • 原生 LinkerHand ROS SDK(兼容 ROS1 Noetic / ROS2 Humble)
  • • 完整复用官方 100+ 开源示例代码 + 万物拟态教学封装与二次开发

分层培养逻辑

  • 高职层:实操运维 + 基础编程 → 设备调试、产线集成岗位
  • 本科层:ROS 开发 + 手眼协同 + 力触觉感知 → 机器人系统开发
  • 研究生层:具身智能算法 + 模仿学习 + 抓取大模型 → 科研创新、学科竞赛

高职 / 专科:《仿生灵巧手基础实训》

48 学时 · 工业机器人 / 机电一体化专业

培养目标:掌握灵巧手硬件拆装、图形化控制、Python 基础指令、工业抓取实操,能完成灵巧手设备调试、简单自动化抓取工位开发。

配套硬件:L6/O7 低成本教学灵巧手、桌面实训台、UnitClaw 可视化控制软件

模块 1:灵巧手硬件认知与系统环境搭建(8 学时)

  • • 灵心巧手连杆/腱驱/直驱结构拆解,自由度、伺服电机、电子皮肤、指尖传感器原理认知
  • • Ubuntu 系统安装、ROS1 基础环境部署、LinkerHand SDK 源码拉取与编译
  • • setting.yaml 配置文件修改、左右手硬件匹配、CAN 通信故障排查(对应 SDK 配置文档)
  • 实训考核:独立完成 SDK 启动、硬件通信自检、设备故障排查

模块 2:图形界面 GUI 控制实操(12 学时)→ SDK 0002-gui_control

  • • GUI 滑动条单关节独立控制、五指姿态手动调节
  • • 动作点位保存、姿态复现、成套手势动作录制
  • • 课堂分组实训:握拳、伸展、捏取、波浪手势基础演示
  • 综合任务:制作一套产品展示手势流程,GUI 一键复现

模块 3:Python 基础指令开发(16 学时)→ Python L20 系列基础案例

  • • 0102-gesture-Show-OK:OK 手势程序编写、参数调速
  • • 0103-gesture-Show-Surround-Index-Finger:食指旋转动作开发
  • • 0104-gesture-Show-Wave:四指波浪循环动作
  • • 0106-gesture-Loop:循环抓取释放工业动作
  • • 0101-lipcontroller:触觉触发自动捏取(柔性物料实操)

模块 4:工业抓取综合实训(12 学时)

  • • 力传感器数据读取(0003-get_linker_hand_force),根据夹持力判定物料有无
  • • 速度、电流参数设置(0004/0005/0006/0007),适配软/硬物料调节夹持力度
  • 期末综合项目:分拣工作站 —— 灵巧手自动识别、抓取、分类物料
配套教学资源(万物拟态自研):实训指导书、操作视频、Python 基础代码模板、设备故障排查手册、1+X 技能考核题库

本科:《ROS 灵巧手与手眼协同开发》

64 学时 · 机器人工程 / 自动化 / 人工智能专业

培养目标:精通 ROS1/ROS2 双版本开发,掌握多模态感知融合、手眼协同、虚实仿真、遥操作,可独立完成灵巧手系统集成与课程设计。

配套硬件:L10/L16 多自由度灵巧手、PyBullet 仿真工作站、单目视觉相机、UnitClaw 集群教学系统

模块 1:ROS 通信与灵巧手驱动底层开发(16 学时)

  • • ROS 核心概念:节点、话题、服务、参数,灵巧手 SDK 通信架构解析
  • • 源码研读:获取关节状态 0001、力/速度/电流传感器数据读取案例
  • • 二次开发:自定义 ROS 话题,实时采集五指力觉、位置数据并可视化
  • • L25 专用拓展:失能/使能/遥操模式切换(0201/0202/0203)

模块 2:PyBullet 虚实仿真开发(12 学时)→ SDK 0000-PyBullet

  • • 仿真环境搭建、虚拟灵巧手模型加载、无硬件离线调试
  • • 仿真与真机代码互通,一套程序兼容虚实双环境
  • 实训项目:仿真环境下异形物体抓取轨迹规划

模块 3:手眼协同与触觉感知融合(16 学时)

  • • 视觉 + 触觉双模态感知联动,RGB 摄像头 + 指尖力觉融合抓取
  • • 猜拳互动项目(0009-finger_guessing):视觉识别手势 + 灵巧手交互反馈
  • • 柔性物体精细操作:基于触觉反馈自适应夹持力控制算法开发

模块 4:远程遥操作与集群教学系统(10 学时)

  • • L25 遥操模式配置、动捕手套/视觉示教远程控制灵巧手
  • • UnitClaw 集群平台多台灵巧手统一调度、教师端数据监控

模块 5:课程设计综合项目(10 学时)

  • • 二选一完成完整 ROS 工程:A. 服务机器人展示交互系统 / B. 工业精密装配手眼抓取系统
配套资源:全套 PPT、完整 ROS 源码工程、虚实仿真实验指导、课程设计任务书、期中期末试卷

研究生 / 科创:《具身智能灵巧操作与强化学习》

32 学时 · 选修 / 科研实训

培养目标:基于 LinkerHand SDK 完成模仿学习、抓取生成算法、大模型具身部署,支撑毕业设计、学科竞赛、纵向课题申报。

配套硬件:L20 旗舰 21 自由度灵巧手、人形机器人整机、GPU 训练工作站、DexScale 触觉数据集授权

模块 1:模仿学习 Human-Dex 训练框架(12 学时)→ SDK 1001-human-dex

  • • Conda 深度学习环境搭建、数据集采集 HDF5 录制节点部署
  • • 人工示教抓取数据采集、HIT 强化学习网络训练流程
  • • 真机复现示教抓取动作,优化泛化抓取策略

模块 2:通用抓取算法 Unidexgrasp 移植开发(12 学时)→ SDK 1002-linker_unidexgrasp

  • • ShadowHand 抓取姿态映射至 Linker L20 关节空间
  • • GraspIPDF、GraspGlow、ContactNet 多模型训练与评估
  • • 抓取姿态可视化、强化学习数据集生成

模块 3:科研综合创新项目(8 学时)

  • • 可选研究方向:
      ① 多模态触觉视觉融合大模型灵巧操作
      ② 人形机器人整机手足协同运动控制
      ③ 竞赛专项:RoboMaster / 仿生机器人大赛灵巧手算法优化
配套资源:算法源码、数据集使用授权、论文写作指导、赛事技术支撑包

跨学段通用实训支撑

1. 统一教学软件 UnitClaw Teaching Platform 兼容灵心巧手全系列硬件,一键启动 ROS SDK 底层驱动;内置 SDK 全部案例可视化入口,无需手动输入终端命令;实训任务自动下发、操作数据记录、实训报告一键导出。
2. 完整分层教学素材包 理论课件:灵巧手机械结构、伺服驱动、ROS 开发、具身智能 AI
实操手册:每个 SDK 示例配套分步操作文档、报错解决方案
代码库:分类整理 SDK 全部 100+ 案例,注释汉化、适配教学简化
竞赛资源:猜拳、抓取、人形交互赛题算法模板
3. 师资配套服务 线下集中培训:SDK 环境搭建、案例实操、课程授课方法
全年技术答疑:ROS 编译报错、硬件通信、算法调优远程支持
课程持续更新:同步灵心巧手新版 SDK 迭代、新增实训案例

校企落地三种交付方案

方案 A

单门课程实训包

适合新增选修课 — L6/L10 灵巧手 + SDK 全套源码 + 分层实训讲义 + UnitClaw 教学软件 + 1 期师资培训

方案 B

具身智能专项实验室

新工科专业建设 — 32 台灵巧手集群 + 仿真服务器 + 三层全套课程 + 实验室集成施工 + 2 年驻场技术服务

方案 C

科创工作室

研究生/竞赛专项 — L20 旗舰科研设备 + 深度学习工作站 + 模仿学习/抓取算法全套源码 + 联合课题指导 + 赛事全程技术支撑

课程与原始 SDK 文档对应清单

SDK 案例编号 教学模块归属 核心教学知识点
0000-PyBullet 仿真本科虚实仿真模块机器人离线仿真、虚实代码互通
0001 - 获取灵巧手状态本科 ROS 底层开发ROS 话题消息、关节数据解析
0002-gui_control 图形界面高职基础实训可视化控制、动作点位录制复现
0003~0005 力/速度/电流读取高职工业抓取、本科感知融合多传感器数据采集、夹持力自适应
0101-lipcontroller 触觉捏取高职综合实训触觉触发闭环抓取逻辑
0102~0106 Python 手势动作高职 Python 编程模块Python ROS 节点、连续动作控制
0201~0203 L25 遥操模式本科遥操作模块灵巧手远程控制、多模式切换
0009-finger_guessing 猜拳本科手眼协同视觉识别 + 灵巧手交互闭环
1001-human-dex 模仿学习研究生科研模块示教数据采集、强化学习训练
1002-linker_unidexgrasp 抓取算法研究生科研模块通用抓取网络、跨机型姿态映射

培养目标

致力于培养具备扎实理论基础、强大工程实践能力和前沿创新思维的具身智能领域复合型人才

系统设计能力

掌握从底层硬件选型、驱动开发到上层软件架构设计的全栈开发与系统整合能力

算法应用能力

精通深度学习、强化学习等主流AI算法,并能灵活应用于感知、决策与控制等实际机器人任务

工程实践能力

具备将理论转化为实践的能力,能够调试硬件、优化代码,解决复杂场景下的工程落地问题

团队协作能力

熟练运用敏捷开发模式,在大型机器人项目中与跨职能团队高效沟通,协同完成研发目标

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