第8周：模仿学习简介

教案

教学目标

• 理解模仿学习的基本概念
• 掌握LeRobot中模仿学习的基本流程
• 通过录制与重现实现机械臂简单动作

教学时间

总时长：2小时

• 理论讲解：40分钟
• 实践操作：70分钟
• 总结与答疑：10分钟

教学内容

1. 理论部分（40分钟）
   • 什么是模仿学习？（15分钟）
   • 模仿学习的应用（10分钟）
   • LeRobot中模仿学习流程（15分钟）
2. 实践部分（70分钟）
   • 任务1：录制机械臂动作（30分钟）
   • 任务2：重现录制动作（20分钟）
   • 任务3：优化与扩展（20分钟）
3. 总结与答疑（10分钟）

教学方法

PPT展示+视频演示+分组操作

评估方式

• 检查任务1中是否成功录制动作
• 验证任务2中机械臂是否正确重现动作
• 观察任务3中优化效果
• 提问：模仿学习与手动编程的区别是什么？

所需材料

• 电脑（每组1台）
• 机器人硬件（配备机械臂）
• PPT课件
• Python与LeRobot环境

教材内容

第8章：模仿学习简介

8.1 什么是模仿学习？

模仿学习是一种AI技术，让机器人通过观察人类示范学习任务。

与传统编程对比：

• 传统：编写规则和逻辑
• 模仿：记录并复制动作

8.2 模仿学习的应用

• 机械臂：抓取物体、组装零件
• 移动机器人：路径导航

示例：通过示范教机械臂摆放积木。

8.3 LeRobot中模仿学习流程

步骤：

1. 连接机器人：robot = lerobot.connect("arm")
2. 录制动作：robot.record_trajectory()
3. 保存数据：robot.save_trajectory("path.json")
4. 重现动作：robot.replay_trajectory("path.json")

import lerobot
robot = lerobot.connect("arm")
robot.record_trajectory()
robot.save_trajectory("lift.json")
robot.replay_trajectory("lift.json")

8.4 实践任务

任务1：录制机械臂动作

import lerobot
robot = lerobot.connect("arm")
print("开始录制，请移动机械臂")
robot.record_trajectory()
robot.save_trajectory("lift.json")

任务2：重现录制动作

import lerobot
robot = lerobot.connect("arm")
robot.replay_trajectory("lift.json")

任务3：优化与扩展

robot.replay_trajectory("lift.json", speed=0.5)  # 减慢速度

8.5 小结

模仿学习让机器人通过示范快速学习，LeRobot提供简单工具实现录制与重现。

课后练习

1. 录制一个放下动作并重现。
2. 尝试组合抬升和放下动作，形成完整循环。

课件PPT内容

幻灯片1：封面

• 标题：模仿学习简介
• 副标题：第8周课程
• 图片：机械臂+模仿插图

幻灯片2：学习目标

• 理解模仿学习概念
• 掌握LeRobot模仿学习流程
• 实现机械臂动作录制与重现

幻灯片3-7：理论讲解

• 什么是模仿学习？：示范学习+对比图
• 应用场景：抓取+导航+图片
• LeRobot流程：录制+重现+动画
• 代码示例：录制与重现
• 演示：机械臂模仿视频（30秒）

幻灯片8-10：实践任务

• 任务1：录制抬升+过程图
• 任务2：重现动作+动画
• 任务3：优化速度+组合示例

幻灯片11：总结

• 模仿学习简化训练
• LeRobot实现快速录制与重现
• 下一节预告：进阶项目 - 物体抓取

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