機(jī)器人控制技術(shù) 教學(xué)大綱

第頁(yè)機(jī)器人控制技術(shù)一、課程說(shuō)明課程編號(hào)：090016Z10課程名稱：機(jī)器人控制技術(shù)/RobotControlTechnique課程類別：專業(yè)課學(xué)時(shí)/學(xué)分：32/2（其中實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4）先修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、自動(dòng)控制理論適用專業(yè)：自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器、電氣工程及其自動(dòng)化教材、教學(xué)參考書：1.蔡自興，.機(jī)器人學(xué)（第三版）.北京：清華大學(xué)出版社.2015年；2.蔡自興，等.機(jī)器人學(xué)基礎(chǔ)（第2版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2015年。二、課程設(shè)置的目的意義機(jī)器人學(xué)是一門高度交叉的前沿學(xué)科，它集機(jī)械工程學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制理論與控制工程學(xué)、電子工程學(xué)、傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)、社會(huì)學(xué)等諸學(xué)科知識(shí)之大成，是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的新技術(shù)。本課程主要介紹機(jī)器人學(xué)基本原理與技術(shù)，尤其是機(jī)器人的控制技術(shù)。課程總體上為以理論為指導(dǎo)，以工程為背景，緊密結(jié)合實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握通用工業(yè)機(jī)器人（機(jī)械手）的基本原理、結(jié)構(gòu)、操作、編程等方法，學(xué)會(huì)機(jī)器人控制、通訊、計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，達(dá)到融會(huì)貫通信息、電子、機(jī)械、傳感、控制等技術(shù)的機(jī)電一體化人才培養(yǎng)目標(biāo)。通過(guò)這門課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)機(jī)器人學(xué)有一個(gè)全面、深入的認(rèn)識(shí)。培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。三、課程的基本要求知識(shí)：了解機(jī)器人的定義及發(fā)展，相關(guān)傳感器及應(yīng)用，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展方向。掌握機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和分類，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方程和正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解方法，機(jī)器人的基本控制原則和控制方法，機(jī)器人規(guī)劃基本原理及軌跡規(guī)劃方法，機(jī)器人的編程環(huán)境和方法。能力：從應(yīng)用的角度開發(fā)機(jī)器人系統(tǒng)，將機(jī)器人控制的知識(shí)用于解決機(jī)器人系統(tǒng)的工程問(wèn)題；用機(jī)器人建模的方法進(jìn)行正向運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析，通過(guò)離線編程規(guī)劃最優(yōu)軌跡；掌握各類傳感器的原理，能夠針對(duì)具體問(wèn)題提出有效的解決方案，提高開發(fā)機(jī)器人自動(dòng)工作的能力；在機(jī)器人學(xué)科的交叉知識(shí)的討論中培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，提高分析、發(fā)現(xiàn)、研究和解決問(wèn)題的能力；素質(zhì)：建立光機(jī)電一體化的觀念，通過(guò)課程中的分析討論辯論培養(yǎng)分析溝通交流素質(zhì)，建立機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)到應(yīng)用的思維模式，提升工程管理的基本素質(zhì)。通過(guò)課外導(dǎo)學(xué)的模式，提升自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識(shí)，形成不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展素質(zhì)。四、教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)難點(diǎn)及教學(xué)設(shè)計(jì)章節(jié)教學(xué)內(nèi)容總學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)分配教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)方案設(shè)計(jì)（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）講課(含研討)實(shí)踐1.緒論機(jī)器人的定義及發(fā)展、機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和分類220機(jī)器人的定義及發(fā)展機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和分類1.通過(guò)大量豐富的機(jī)器人視頻介紹引入課程2.通過(guò)提問(wèn)讓學(xué)生說(shuō)出心目中機(jī)器人的形象2.數(shù)學(xué)基礎(chǔ)機(jī)器人位置和位姿的表示、坐標(biāo)變換、齊次坐標(biāo)變換、物體變換及逆變換220機(jī)器人位置和位姿的表示、坐標(biāo)變換齊次坐標(biāo)變換、物體變換及逆變換1.通過(guò)機(jī)器人實(shí)物演示讓同學(xué)理解機(jī)器人的不同姿態(tài)2.以教室中、生活中的實(shí)例介紹位置、朝向等概念3.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)DH參數(shù)描述，運(yùn)動(dòng)方程的表示、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解642DH參數(shù)描述，運(yùn)動(dòng)方程的表示逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解1.以人類手臂為例介紹機(jī)器人各類關(guān)節(jié)的構(gòu)成2.通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行機(jī)器人正向、逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)的求解4.機(jī)器人動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)方程構(gòu)建、動(dòng)力學(xué)方程求解220動(dòng)力學(xué)方程構(gòu)建動(dòng)力學(xué)方程求解1.通過(guò)視頻引入動(dòng)力學(xué)需要解決的問(wèn)題。2.通過(guò)動(dòng)畫講解哥氏力等難理解概念5.機(jī)器人控制機(jī)器人基本控制原則、控制理論與算法、智能控制系統(tǒng)880機(jī)器人基本控制原則、控制理論與算法智能控制系統(tǒng)1.以小組分單位進(jìn)行課堂討論，選擇自己小組的機(jī)器人設(shè)計(jì)。2.通過(guò)實(shí)例講解機(jī)器人控制系統(tǒng)6.機(jī)器人傳感器位置和位移傳感器、機(jī)器人的視覺(jué)傳感系統(tǒng)、機(jī)器人的距離傳感器、傳感器的選擇與應(yīng)用；傳感器信息處理220位置和位移傳感器、機(jī)器人的視覺(jué)傳感系統(tǒng)、機(jī)器人的距離傳感器傳感器的選擇與應(yīng)用；傳感器信息處理1.以火星車為例進(jìn)行案例分析2.針對(duì)各小組的選題，探討需采用的傳感器7.機(jī)器人軌跡規(guī)劃?rùn)C(jī)器人規(guī)劃的作用與任務(wù)、機(jī)器人軌跡插值計(jì)算、插補(bǔ)方式分類與軌跡控制，機(jī)器人路徑的軌跡規(guī)劃422機(jī)器人規(guī)劃的作用與任務(wù)、機(jī)器人軌跡插值計(jì)算插補(bǔ)方式分類與軌跡控制，機(jī)器人路徑的軌跡規(guī)劃1.通過(guò)視頻講解機(jī)器人軌跡規(guī)劃的過(guò)程。2.通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的軌跡規(guī)劃方法8.機(jī)器人編程機(jī)器人基本編程技術(shù)、InnoSTAR編程環(huán)境、InnoSTAR編程控制220機(jī)器人基本編程技術(shù)、InnoSTAR編程環(huán)境InnoSTAR編程控制1.實(shí)物實(shí)驗(yàn)2.以仿真環(huán)境為例講解機(jī)器人的離線編程9.機(jī)器人應(yīng)用及展望各類機(jī)器人應(yīng)用、機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展方向440各類機(jī)器人應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展方向1.以最新的數(shù)據(jù)給學(xué)生講授全球機(jī)器人市場(chǎng)的發(fā)展2.分組課程匯報(bào)注：實(shí)踐包括實(shí)驗(yàn)、上機(jī)等五、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和基本要求實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)時(shí)基本要求仿真實(shí)驗(yàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)與軌跡規(guī)劃實(shí)驗(yàn)2熟悉Matlab編程環(huán)境及RoboticsToolbox工具箱，能夠進(jìn)行正、逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算以及軌跡規(guī)劃實(shí)物實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)易機(jī)械臂的裝配及控制2通過(guò)零部件以小組為單位組裝機(jī)器人，并進(jìn)行相應(yīng)的基礎(chǔ)控制六、考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定教學(xué)過(guò)程中采取講授、討論、分析、大型作業(yè)、課前導(dǎo)學(xué)的方式進(jìn)行，注重過(guò)程考核，考核方式包括：筆試、作業(yè)、討論、辯論、課內(nèi)互動(dòng)，課外閱讀等；過(guò)程考核占總評(píng)成績(jī)的50%，期末考試點(diǎn)50%?？己朔绞?/p>