《機(jī)器人及智能控制》課程教學(xué)大綱（本科）

1、機(jī)器人及智能控制(Robot and intelligent control)課程代碼：03410087學(xué)分：2學(xué)時(shí)：32 (其中：課堂教學(xué)學(xué)時(shí)：20實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4上機(jī)學(xué)時(shí)：0課程實(shí)踐學(xué)時(shí):0)先修課程：機(jī)械原理、線性代數(shù)、控制技術(shù)、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言適用專業(yè)：機(jī)電類專業(yè)教材：機(jī)器人學(xué)及其智能控制，郭彤穎，安冬主編，人民郵電出版社，2014年09月第1版一、課程性質(zhì)與課程目標(biāo)(-)課程性質(zhì)機(jī)器人及智能控制是一門高度交叉的前沿學(xué)科，是集力學(xué)、機(jī)械學(xué)、生物學(xué)、人類學(xué)、計(jì)算機(jī) 科學(xué)與工程、控制論與控制工程學(xué)、電子工程學(xué)、人工智能、社會(huì)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)之大成，是一項(xiàng) 綜合性很強(qiáng)的新技術(shù)。自第一臺(tái)電子編程工業(yè)機(jī)器

2、人問(wèn)世以來(lái)，機(jī)器人學(xué)已取得令人矚目的成就。 機(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，不但使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)面貌發(fā)生根本性的變化，而且將對(duì)人類的社會(huì)生 活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。(二)課程目標(biāo)(1)掌握工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，具有進(jìn)行總體設(shè)計(jì)的能力；(2)掌握工業(yè)機(jī)器人整體性能、主要部件性能的分析方法；(3)掌握工業(yè)機(jī)器人常用的控制理論與方法，具有進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力；(4) 了解工業(yè)機(jī)器人的新理論，新方法及發(fā)展趨向。二、課程內(nèi)容與教學(xué)要求第一章緒論(-)課程內(nèi)容(1)機(jī)器人的基本概念與發(fā)展歷程(2)機(jī)器人的基本概念(3)機(jī)器人的分類(4)機(jī)器人的系統(tǒng)組成及技術(shù)參數(shù)(二)教學(xué)要求介紹工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)生和發(fā)展

3、過(guò)程，掌握機(jī)器人的概念、特點(diǎn)、工業(yè)機(jī)器人的基本分類、工業(yè) 機(jī)器人的應(yīng)用、工業(yè)機(jī)器人的組成以及主要性能參數(shù)，工業(yè)機(jī)器人的手部、腕部、臂部、機(jī)座的結(jié) 構(gòu)原理和實(shí)例。(三)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)掌握工業(yè)機(jī)器人的基本分類、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用；難點(diǎn)為工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)原理和參數(shù)。第二章機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)(一)課程內(nèi)容(1)常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、減速運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(2)工業(yè)機(jī)器人常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)形式(3)機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)(二)教學(xué)要求了解機(jī)器人的常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)了解常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)形式了解執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分類，掌握液壓驅(qū)動(dòng)和電氣驅(qū)動(dòng)的組成(三)重點(diǎn)和難點(diǎn)液壓系統(tǒng)和電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、執(zhí)

4、行器工作原理和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。第三章機(jī)器人的感知系統(tǒng)(一)課程內(nèi)容(1)傳感器概述(2)常用內(nèi)部傳感器(3)常用外部傳感器(4)焊接機(jī)器人傳感器系統(tǒng)(5)裝配機(jī)器人傳感器系統(tǒng)(二)教學(xué)要求了解各種類型的傳感器(2)掌握位置傳感器、速度加速度傳感器的原理和應(yīng)用(3) 了解焊接機(jī)器人上應(yīng)用的視覺(jué)、電弧傳感器第四章機(jī)器人控制系統(tǒng)(-)課程內(nèi)容(1)機(jī)器人控制系統(tǒng)及其功能PUMA56。機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件組成(3)機(jī)器人控制器的軟件組成(4)常用編程語(yǔ)言(5)幾種典型的機(jī)器人控制系統(tǒng)舉例(二)教學(xué)要求了解機(jī)器人控制器的硬件組成了解機(jī)器人控制器的軟件組成了解現(xiàn)有典型機(jī)器人控制器的使用方法第五章機(jī)器人的運(yùn)

5、動(dòng)學(xué)(一)課程內(nèi)容(1)機(jī)器人位置與姿態(tài)的描述(2)坐標(biāo)變換86(3)齊次坐標(biāo)變換87(4)機(jī)器人正向運(yùn)動(dòng)學(xué)91(5)機(jī)器人逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)99(6)機(jī)器人的雅可比矩陣108(二)教學(xué)要求了解機(jī)器人位置和姿態(tài)相關(guān)概念(2)掌握機(jī)器人坐標(biāo)變換(3)掌握正向運(yùn)動(dòng)方程的變換矩陣和正向運(yùn)動(dòng)方程的求解(4)掌握逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題的多解性與可解性、逆向運(yùn)動(dòng)方程的求解(5)掌握機(jī)器人的雅可比矩陣(三)難點(diǎn)和重點(diǎn)通過(guò)介紹連桿參數(shù)和關(guān)節(jié)變量的設(shè)定、桿件坐標(biāo)系的建立原則、相鄰桿件運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系一A矩陣, 掌握機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程的建立、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程的求解過(guò)程。第六章機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)(-)課程內(nèi)容(1)剛體動(dòng)力學(xué)(2)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模

6、(3)動(dòng)力學(xué)仿真(二)教學(xué)要求(1)掌握n自由度機(jī)器人操作臂動(dòng)力學(xué)方程(2)機(jī)器人操作臂動(dòng)力學(xué)方程系數(shù)的簡(jiǎn)化了解非剛體效應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型(三)重點(diǎn)和難點(diǎn)建立機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程，并對(duì)方程進(jìn)行求解。第七章工業(yè)機(jī)器人的常用控制方法(-)課程內(nèi)容(1)工業(yè)機(jī)器人控制的特點(diǎn)及分類(2)機(jī)器人的位置控制(3)機(jī)器人的力控制(4)機(jī)器人的現(xiàn)代控制技術(shù)(5)機(jī)器人的智能控制技術(shù)(-)教學(xué)要求了解工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)和分類了解基于直流伺服電動(dòng)機(jī)的單關(guān)節(jié)控制和基于交流伺服電動(dòng)機(jī)的單關(guān)節(jié)控制了解質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的力控制和力/位混合控制了解機(jī)器人的自適應(yīng)控制了解機(jī)器人的學(xué)習(xí)控制(三)重點(diǎn)和難點(diǎn)質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)的力控制和力/位混合

7、控制、機(jī)器人自適應(yīng)控制。第八章工業(yè)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃(一)課堂內(nèi)容(1)機(jī)器人軌跡規(guī)劃（2）關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃（3）直角坐標(biāo)空間的軌跡規(guī)劃（二）教學(xué)要求（1） 了解關(guān)節(jié)空間描述與直角坐標(biāo)空間描述（2）掌握軌跡規(guī)劃的基本原理（三）重點(diǎn)和難點(diǎn)軌跡規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)三、本課程開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目編號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)時(shí)類型要求支撐的課程目標(biāo)1庫(kù)卡機(jī)器人操作2驗(yàn)證性選做目標(biāo)1、22工業(yè)生產(chǎn)線直角機(jī)器人2驗(yàn)證性選做目標(biāo)1、23虛擬樣機(jī)機(jī)器人模擬2設(shè)計(jì)性選做目標(biāo)1、2注：1.“類型”填驗(yàn)證性、綜合性、設(shè)計(jì)性等；2“要求”填必做、選做。實(shí)驗(yàn)1:庫(kù)卡機(jī)器人操作了解工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、操作方法、控制系統(tǒng)組成。要求學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)

8、驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明的 問(wèn)題要充分解釋，實(shí)驗(yàn)結(jié)論清楚準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)2：工業(yè)生產(chǎn)線直角機(jī)器人掌握工業(yè)生產(chǎn)線直角機(jī)器人在上下料系統(tǒng)中的應(yīng)用；要求學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明的 問(wèn)題要充分解釋，實(shí)驗(yàn)結(jié)論清楚準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)3：虛擬樣機(jī)機(jī)器人模擬利用虛擬樣機(jī)技術(shù)模擬裝配機(jī)器人，并進(jìn)行機(jī)器人程序編制；要求學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)的原理及軟件 的使用方法，并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。四、學(xué)時(shí)分配及教學(xué)方法章（按序填寫）教學(xué)形式及學(xué)時(shí)分配主要教學(xué)方法支撐的課程目課堂 教學(xué)實(shí)驗(yàn)上機(jī)課程 實(shí)踐小計(jì)標(biāo)第一章44講授法目標(biāo)1、3第二章44講授法目標(biāo)2、3、4Avfr* Y 廣第二早44講授法目標(biāo)2、3、4第四章426講授法目標(biāo)2、3、4第五章22講授法目標(biāo)

9、2、3、4第六章224講授法目標(biāo)2、3、4第七章22講授法目標(biāo)2、3、4第八章224講授法目標(biāo)2、3、4英文PPT演講44研究型教學(xué)方法目標(biāo)5合計(jì)28632注：1.課程實(shí)踐學(xué)時(shí)按相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃列入表格;2.主要教學(xué)方法包括講授法、討論法、演示法、研究型教學(xué)方法（基于問(wèn)題、項(xiàng)目、案例等教 學(xué)方法）等。五、課程考核考核形式考核要求考核權(quán)重支持的課程目標(biāo)大作業(yè)報(bào)告技術(shù)綜述70%目標(biāo)3、4平時(shí)成績(jī)課堂點(diǎn)名20%目標(biāo)5課程實(shí)驗(yàn)2個(gè)實(shí)驗(yàn)10%目標(biāo)1、2注：1 .分學(xué)期設(shè)置和考核的課程應(yīng)按學(xué)期分別填寫上表。.考核形式主要包括課堂表現(xiàn)、平時(shí)作業(yè)、階段測(cè)試、期中考試、期末考試、大作業(yè)、小 論文、項(xiàng)目設(shè)計(jì)和作品

10、等。.考核要求包括作業(yè)次數(shù)、考試方式（開(kāi)卷、閉卷）、項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求等。.考核權(quán)重指該考核方式或途徑在總成績(jī)中所占比重。六、課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)考核形式實(shí)際評(píng)測(cè)結(jié)果（學(xué)生達(dá)到的平均水平）課程目標(biāo)1課程實(shí)驗(yàn)（第1個(gè)）第1個(gè)課程實(shí)驗(yàn)的平均分（百分制）=65課程目標(biāo)2課程實(shí)驗(yàn)（第2個(gè)）第2個(gè)課程實(shí)驗(yàn)的平均分（百分制）=65課程目標(biāo)3課程實(shí)驗(yàn)（第3個(gè)）第2個(gè)課程實(shí)驗(yàn)的平均分（百分制）=65課堂點(diǎn)名點(diǎn)名隨機(jī)點(diǎn)名5次（百分制）=60課程目標(biāo)3大作業(yè)報(bào)告（文獻(xiàn)檢索和調(diào)研）大作業(yè)報(bào)告（文獻(xiàn)檢索和調(diào)研）的平均 分（共 50 分）=32.5課程目標(biāo)4大作業(yè)報(bào)告（報(bào)告書寫質(zhì)量）大作業(yè)報(bào)告（報(bào)告書寫質(zhì)量）的平均分 （共 50 分）=32.5六、參考書目及學(xué)習(xí)資料（書名，主編，出版社，出版時(shí)間及版次）（1）機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用，朱世強(qiáng)、王宣銀編著，浙江大學(xué)出版社，2001（2）工業(yè)機(jī)器人，韓建海主編，華中科技大學(xué)出版社，2009（3）工業(yè)機(jī)器人（第二版），吳振彪、王正家主編，華中科技大學(xué)出版社，2006（4）機(jī)器人學(xué)基礎(chǔ)，蔡自興編著，機(jī)械工