機器人系統(tǒng)建模與仿真教學大綱機械電子

《機器人建模與仿真技術》教學大綱課程名稱：機器人建模與仿真技術課程類別（必修/選修）：選修課程英文名稱：RoboticsModeling&Simulation總學時/周學時/學分：24/2/1.5其中實驗/實踐學時：8先修課程：機械制圖、機械設計、機械原理、電工電子、機電傳動與控制、控制工程基礎、液壓與氣動后續(xù)課程支撐：機器人控制技術基礎、專題實作（capstonecourse）、畢業(yè)設計授課時間：2，4-14周，每周一5-6節(jié)授課地點：7B-412答疑時間、地點與方式：微信課程群、電話、短信、課前、課后，教室等多種形式交流課程考核方式：開卷（）閉卷（）課程論文（√）其它（）使用教材：《機器人系統(tǒng)建模與仿真》，李艷生等編著，北京郵電大學出版社教學參考資料：《ADAMS入門詳解與實例》第2版，李增剛編著，國防工業(yè)出版社課程簡介：《機器人系統(tǒng)建模與仿真》課程為專業(yè)選修課，是機械、電子、計算機、自動控制多學科知識交叉的一門課程，全面深入地介紹了移動機器人和臂式機器人的系統(tǒng)組成以及建模與仿真的基本原理，重點突出Adams和MATLAB軟件在動力學仿真和數(shù)值計算上的優(yōu)勢，展示機器人機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)建模與仿真的詳細過程。本課程可作為高等院校機械電子工程、機器人工程和機械設計制造及自動化等專業(yè)學生在機器人研究方向的教學培養(yǎng)課程，注重學生在機器人等智能自動化裝備領域的設計研發(fā)能力、工業(yè)機器人應用開發(fā)能力的培養(yǎng)?；A原理講授與實踐教學16：8分配學時，強化知識點、技術點與實訓項目結合，注重本專業(yè)課領域的最新技術和知識的更新，課程講授內容依托教材，但不限于教材，及時補充新的技術信息，更新過時的知識點和技術點。課程圍繞機器人系統(tǒng)建模與仿真的基本知識展開講授：包括機器人系統(tǒng)與建?；A知識，Adams仿真方法與基本操作、移動機器人運動仿真、臂式機器人運動仿真、MatLab程序設計及M文件、移動機器人控制仿真、臂式機器人控制仿真、Adams與MatLab聯(lián)合仿真等知識點內容。學生通過本課程學習可了解掌握機器人系統(tǒng)建模與仿真的基本原理和方法，建立系統(tǒng)完整的基礎理論體系，為后續(xù)深入學習機器人智能控制等課程打下必要的和堅實的知識基礎，便于后續(xù)的學習和從事相關行業(yè)工作。課程教學目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐課程教學目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求目標1：理解機器人系統(tǒng)建模與仿真的系統(tǒng)化基礎知識；掌握機器人系統(tǒng)與建?；A知識，Adams仿真方法與基本操作、移動機器人運動仿真、臂式機器人運動仿真、MatLab程序設計及M文件、移動機器人控制仿真、臂式機器人控制仿真、Adams與MatLab聯(lián)合仿真等知識點內容。1-4能夠將機械工程相關知識和數(shù)學模型方法用于復雜機械工程問題解決方案的比較與綜合。1工程知識：掌握扎實的數(shù)學知識、物理、化學等自然科學知識，力學、電工電子學、計算機學、工程材料學等工程基礎知識以及機械制圖、機械原理、機械設計、機械傳動與控制等專業(yè)知識，并將其用于解決機電產品設計、開發(fā)、制造、管理等過程中的復雜機械工程問題。目標2：具備一定的機器人系統(tǒng)建模與仿真的運用能力，掌握常見的移動式機器人、工業(yè)四軸到六軸機器人的基本原理和建模方法，建立系統(tǒng)完整的基礎理論體系；了解Adams軟件在動力學仿真和數(shù)值計算上的優(yōu)勢，展示機器人機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)建模與仿真的詳細過程。提高學生利用機器人系統(tǒng)建模與仿真解決實際問題的能力。4-2能夠針對具體機械工程問題，選擇研究路線，設計實驗方案，并能夠構建實驗系統(tǒng)，安全的開展相關實驗，正確地采集實驗數(shù)據(jù)。4研究：能夠基于科學原理并采用科學方法對機電產品設計、開發(fā)、制造、管理等過程中的復雜機械工程問題進行研究，包括實驗設計、分析與數(shù)據(jù)解釋，并通過信息綜合得到合理有效的結論。課程思政目標：通過課程的學習，培養(yǎng)學生的愛國精神以及團隊合作精神，培養(yǎng)學生的全局觀與辯證觀，養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、實事求是的工作作風以及良好的職業(yè)素養(yǎng)。理論教學進程表周次教學主題授課教師學時數(shù)教學內容（重點、難點、課程思政融入點）教學模式線下/混合式教學方法作業(yè)安排支撐課程目標2緒論；機器人系統(tǒng)與建?；A知識張超2重點：機器人系統(tǒng)與建模基礎知識、基本內涵概念、概論；難點：機器人數(shù)學建模方法，數(shù)學基礎；坐標系平移與旋轉變換；剛體的位置和姿態(tài)描述課程思政融入點：結合本專業(yè)以及《中國制造2025》和廣東省、粵港澳大灣區(qū)的發(fā)展規(guī)劃，為學生講解《機器人系統(tǒng)建模與仿真》在工業(yè)智能化領域的重要作用。從為什么學習這門課入手，引導學生樹立遠大理想和愛國主義情懷，樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀，勇敢地肩負起時代賦予的光榮使命，全面提高學生思想政治素質。線下課堂講授/課后答疑課程思政作業(yè)：深入學習《中國制造2025》和廣東省、粵港澳大灣區(qū)的發(fā)展規(guī)劃；調研機器人技術在東莞制造領域的作用。目標14Adams仿真方法王帥2重點：Adams仿真原理；基本仿真模塊；難點：Adams軟件的仿真原理；基本仿真模塊了解；線下課堂講授/課后答疑目標15Adams軟件基本操作王帥2重點：建模與仿真基本操作；約束的添加，處理等；難點：Adams軟件的基本操作；約束的添加，仿真與后處理；線下課堂講授/課后答疑目標18自平衡機器人運動及控制仿真張超2重點：兩輪機器人運動仿真；自平衡機器人運動仿真；移動機器人反饋控制仿真；PID控制仿真；難點：幾何模型的創(chuàng)建；加載模型約束；控制模塊搭建等；課程思政融入點：結合當前移動式機器人的研發(fā)熱點和應用場景，給學生介紹移動機器人在國家重點制造領域，國防領域的應用，引導學生的學習報國，技術報國熱情；為學生講解移動式機器人在典型的場合，比如涉核環(huán)境，危險防化環(huán)境，疫情環(huán)境中的重要作用，激發(fā)學生的學習報國之心。線下課堂講授/課后答疑課程思政作業(yè)：調研我國移動式機器人在涉核環(huán)境，危險防化環(huán)境，疫情環(huán)境中的重要作用，寫出自身的調研感悟。目標19臂式機器人運動及控制仿真張超2重點：串聯(lián)機械臂運動仿真；并聯(lián)機械臂運動仿真；機械臂PID控制仿真；機械臂滑模控制仿真；難點：幾何模型的創(chuàng)建；加載模型約束；控制模塊搭建等；并聯(lián)機械臂仿真與解算；課程思政融入點：結合工業(yè)機械臂與當今“機器換人”政策快速結合與發(fā)展的時代背景，引導學生研究興趣，努力鉆研，提高工業(yè)機械臂的設計方法和控制性能，以及功率密度、功率因數(shù)、高可靠性等，為當今機器人快速發(fā)展及機械臂性能的高效利用做出貢獻。線下課堂講授/課后答疑課程思政作業(yè)：調研我國“機器換人”和智能制造2025的重點研發(fā)方向，尤其注重工業(yè)機械臂智能控制及仿真技術方面的研究。目標110輪式及軀干式機器人運動學建模張超2重點：輪式移動機器人運動學建模主要方法；軀干式移動機器人運動學建模主要方法；難點：基于作用的運動學建模；基于約束的運動學建模；線下課堂講授/課后答疑目標211腿足式移動機器人運動學建模及仿真張超2重點：腿足式機器人的運動學模型與具體的機械結構密切相關，根據(jù)移動方式的不同，機械腿的自由度和配置方式各不相同，建立相適應的運動學模型；難點：基于機器人運動學構型的模型簡化，建立及分析；線下課堂講授/課后答疑目標212機器人系統(tǒng)聯(lián)合仿真案例；小組討論及課程總結張超2重點：機器人系統(tǒng)聯(lián)合仿真案例講解；小組合作，針對選定的某一款機械臂或移動式機器人進行建模分析；系統(tǒng)性的掌握其原理和應用；課程總結；難點：機器人系統(tǒng)聯(lián)合仿真基本方法；聯(lián)合仿真結果分析；線下課堂講授/課后答疑作業(yè)：選一款典型的機器人系統(tǒng)建模仿真的應用案例，進行調研，分析建模仿真在機器人設計、控制、優(yōu)化中的作用，寫一篇小組專題報告（8-10頁A4紙），并制作15-20頁PPT，用于課堂小組匯報和討論。目標2合計16實踐教學進程表周次實驗項目名稱授課教師學時教學內容（重點、難點、課程思政融入點）項目類型（驗證/綜合/設計）教學方法支撐課程目標6雙輪移動機器人ADAMS仿真實驗王帥2重點：掌握雙輪移動機器人模型建立方法、約束建立、仿真測量方法；通過本次試驗，掌握雙輪移動機器人的基本運動仿真；難點：模型建立、約束建立、仿真測量方法；綜合實操目標27自平衡移動機器人ADAMS仿真實驗王帥2重點：掌握自平衡移動機器人模型建立方法、約束建立、控制模塊搭建、控制仿真方法；通過本次試驗，掌握自平衡移動機器人的基本運動仿真；難點：模型建立、約束建立、控制模塊搭建、控制仿真；綜合實操目標213串聯(lián)機械臂仿真實驗王帥2重點：掌握串聯(lián)機械臂模型建立方法、約束建立、運動仿真方法；通過本次試驗，掌握串聯(lián)機械臂的基本運動仿真；難點：模型建立、約束建立、運動仿真；綜合實操目標214并聯(lián)機械臂仿真實驗王帥2重點：掌握并聯(lián)機械臂模型建立方法、約束建立、運動仿真方法；通過本次試驗，掌握并聯(lián)機械臂的基本運動仿真；難點：模型建立、約束建立、運動仿真；綜合實操目標2合計8課程考核課程目標支撐畢業(yè)要求指標點評價依據(jù)及成績比例（%）權重（%）課堂表現(xiàn)/小組專題討論/報告實踐課程論文目標一1-410202050目標二4-210202050總計204040100附錄：各類考核評分標準表課堂表現(xiàn)/小組專題討論及報告評分標準觀測點評分標準A(90-100)B(80-89)C(60-79)D(0-59)基本理論掌握程度基本理論清楚?；纠碚摫容^清楚?；纠碚摶厩宄??；纠碚摬惶宄＝鉀Q問題的方案正確性解決問題的思路清晰，方案合理。解決問題的思路比較清晰，方案比較合理。解決問題的思路基本清晰，方案基本合理。解決問題的思路不太清晰，方案不太合理。課堂小組討論，匯報完成態(tài)度課堂認真準備，按時完成小組報告，課堂討論，小組專題匯報PPT，邏輯清晰，講解系統(tǒng)。課堂認真準備，按時完成小組報告，課堂討論，小組專題匯報PPT，邏輯比較清晰，講解比較系統(tǒng)。課堂認真準備，按時完成小組報告，課堂討論，小組專題匯報PPT，邏輯較為一般，講解較為一般。課堂未認真準備小組報告，課堂討論，小組專題匯報PPT，或后期補交。實踐評分標準觀測點評分標準A(90-100)B(80-89)C(60-79)D(0-59)雙輪移動機器人、自平衡移動機器、串聯(lián)機械臂、并聯(lián)機械臂的模型建立方法，運動仿真等基本操作的掌握程度按照實踐規(guī)程和正確方法完成實驗目標，概念清楚，熟練掌握模型建立方法，運動仿真等基礎操作知識。按照實踐規(guī)程和正確方法完成實驗目標，概念比較清楚，比較熟練掌握模型建立方法，運動仿真等基礎操作知識。按照實踐規(guī)程和正確方法完成實驗目標，概念基本清楚，基本掌握模型建立方法，運動仿真等基礎操作知識。基本完成實驗目標，概念不太清楚，不太掌握模型建立方法，運動仿真等基礎操作知識。雙輪移動機器人、自平衡移動機器、串聯(lián)機械臂、并聯(lián)機械臂實驗報告的撰寫認真總結，撰寫實驗報告；報告結構完整，內容正確。認真總結，撰寫實驗報告；報告結構比較完整，內容基本正確。完整撰寫實驗報告；報告結構基本合理，內容基本正確。實驗報告不完整，內容不合理。課程論文評分標準觀測點評分標準A(90-100)B(80-89)C(60-79)D(0-59)主題跟課程相關性（權重0.2）主題跟課程和相關性高主題跟課程相關性較高主題跟課程有一定相關性主題跟課程無相關性論文內容架構：選擇一個自己感興趣的機器人系統(tǒng)，調研本產品/研究方向國內外研究現(xiàn)狀，研究該機器人的系統(tǒng)建模及仿真方法，探討建模及仿真在機器人整體設計優(yōu)化，控制等方面的作用；形成自己的思考；注重內容質量、時效性、原創(chuàng)性（權重0.5）內容豐富且新穎、圖文并茂、時效性高、具有國際視野；研究內容系統(tǒng)化，形成自己的思考；內容較豐富且較新、有一張以上圖片、時效性較高、具有國際視野；研究內容比較系統(tǒng)化，有一定自己的思考；內容豐富度不