《機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)》教學(xué)大綱

《機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：22159011課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：2學(xué)分學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)（理論24學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)）先修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、機(jī)械原理和理論力學(xué)等后續(xù)課程：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)電綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)適用專業(yè)：機(jī)械電子工程專業(yè)、機(jī)械電子工程專業(yè)（專升本）開(kāi)課單位：智能工程學(xué)院一、課程說(shuō)明《機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)》是機(jī)械電子工程專業(yè)的專業(yè)選修課。本課程主要是學(xué)習(xí)機(jī)器人學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、控制基礎(chǔ)以及機(jī)器人常用傳感器等。注重機(jī)械人學(xué)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)部分的學(xué)習(xí)，包括齊次坐標(biāo)變換、D-H參數(shù)法等內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生能夠?qū)⒑?jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題抽象為數(shù)學(xué)模型并加以分析的能力。二、課程目標(biāo)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：能正確運(yùn)用機(jī)器人技術(shù)參數(shù)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)、機(jī)器人控制技術(shù)、機(jī)器人傳感器等主要內(nèi)容知識(shí)分析工程需求，具備機(jī)器人產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)建模與仿真、機(jī)器人控制等能力；了解工業(yè)機(jī)器人發(fā)展歷史、發(fā)展趨勢(shì)、其它應(yīng)用等。課程目標(biāo)2：掌握工業(yè)機(jī)器人分類、機(jī)械結(jié)構(gòu)組成、坐標(biāo)系變換、動(dòng)力學(xué)建模等基本知識(shí)，能夠合理選擇機(jī)器人種類和設(shè)計(jì)機(jī)器人應(yīng)用方案。課程目標(biāo)3：引導(dǎo)學(xué)生利用科學(xué)辯證法看待和解決問(wèn)題；激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng)，培養(yǎng)學(xué)生的大國(guó)工匠精神、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維；樹(shù)立正確的勞動(dòng)觀念，形成良好的勞動(dòng)習(xí)慣，具有勞動(dòng)精神和勞動(dòng)能力。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見(jiàn)表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識(shí):能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和機(jī)械電子工程專業(yè)知識(shí)用于解決復(fù)雜工程問(wèn)題。1．1掌握數(shù)學(xué)知識(shí)并能將其用于解決機(jī)械電子工程問(wèn)題。課程目標(biāo)1：掌握機(jī)器人學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括機(jī)器人機(jī)械機(jī)構(gòu)組成、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、控制基礎(chǔ)等內(nèi)容。M2.問(wèn)題分析：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別、表達(dá)、并通過(guò)文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜的機(jī)械電子領(lǐng)域工程問(wèn)題，以獲得有效結(jié)論。2．2能應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理和方法，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域/系統(tǒng)的復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行識(shí)別和描述。課程目標(biāo)2：能夠?qū)τ趯?shí)際較為復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)學(xué)的方法建立其模型，并加以分析；培養(yǎng)學(xué)生不怕困難，勇于迎接挑戰(zhàn)的科學(xué)精神。M注：表中“H（高）、M（中）、L（弱）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.概述1.1機(jī)器人概述1.2機(jī)器人的分類1.3工業(yè)機(jī)器人的組成與技術(shù)參數(shù)1.4春秋時(shí)期的木鳥(niǎo)、三國(guó)時(shí)期的木牛流馬、張衡發(fā)明的“候風(fēng)地動(dòng)儀”——幾千年的文明史和悠久的傳統(tǒng)文化，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷。教學(xué)要求：（1）了解機(jī)器人的由來(lái)及發(fā)展；（2）掌握機(jī)器人的分類、組成以及主要技術(shù)參數(shù)。重點(diǎn)：機(jī)器人的分類、組成。難點(diǎn)：機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)。、21、32.機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)2.1驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2.2機(jī)身和臂部結(jié)構(gòu)2.3腕部結(jié)構(gòu)2.4手部結(jié)構(gòu)2.5行走機(jī)構(gòu)2.6中國(guó)第一臺(tái)弧焊機(jī)器人華宇I(lǐng)型背后的故事—自主創(chuàng)新精神、責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。教學(xué)要求：（1）掌握機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成；（2）熟悉機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成及原理；（3）熟悉機(jī)器人其他各部分機(jī)構(gòu)的組成及原理。重點(diǎn)：機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及其他各部分機(jī)構(gòu)。難點(diǎn)：機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。422、33.機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)3.1概述3.2物體在空間中的位姿描述3.3其次坐標(biāo)變換3.4變換方程的建立3.5RPY角和歐拉角3.6機(jī)器人連桿D-H參數(shù)及其坐標(biāo)變換3.7中國(guó)在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)研究方面的最新成果和技術(shù)，致敬默默無(wú)私奉獻(xiàn)的國(guó)家科技工作者教學(xué)要求：（1）掌握機(jī)器人的位置和姿態(tài)的表示方法；（2）掌握機(jī)器人位姿描述、坐標(biāo)變換、齊次坐標(biāo)變換；（3）掌握機(jī)器人的連桿D-H參數(shù)，并可以簡(jiǎn)單實(shí)際應(yīng)用的正運(yùn)動(dòng)學(xué)求解。重點(diǎn)：機(jī)器人的齊次坐標(biāo)變換、D-H參數(shù)。難點(diǎn)：D-H參數(shù)。641、34.機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)初步4.1速度雅克比矩陣及速度分析4.2力雅克比矩陣及靜力分析4.3動(dòng)力學(xué)分析教學(xué)要求：（1）掌握速度雅克比矩陣、力雅克比矩陣；（2）掌握利用拉格朗日法對(duì)機(jī)器人的簡(jiǎn)單動(dòng)力學(xué)問(wèn)題求解。重點(diǎn)：速度雅克比矩陣、力雅克比矩陣。難點(diǎn)：機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析。421、25.機(jī)器人的控制基礎(chǔ)5.1機(jī)器人的控制系統(tǒng)和控制方式5.2單關(guān)節(jié)機(jī)器人模型和控制5.3基于關(guān)節(jié)坐標(biāo)的控制教學(xué)要求：（1）掌握機(jī)器人的控制系統(tǒng)與控制方式；（2）熟悉單關(guān)節(jié)機(jī)器人模型的建立過(guò)程；（3）了解基于關(guān)節(jié)坐標(biāo)的控制。重點(diǎn)：?jiǎn)侮P(guān)節(jié)機(jī)器人模型與控制。難點(diǎn)：基于關(guān)節(jié)坐標(biāo)的控制。41、26.機(jī)器人的感覺(jué)系統(tǒng)6.1機(jī)器人傳感器概述6.2位置和位移傳感器6.3速度傳感器6.4中天智領(lǐng)人機(jī)交互系統(tǒng)——核心技術(shù)應(yīng)牢牢掌握教學(xué)要求：（1）熟悉機(jī)器人傳感技術(shù)；（2）了解不同的內(nèi)、外傳感器在機(jī)器人中應(yīng)用。重點(diǎn)：機(jī)器人傳感技術(shù)、內(nèi)、外傳感器。難點(diǎn)：內(nèi)、外傳感器。21、37.機(jī)器人在不同應(yīng)用領(lǐng)域的舉例7.1機(jī)器人的應(yīng)用準(zhǔn)則和步驟7.2焊接機(jī)器人系統(tǒng)及應(yīng)用7.3噴涂機(jī)器人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用教學(xué)要求：了解機(jī)器人在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。重點(diǎn)：焊接、噴涂機(jī)器人系統(tǒng)及應(yīng)用。難點(diǎn)：焊接、噴涂機(jī)器人系統(tǒng)及應(yīng)用。21、2合計(jì)2482.實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表3。表3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.機(jī)構(gòu)認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：介紹機(jī)器人的各種機(jī)構(gòu)組成及機(jī)械結(jié)構(gòu)組成。實(shí)驗(yàn)要求：清楚觀察機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。21、32.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用仿真軟件學(xué)習(xí)齊次坐標(biāo)變換、D-H參數(shù)得建立以及求解正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)要求：對(duì)實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人進(jìn)行粗略測(cè)繪，并建立起其D-H參數(shù)41、2、33.機(jī)器人動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用仿真軟件對(duì)機(jī)器人進(jìn)行簡(jiǎn)單的動(dòng)力學(xué)分析并求解。實(shí)驗(yàn)要求：已知六關(guān)節(jié)機(jī)器人的位移、速度以及加速度，求解加在各個(gè)關(guān)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩。21、2合計(jì)8五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、實(shí)驗(yàn)等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。使學(xué)生掌握仿機(jī)器人學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)使學(xué)生具備對(duì)簡(jiǎn)單的實(shí)際的機(jī)器人系統(tǒng)建立其模型并加以分析的能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過(guò)任務(wù)式教學(xué)、討論式教學(xué)加深學(xué)生對(duì)機(jī)器人機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。六、課程資源庫(kù)1.教材：韓建海著.《工業(yè)機(jī)器人》（第四版）[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社,2022年.2.參考書：（1）芮延年主編.《機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用》[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2008年.（2）張憲民主編.《機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用》（第2版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2017年.（3）楊杰忠主編.《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2017年.3.期刊：（1） 范李平,熊威,吳喜春等.一種高壓開(kāi)關(guān)室懸掛軌道式智能巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].電氣開(kāi)關(guān).2021,59(04):14-18.（2） 董鵬濤.焊接機(jī)器人在結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)制造中的應(yīng)用[J].陜西煤炭.2021,40(S1):158-160.（3） 林雅峰.一種軌道式巡檢機(jī)器人系統(tǒng)技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化.2021,50(04):162-165.（4） 羅傳孝,劉輝,張子彬.焊接機(jī)器人的選擇和應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新.2021,(24):173-174.（5） A.S.M.,AkhtarH.F.,HabibahH.Robotapplicationsforautism:acomprehensivereview[J].DisabilityandRehabilitation:AssistiveTechnology.2021,16(6).4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）/course/1452.html.東南大學(xué)《機(jī)器人技術(shù)》精品專業(yè)課.（2）/中國(guó)機(jī)器人網(wǎng).七、課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程成績(jī)由過(guò)程性考核成績(jī)和期末課程報(bào)告成績(jī)兩部分構(gòu)成，具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則及對(duì)課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見(jiàn)表4。表4課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評(píng)價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123過(guò)程性考核課堂表現(xiàn)8（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問(wèn)題情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時(shí)考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。√√√332實(shí)驗(yàn)12（1）根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量單獨(dú)評(píng)分，滿分100分；（2）每次實(shí)驗(yàn)單獨(dú)評(píng)分，取各次實(shí)驗(yàn)成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以實(shí)驗(yàn)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。√√√552作業(yè)20（1）主要考核學(xué)生對(duì)各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?84期末課程報(bào)告60（1）報(bào)告成績(jī)100分，以報(bào)告成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。（2）主要考核機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、控制基礎(chǔ)、傳感器等內(nèi)容。（3）報(bào)告內(nèi)容為：背景現(xiàn)狀、內(nèi)容設(shè)計(jì)、總結(jié)、參考文獻(xiàn)、報(bào)告質(zhì)量格式等?！獭獭?03010合計(jì)：100分364618八、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定1.考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)、期末課程報(bào)告等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核評(píng)價(jià)?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽?jī)由期末課程報(bào)告和過(guò)程性考核成績(jī)組成。其中：期末課程報(bào)告成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重60%），包括背景現(xiàn)狀、內(nèi)容設(shè)計(jì)、總結(jié)、參考文獻(xiàn)、報(bào)告質(zhì)量格式等；課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)等過(guò)程性考核成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重40%）。2.過(guò)程性考核成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見(jiàn)表5。表5過(guò)程性考核方式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)20積極參與教學(xué)活動(dòng)，踴躍回答問(wèn)題，準(zhǔn)確率大于90%。認(rèn)真參與教學(xué)活動(dòng)，回答問(wèn)題準(zhǔn)確率大于80%。偶爾參與教學(xué)活動(dòng)，回答問(wèn)題準(zhǔn)確率大于70%。上課不認(rèn)真，偶爾參與教學(xué)活動(dòng)。上課不認(rèn)真，不參與教學(xué)活動(dòng)。作業(yè)50作業(yè)完整，思路清晰，準(zhǔn)確率大于90%，字跡工整。作業(yè)完整，準(zhǔn)確率大于80%，字跡工整。不交作業(yè)2次以內(nèi)，準(zhǔn)確率大于7