《機器人技術基礎》教學大綱-中外-48學時

PAGEPAGE8《機器人技術基礎》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱機器人技術基礎課程編號70課程性質選修課課程類別專業(yè)選修課開課單位機電教研室授課學期第6學期學分/學時2/32課內學時32理論授課32上機學時課內實踐實驗學時課外學時32適用專業(yè)機械設計制造及其自動化（中外合作辦學）是否雙語否先修課程高等數(shù)學、理論力學、機械原理、機械設計后續(xù)課程二、課程簡介機器人技術基礎是機械設計制造及其自動化（中外合作辦學）的一門專業(yè)選修課程，主要介紹機器人運動學、動力學等理論，傳感、控制及編程方面的基本知識。機器人技術是融合了機械工程、電子技術、傳感器、計算機硬件、軟件等許多學科的知識，涉及到當今許多前沿領域的技術，是一門理論與應用相結合的課程，代表了機電一體化的最高成就，是當代科學技術發(fā)展最活躍的領域之一，機器人技術基礎課程涵蓋了機械工程、控制論、計算機技術、信息與傳感技術、人工智能等諸多學科領域的知識，是一門理論與應用相結合的課程。三、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐（一）課程目標課程目標1：知識目標能夠清楚表述機器人技術的基本概念；運用機器人技術的運動學、動力學、控制理論和傳感器技術等相關基礎知識和技術，建立完整、清晰的機器人整體概念。課程目標2：能力目標通過課程學習，掌握機器人的基本設計方法和技術，了解影響設計目標和技術方案的各種因素，達到對機器人總體方案進行分析和設計的能力。課程目標3：價值塑造能夠運用現(xiàn)代工具，解決機器人運動、控制、編程實際問題。激發(fā)學生求知熱情、探索和創(chuàng)新精神，樹立為機器人行業(yè)發(fā)展做貢獻的遠大理想。（二）課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐課程目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求課程目標1指標點1-41-工程知識課程目標2指標點3-13-設計/開發(fā)解決方案課程目標3指標點5-25-使用現(xiàn)代工具四、課程基本教學內容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內容第一單元機器人及機器人機構（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內容機器人的定義、發(fā)展狀況和行業(yè)應用；機器人的組成：運動副、串聯(lián)機構、并聯(lián)機構。2.重點和難點重點：機器人的定義、運動副、串聯(lián)機構。難點：并聯(lián)機構。3.教學方法課堂講授、案例分析4.學生學習預期成果描述機器人的定義，描述機器人的組成、運動副，描述串聯(lián)機器人機構、并聯(lián)機器人機構。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2。第二單元位姿描述和齊次變換（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內容剛體位姿描述，平移和旋轉變換（2D/3D）、復合變換，齊次坐標變換、變換矩陣計算。2.重點和難點重點：剛體位姿描述；平移和旋轉變換（2D/3D)。難點：復合變換、齊次坐標變換、變換矩陣的計算。3.教學方法課堂講授、案例分析。4.學生學習預期成果描述剛體位姿、平移和旋轉變換、復合變換等概念，熟練進行平移變換、旋轉變換、復合變換。熟練掌握齊次坐標變換、變換矩陣的計算。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標3。第三單元操作臂運動學（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內容連桿參數(shù)和連桿坐標系、操作臂正運動學、操作臂逆運動學、軌跡生成，運用matlab軟件進行簡單的機器人運動學計算。2.重點和難點重點：連桿參數(shù)和連桿坐標系，操作臂正運動學、操作臂逆運動學。難點：操作臂正運動學、操作臂逆運動學、軌跡生成。3.教學方法課堂講授、課上討論、案例分析。4.學生學習預期成果描述連桿參數(shù)和連桿坐標系、機器人運動學方程，能根據機器人具體參數(shù)列出運動學方程，進行正、逆運動學分析、掌握機器人軌跡生成的方法。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第四單元操作臂動力學（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內容剛體動力學方程，操作臂動力學方程的計算。2.重點和難點重點：剛體動力學方程、操作臂動力學方程的計算。難點：操作臂動力學方程的計算。3.教學方法課堂講授、課上討論。4.學生學習預期成果描述剛體動力學方程，理解機械臂的動力學建模方法，分析復雜操作臂動力學方程的結構。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標3。第五單元機器人控制（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內容機器人的基本控制原則、直流傳動系統(tǒng)的建模、位置控制的基本結構、單關節(jié)位置控制器。2.重點和難點重點：直流傳動系統(tǒng)的建模、位置控制的基本結構。難點：單關節(jié)位置控制器。3.教學方法課堂講授、課上討論。4.學生學習預期成果闡述機器人的基本控制原則，控制器分類，控制變量，主要控制層次。解釋基于伺服電動機的單關節(jié)控制器，增益常數(shù)的確定，關節(jié)控制器的靜態(tài)誤差。解釋力和位置混合控制方案、遞階控制系統(tǒng)、專家控制系統(tǒng)。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2。第六單元機器人傳感器（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內容機器人傳感器的特點與分類、應用傳感器時應考慮的問題，位移、速度和加速度傳感器、力傳感器的原理與應用，觸覺傳感器、接近度傳感器、機器人視覺裝置的原理。2.重點和難點重點：機器人傳感器的特點與分類、應用傳感器時應考慮的問題，位移位置傳感、速度和加速度傳感器、力覺傳感器的原理與應用。難點：力覺傳感器的原理與應用。3.教學方法課堂講授、案例分析。4.學生學習預期成果描述傳感器的定義、組成、分類，說明位移位置傳感、速度和加速度傳感器、力覺傳感器的原理，觸覺傳感器、接近度傳感器、機器人視覺裝置的原理。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2。第七單元機器人編程（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內容機器人編程要求與語言類型、機器人編程語言系統(tǒng)結構、基本功能，機器人離線編程、仿真系統(tǒng)。2.重點和難點重點：機器人編程語言系統(tǒng)結構、基本功能、機器人離線編程、仿真系統(tǒng)。難點：機器人編程語言系統(tǒng)結構。3.教學方法課堂講授、案例分析。4.學生學習預期成果描述機器人編程要求，機器人編程語言類型。描述機器人編程語言系統(tǒng)結構、基本功能，理解機器人離線編程、仿真系統(tǒng)，能編制機器人程序。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標3。（二）課程基本教學內容對課程目標的支撐理論課程課程教學內容教學方法支撐的課程目標學時安排課內課外學時比例第一單元機器人及機器人機構課堂講授、案例分析課程目標1、241:1第二單元位姿描述和齊次變換課堂講授、案例分析課程目標1、361:1第三單元操作臂運動學課堂講授、課上討論、案例分析課程目標1、2、361:1第四單元操作臂動力學課堂講授、課上討論課程目標1、321:1第五單元機器人控制課堂講授、課上討論課程目標1、241:1第六單元機器人傳感器課堂講授、案例分析課程目標1、241:1第七單元機器人編程課堂講授、案例分析課程目標1、361:1合計321:1五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構成（百分制）課程成績構成比例考核環(huán)節(jié)目標分值考核/評價細則平時成績50%課后作業(yè)50作業(yè)的成績給定均10分滿分記。最終折算為50分隨堂測驗40課堂根據需要隨時安排測驗，根據題目難度，數(shù)量靈活設置分值。最終按比例折算為40分。課堂表現(xiàn)10根據課堂反饋，討論，發(fā)言等情況打分，次數(shù)不限，每次1~2分，最終按比例折算為10分。期末考試50%知識401.考核內容：所有教學內容2.考試題型：簡答題；分析題3.評價細則：采用線下答題，共計100分。能力40綜合應用15創(chuàng)新5（二）課程考核對課程目標的支撐教學內容考核內容考核方式支撐的課程目標第一單元機器人及機器人機構1.1機器人概述1.2機器人機構課堂表現(xiàn)隨堂測驗期末考試課程目標1、2第二單元位姿描述和齊次變換2.1位置和姿態(tài)的表示2.3齊次坐標變換2.4物體的變換及逆變換2.5通用旋轉變換課堂表現(xiàn)課后作業(yè)期末考試課程目標1、3第三單元操作臂運動學3.1機器人運動方程的表示3.2機械手運動方程的求解3.3PUMA560機器人運動方程3.4軌跡生成課堂表現(xiàn)課后作業(yè)期末考試課程目標1、2、3第四單元操作臂動力學4.1剛體動力學4.2機械手動力學方程課堂表現(xiàn)課后作業(yè)期末考試課程目標1、3第五單元機器人控制5.1機器人的基本控制原則5.2機器人的位置控制5.3機器人的力和位置混合控制5.4機器人的智能控制課堂表現(xiàn)隨堂測驗課后作業(yè)期末考試課程目標1、2第六單元機器人傳感器6.1機器人傳感器概述6.2內傳感器6.3外傳感器課堂表現(xiàn)隨堂測驗課后作業(yè)期末考試課程目標1、2第七單元機器人編程7.1機器人編程要求與語言類型7.2機器人語言系統(tǒng)結構和基本功能7.3常用的機器人編程語言7.4機器人的離線編程課堂表現(xiàn)隨堂測驗課后作業(yè)期末考試課程目標1、3六、使用教材、相關推薦書目及課程資源（一）使用教材熊有倫，李文龍，陳文斌，等著，機器人學建模、控制與視覺（第2版），華中科技大學出版社，2023（二）相關推薦書目[1]蔡自興編著，機器人學基礎（第二版）.機械工業(yè)出版社，2015[2]（美）克來格（Craig,J.J）著，機器人學導論（英文版第3版），機械工業(yè)出版社，2005[3]蔡自興，謝斌編著，機器人學（第三版），清華大學出版社，2015[4]葉暉編著，工業(yè)機器人實操與應用技巧（第2版）.機械工業(yè)出版社，2017[5]葉暉編著，工業(yè)機器人工程應用虛擬仿真教程.機械工業(yè)出版社，2014（三）課程資源1.機器人技術基礎：學習通.唐山學院.李慎旺./mooc-ans/mycourse/teachercourse?moocId=212589175&clazzid=86004032