工業(yè)機器人技術課程教學大綱

1、工業(yè)機器人技術課程教學大綱課程編號： S4080370課程名稱：工業(yè)機器人技術 課程英文名稱： INDUSTRIAL ROBOT TECHNOLOGY 總學時：30 講課學時：26 實驗學時：4 上機學時： 0 學 分： 2課程類型：限選課 開課單位：機電工程學院機械制造及自動化系 授課對象：機電工程學院機械設計制造及其自動化專業(yè)、其它相關專業(yè) 先修課程：線性代數(shù)、測試技術及儀器開課時間：第七學期 教材與主要參考書： 尤波、王廣林等編 .工業(yè)機器人技術 .校內(nèi)講義 陳哲、吉熙章編著 . 機器人技術基礎 . 機械工業(yè)出版社 1994 年 蔡自興著. 機器人學 .清華大學出版社 2000 年一、課

2、程教學目的 本課程將系統(tǒng)的介紹機器人技術的九個重要組成部分的基礎知識， 將綜合運用所學數(shù)學、力學、電子、機械、計算機等多種學科知識，分 析解決機器人學中的主要問題。培養(yǎng)學生從事多學科交叉滲透、綜合運 用的科學研究能力。二、教學內(nèi)容及基本要求（一）本課程的主要章節(jié)本課程的主要內(nèi)容有：機器人學基礎知識，機器人運動學和動力學， 機器人的軌跡控制和力控制以及機器人中的主要技術，包括機器人控制 器、機器人伺服系統(tǒng)、機器人的語言、機器人的感覺系統(tǒng)和機器人的移 動技術等。本課程的主要章節(jié)有：第一章 機器人技術；（2 學時）機器人學的發(fā)展史及機器人學教育、機器人學的術語和定義及其與 其他學科的關系、機器人的分

3、類和組成、操作機幾何學。第二章 機器人坐標系統(tǒng)；（4 學時）位置與姿態(tài)、正交坐標系、轉(zhuǎn)動的表示法、齊次變換、機器人的坐 標系統(tǒng)。第三章 位置運動學；（4 學時）手部位姿與關節(jié)變量的關系正問題、關節(jié)變量與手部位姿的關 系逆問題。第四章 速度運動學；（2 學時） 操作機的微分運動、雅可比矩陣及其變換。第五章 軌跡控制；（2 學時）軌跡的記錄與再現(xiàn)、笛卡爾運動與軌跡設計、軌跡控制多項式、笛 卡爾控制等。第六章 機器人動力學；（2 學時） 動力學方程的推導、動力學方程的應用。第七章 力控制與柔性機器人；（3 學時） 位置控制與力控制策略、組合控制策略、柔性機器人系統(tǒng)、力和力 矩的直接敏感。第八章 機器

4、人中的主要技術；（1 學時）現(xiàn)代機器人組成和功能、機器人的主要技術、機器人的分代與技術 內(nèi)容。第九章 機器人控制器；（1 學時）機器人控制器功能與組成、機器人控制方式、機器人的示教再現(xiàn)控 制、計算機控制 第十章 機器人伺服系統(tǒng)；（1學時）機器人伺服控制的特點、伺服機構的分類、控制模型、常用的伺服 控制方法。第十一章機器人語言；（1學時）機器人語言的特點和分類、VAL語言及編程舉例。第十二章 機器人的感覺技術；（1學時）感覺裝置分類及技術內(nèi)容、光軸編碼器、觸覺技術介紹、聽覺技術 介紹、視覺技術介紹。第十三章機器人移動技術；（1學時）移動機構、移動方向的誘導方法、移動機器人的追蹤控制。第十四章機器

5、人實例與發(fā)展趨勢；（1學時）工業(yè)機器人系統(tǒng)實例、機器人發(fā)展趨勢、機器人技術在我國的迅速 發(fā)展。（二）其他教學環(huán)節(jié)安排1、實驗安排4學時，實驗內(nèi)容有： 工業(yè)機器人結構及控制實驗（2學時）； 工業(yè)機器人上下料及裝配實驗（2學時）；（三）考試權重平時成績占10%，實驗成績占10%，期末考試成績占80%。（四）實驗項目明細表序號實驗項目名稱學時實驗 要求實驗類型每組人數(shù)1工業(yè)機器人結構及控制2必修綜合22工業(yè)機器人上下料及裝配實驗2必修設計2工業(yè)機器人技術課程教學設計（一）基本描述課程編號： S4080370 課程名稱：工業(yè)機器人技術英文譯名： INDUSTRIAL ROBOT TECHNOLOGY

6、課程學時： 30 講課：26 實驗：4 上機：0 適用專業(yè)：機電工程學院機械設計制造及其自動化專業(yè)、其他相關專業(yè) 開課單位：機電工程學院機械制造及自動化系 開課時間：第七學期先修課程：線性代數(shù)、機械工程測試技術 主要教材及參考書：尤波、王廣林等編 .工業(yè)機器人技術 .校內(nèi)講義 陳哲、吉熙章編著 . 機器人技術基礎 . 機械工業(yè)出版社 1994 年 蔡自興著. 機器人學 .清華大學出版社 2000 年（二）課程的性質(zhì)、研究對象及任務工業(yè)機器人技術是一門機械工程學科中機電控制及其結合的專業(yè)模 塊課。本課程研究對象是分析解決機器人學中的主要問題，為以后機電 結合的設計和使用技術打下基礎。本課程的主要

7、任務是培養(yǎng)學生從事多 學科交叉滲透、綜合運用的科學研究能力。（三）教材的選擇與分析 近年來，國內(nèi)關于工業(yè)機器人技術方面的教材和書籍很多。本課程選擇尤波、王廣林等編寫的工業(yè)機器人技術，參考教材選擇陳哲、吉 熙章編著機器人技術基礎（機械工業(yè)出版社）和蔡自興著機器人學 （清華大學出版社）。（四）本課程各章的主要內(nèi)容與基本要求、重點與難點、學時分配第一章 機器人技術（ 2 學時）對機器人學這門學科的產(chǎn)生、發(fā)展以及特點等方面的背景有一個概 括地介紹。包括機器人學的發(fā)展史及機器人學教育、機器人學的術語和 定義及其與其他學科的關系、機器人的分類和組成、操作機幾何學?；疽螅毫私鈾C器人學的發(fā)展史及機器人學教

8、育、掌握機器人學 的術語和定義，了解其與其他學科的關系、掌握機器人的分類和組成、 操作機幾何學。重點: 機器人的分類和組成、操作機幾何學。難點 : 操作機幾何學第二章 機器人坐標系統(tǒng)；（4 學時）為了表示組成機器人系統(tǒng)的各個元部件的位置和姿態(tài)，表示它們之 間的運動關系，需要采用一套機器人坐標系統(tǒng)。包括位置與姿態(tài)、正交 坐標系、轉(zhuǎn)動的表示法、齊次變換、機器人的坐標系統(tǒng)等知識。基本要求：掌握位置與姿態(tài)、正交坐標系、轉(zhuǎn)動的表示法、齊次變 換、機器人的坐標系統(tǒng)等知識。重點與難點 : 正交坐標系、齊次變換、機器人的坐標系統(tǒng) 重點與難點 : 齊次變換第三章 位置運動學；（4 學時） 運動學處理運動的幾何學

9、以及與時間有關的量，而不考慮引起運動 的力，搞清機器人運動的幾何關系是認識機器人的首要問題?；疽螅?掌握包括手部位姿與關節(jié)變量的關系正問題、關節(jié) 變量與手部位姿的關系逆問題。重點和難點 : 正問題和逆問題第四章 速度運動學；（7 學時）操作機不僅需要達到某個或一系列的位置，而且需要按給定的速度 達到這些位置，所以要考慮速度運動學。包括操作機的微分運動、雅可 比矩陣及其變換。基本要求：掌握操作機的微分運動、雅可比矩陣及其變換。 重點和難點 : 雅可比矩陣及其變換。第五章 軌跡控制；（2 學時）在工程應用中經(jīng)常需要使操作機在空間一系列的給定點上平穩(wěn)的運 動，因此就涉及到軌跡控制的問題，屬于運動

10、學的范疇。包括軌跡的記 錄與再現(xiàn)、笛卡爾運動與軌跡設計、軌跡控制多項式、笛卡爾控制等?；疽螅?了解軌跡的記錄與再現(xiàn)、掌握笛卡爾運動與軌跡設計、 軌跡控制多項式、笛卡爾控制。重點 : 軌跡控制多項式、笛卡爾控制難點 : 軌跡控制多項式第六章 機器人動力學；（2 學時）在機器人動力學的基礎上考慮力對具有一定質(zhì)量或慣量的物體運動 的影響。包括動力學方程的推導、動力學方程的應用?；疽螅赫莆談恿W方程的推導、了解動力學方程的應用。重點和難點 : 動力學方程的推導第七章 力控制與柔性機器人 （3 學時）為了考慮機器人手部所施加的力作用，需要在位置控制的基礎上引 入力控制以及組合控制的概念。包括位置

11、控制與力控制策略、組合控制 策略、柔性機器人系統(tǒng)、力和力矩的直接敏感?；疽螅赫莆瘴恢每刂婆c力控制策略、組合控制策略、了解柔性 機器人系統(tǒng)、力和力矩的直接敏感。重點和難點: 位置控制與力控制策略、組合控制策略。第八章 機器人中的主要技術；（1 學時）機器人技術是研究機器人工程技術的學問，期望用機構、傳感器、 驅(qū)動器及計算機等把類人的功能綜合起來。 包括現(xiàn)代機器人組成和功能、 機器人的主要技術、機器人的分代與技術內(nèi)容。基本要求：了解現(xiàn)代機器人組成和功能、機器人的主要技術、機器 人的分代與技術內(nèi)容。第九章 機器人控制器；（1 學時） 機器人控制器相當于人的大腦，它指揮機器人的動作，并協(xié)調(diào)機器 人

12、與生產(chǎn)系統(tǒng)之間的關系，它是反映機器人功能和水平的核心部分。包 括機器人控制器功能與組成、 機器人控制方式、機器人的示教再現(xiàn)控制、 計算機控制?；疽螅毫私鈾C器人控制器功能與組成、機器人控制方式、機器 人的示教再現(xiàn)控制、計算機控制。第十章 機器人伺服系統(tǒng)；（1 學時） 機器人伺服系統(tǒng)主要由啟動器、減速機傳動機構、傳感器及計算機 組成，作用是控制機器人的位姿、速度等跟隨目標值變化。包括機器人 伺服控制的特點、伺服機構的分類、控制模型、常用的伺服控制方法?；疽螅毫私鈾C器人伺服控制的特點、伺服機構的分類、控制模 型、常用的伺服控制方法。第十一章 機器人語言；（1 學時） 對于機器人采用示教的方式

13、，不存在語言編程問題，然而存在停產(chǎn) 時間長，不適應操作對象和外界環(huán)境變化等缺點，因此采用機器人語言 編程，可使機器人停產(chǎn)時間很短，能實現(xiàn)機器人的感覺控制。包括機器 人語言的特點和分類、VAL語言及編程舉例?；疽螅毫私鈾C器人語言的特點和分類、VAL語言。第十二章 機器人的感覺技術；（1 學時）機器人配置感覺裝置，賦予它對作業(yè)對象和環(huán)境的檢測判斷功能， 則機器人就能適應變化的情況， 靈活地改變動作程序，自動地進行作業(yè) 包括感覺裝置分類及技術內(nèi)容、光軸編碼器、觸覺技術介紹、聽覺技術介紹、視覺技術介紹?；疽螅毫私飧杏X裝置分類及技術內(nèi)容、 光軸編碼器、 觸覺技術、 聽覺技術、視覺技術。第十三章

14、機器人移動技術；（1 學時） 移動機器人的行走部分包括移動機構、驅(qū)動裝置、傳感探測器等， 它一方面支撐機身、臂、手部等，另一方面根據(jù)要求在廣闊的空間內(nèi)運 動，使機器人的性能有了飛躍性的提高。包括移動機構、移動方向的誘 導方法、移動機器人的追蹤控制?；疽螅毫私庖苿訖C構、移動方向的誘導方法、移動機器人的追 蹤控制第十四章 機器人實例與發(fā)展趨勢；（1 學時） 介紹機器人實例與發(fā)展趨勢。包括工業(yè)機器人系統(tǒng)實例、機器人發(fā) 展趨勢、機器人技術在我國的迅速發(fā)展。基本要求：了解工業(yè)機器人系統(tǒng)實例、機器人發(fā)展趨勢、機器人技 術在我國的迅速發(fā)展（五）課程的講授任課教師必須做到下面幾點：1）認真?zhèn)湔n，做好教案，熟練掌握課程的基本內(nèi)容。2）采用啟發(fā)式、討論式的教學方法，以學生為中心，活躍課堂氣氛， 調(diào)動學生學習的主動性、積極性，培養(yǎng)學生邏輯思維能力、分析問題能 力和解決問題能力。3）講課思路要清晰，包括：問題的提出、解決問題的條件、建立模 型、分析解決問題的思路、解題和總結等；概念要準確，重點要突出，理論聯(lián)系實際，要適時