《機(jī)器人控制技術(shù)》課程教學(xué)大綱

1、機(jī)器人控制技術(shù)課程教學(xué)大綱課程編號(hào)課程名稱(中文) 機(jī)器人控制技術(shù)(英文) the Technology of Robot Controled課程基本情況1. 學(xué)分: 4 學(xué)時(shí): 50 (課內(nèi)學(xué)時(shí): 32 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí): 8 課外項(xiàng)目學(xué)時(shí)： 8學(xué)時(shí) ）2. 課程性質(zhì)：專業(yè)選修課3. 適用專業(yè)：自動(dòng)化類、近自動(dòng)化類專業(yè)適用對(duì)象：本科生4. 先修課程：高等數(shù)學(xué)、普通物理、電子技術(shù)、微機(jī)原理、自動(dòng)控制原理、電機(jī)與拖動(dòng)5. 首選教材：機(jī)器人控制技術(shù)，陳萬米，機(jī)械工業(yè)出版社，2016 二選教材：機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論-分析、系統(tǒng)及應(yīng)用Saeed B.Niku （美國(guó)），孫富春等譯，電子工業(yè)出版社，2004年 參考書目

2、：機(jī)器人控制技術(shù)相關(guān)教材6. 考核形式：開卷考試7. 教學(xué)環(huán)境：課堂、課外課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知和理解能力、邏輯思維能力，以及算法設(shè)計(jì)與分析能力，程序設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)能力。本課程是專業(yè)方向課之一，目的是使學(xué)生擴(kuò)大眼界、豐富知識(shí)、了解前沿技術(shù)。由于機(jī)器人技術(shù)是一項(xiàng)跨學(xué)科的綜合性技術(shù)，涉及：自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能、電子技術(shù)和機(jī)械工程等多種學(xué)科的內(nèi)容，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)所學(xué)的自動(dòng)化專業(yè)有進(jìn)一步的理解，對(duì)多學(xué)科的綜合應(yīng)用技術(shù)有一個(gè)基本的概念。 本課程具理論性、設(shè)計(jì)性與實(shí)踐性的特點(diǎn)。介紹機(jī)器人各相關(guān)子系統(tǒng)的功能及其作用、齊次變換和正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的解法，使學(xué)生掌握一般機(jī)器人作

3、業(yè)進(jìn)行作業(yè)任務(wù)及運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，再結(jié)合實(shí)驗(yàn)課，使學(xué)生對(duì)機(jī)器人整體系統(tǒng)有一個(gè)明確的概念。本門課是對(duì)軟件、硬件和數(shù)學(xué)三門課程一次應(yīng)用實(shí)踐的核心課程，為學(xué)生今后的工作提高提供了必要的技能訓(xùn)練。本課程支撐的畢業(yè)要求畢業(yè)要求具體指標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.機(jī)器人的基本問題1，了解機(jī)器人各相關(guān)子系統(tǒng)的功能及其作用；在熟練掌握三維空間中點(diǎn)、物體及坐標(biāo)系變換的基礎(chǔ)上，可熟練地對(duì)物體進(jìn)行三維空間的解析表示；2，以上述內(nèi)容為基礎(chǔ)，熟練應(yīng)用D-H方法確定機(jī)器人各桿件坐標(biāo)系及D-H矩陣，熟練掌握齊次變換和正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的解法；3，能夠掌握應(yīng)用在機(jī)器人上的各種傳感器的原理和機(jī)器人的各種驅(qū)動(dòng)器；4， 能夠?qū)σ话愕臋C(jī)器人作業(yè)進(jìn)行作業(yè)任

4、務(wù)及運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，并能夠以此為基礎(chǔ)，針對(duì)特定的驅(qū)動(dòng)控制器，從運(yùn)動(dòng)學(xué)控制方面進(jìn)行作業(yè)及運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。課程目標(biāo)12.設(shè)計(jì)優(yōu)化5，機(jī)器人部分與整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。6，了解和掌握優(yōu)化設(shè)計(jì)（包括實(shí)踐環(huán)節(jié)）。課程目標(biāo)2課程教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)分配、教學(xué)方式和考察方式第1-4周16學(xué)時(shí)支撐關(guān)系課程目標(biāo)1中了解機(jī)器人各相關(guān)子系統(tǒng)的功能及其作用；在熟練掌握三維空間中點(diǎn)、物體及坐標(biāo)系變換的基礎(chǔ)上，可熟練地對(duì)物體進(jìn)行三維空間的解析表示；2，以上述內(nèi)容為基礎(chǔ)，熟練應(yīng)用D-H方法確定機(jī)器人各桿件坐標(biāo)系及D-H矩陣，熟練掌握齊次變換和正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的解法； 教學(xué)內(nèi)容1，緒論（學(xué)時(shí)：4學(xué)時(shí)）了解機(jī)器人的定義及發(fā)展歷史；掌握機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與分類；了

5、解機(jī)器人的參考坐標(biāo)系；了解對(duì)機(jī)器人控制的基本要求；了解機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用等基本問題。重點(diǎn)：機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和分類難點(diǎn)：了解典型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，機(jī)器人與其它自動(dòng)機(jī)的區(qū)別及其聯(lián)系。 2，機(jī)器人位置運(yùn)動(dòng)學(xué)（學(xué)時(shí)：6學(xué)時(shí)）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)是專門研究物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的。要求學(xué)生掌握機(jī)器人坐標(biāo)系的建立方法；掌握機(jī)器人正向運(yùn)動(dòng)學(xué)求解方法及逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)求解方法。重點(diǎn)：機(jī)器人正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)難點(diǎn)：如何表示多自由度機(jī)器人在空間的運(yùn)動(dòng)，以及如何用D-H表示法導(dǎo)出機(jī)器人的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。3，微分運(yùn)動(dòng)和速度（學(xué)時(shí)：6學(xué)時(shí)）機(jī)器人的微分運(yùn)動(dòng)是討論了機(jī)器人坐標(biāo)系的微分運(yùn)動(dòng)以及這些運(yùn)動(dòng)對(duì)坐標(biāo)系及它的位姿的影響。要求學(xué)生在已知

6、機(jī)器人的關(guān)節(jié)速度的前提下，就可以計(jì)算出機(jī)器人的手在空間的運(yùn)動(dòng)速度。并為后面設(shè)計(jì)和選擇適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)器作準(zhǔn)備。重點(diǎn)：雅克比矩陣難點(diǎn)：已知機(jī)器人的關(guān)節(jié)速度的前提下，就可以計(jì)算出機(jī)器人的手在空間的運(yùn)動(dòng)速度。教學(xué)方式通過教師進(jìn)行講解，配合課堂習(xí)題、課后作業(yè)講解。考察方式目標(biāo)1主要通過簡(jiǎn)答題、計(jì)算題、畫圖說明題等在試卷上進(jìn)行考核。第5周實(shí)踐項(xiàng)目，8學(xué)時(shí)支撐關(guān)系課程目標(biāo)2中6，了解和掌握優(yōu)化設(shè)計(jì)（包括實(shí)踐環(huán)節(jié)）。教學(xué)內(nèi)容1， 實(shí)踐環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)1：家庭服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)； 實(shí)驗(yàn)2：仿真機(jī)器人系統(tǒng)；2，課外項(xiàng)目，參觀展覽會(huì)，查閱相關(guān)資料教學(xué)方式學(xué)生自行進(jìn)行實(shí)踐，參加課外項(xiàng)目?？疾旆绞秸n程目標(biāo)2的實(shí)踐、課外項(xiàng)目主要計(jì)入平

7、時(shí)成績(jī)進(jìn)行考察。第6-10周16學(xué)時(shí)教學(xué)，8學(xué)時(shí)實(shí)踐、課外項(xiàng)目支撐關(guān)系課程目標(biāo)1中3，能夠掌握應(yīng)用在機(jī)器人上的各種傳感器的原理和機(jī)器人的各種驅(qū)動(dòng)器；4， 能夠?qū)σ话愕臋C(jī)器人作業(yè)進(jìn)行作業(yè)任務(wù)及運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，并能夠以此為基礎(chǔ)，針對(duì)特定的驅(qū)動(dòng)控制器，從運(yùn)動(dòng)學(xué)控制方面進(jìn)行作業(yè)及運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。課程目標(biāo)2中5，機(jī)器人部分與整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。教學(xué)內(nèi)容4，路徑和軌跡規(guī)劃（學(xué)時(shí)：6學(xué)時(shí)）機(jī)器人的軌跡規(guī)劃是討論機(jī)器人如何在預(yù)定模式下運(yùn)動(dòng)。要求學(xué)生掌握在關(guān)節(jié)空間或直角坐標(biāo)空間對(duì)機(jī)器人進(jìn)行軌跡規(guī)劃。重點(diǎn)：軌跡規(guī)劃的基本原理難點(diǎn)：關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃5，驅(qū)動(dòng)裝置（學(xué)時(shí)：4學(xué)時(shí)）了解用于機(jī)器人上的多種不同的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系

8、統(tǒng)、伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)等，并掌握每種系統(tǒng)自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。重點(diǎn)：應(yīng)用在機(jī)器人上的各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能比較難點(diǎn)：對(duì)大部分工業(yè)機(jī)器人都采用的伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的工作原理 6，機(jī)器人傳感器（學(xué)時(shí)：6學(xué)時(shí)）介紹機(jī)器人常用的幾種傳感器以及機(jī)器人傳感器的選擇要求。要求學(xué)生掌握位置傳感器，速度傳感器，力傳感器，視覺傳感器的原理；了解接近覺傳感器，觸覺傳感器的基本原理。重點(diǎn)：常用傳感器的應(yīng)用，如位置傳感器、速度傳感器、加速度傳感器和壓力傳感器等。難點(diǎn)：智能型傳感器的應(yīng)用7，實(shí)踐環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)3：機(jī)器人傳感器； 實(shí)驗(yàn)4：機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制；課外項(xiàng)目，綜合分析教學(xué)方式通過教師進(jìn)行講解，穿插課堂練習(xí)。學(xué)生自行進(jìn)行實(shí)踐，參加課

9、外項(xiàng)目?？疾旆绞秸n程目標(biāo)1主要通過簡(jiǎn)答題、計(jì)算題、畫圖說明題、分析題、綜合題等在試卷上進(jìn)行考核。課程目標(biāo)2通過設(shè)計(jì)題考核。實(shí)踐，課外項(xiàng)目主要計(jì)入平時(shí)成績(jī)進(jìn)行考察。課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)教學(xué)方式教師進(jìn)行課堂講解，在課堂上穿插課堂練習(xí)，每雙周進(jìn)行一次習(xí)題課講解。課程目標(biāo)達(dá)成評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)課程目標(biāo)達(dá)成評(píng)價(jià)方法平時(shí)成績(jī)30分期末閉卷成績(jī)70分課程目標(biāo)達(dá)成度平時(shí)表現(xiàn)及作業(yè)(30分)開卷考試（70分）課程目標(biāo)11055目標(biāo)1=（樣本平均分/65*100%）課程目標(biāo)22015目標(biāo)2=（樣本平均分/35*100%）分值3070100課程目標(biāo)達(dá)成評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)<60分60-69分70-79分80-89分90-100分課程

10、目標(biāo)1*未能理解機(jī)器人的坐標(biāo)變化、D-H分析、路徑規(guī)劃、傳感器、驅(qū)動(dòng)等初步掌握機(jī)器人的坐標(biāo)變化、D-H分析、路徑規(guī)劃、傳感器、驅(qū)動(dòng)等基本掌握機(jī)器人的坐標(biāo)變化、D-H分析、路徑規(guī)劃、傳感器、驅(qū)動(dòng)等掌握機(jī)器人的坐標(biāo)變化、D-H分析、路徑規(guī)劃、傳感器、驅(qū)動(dòng)等掌握機(jī)器人的坐標(biāo)變化、D-H分析、路徑規(guī)劃、傳感器、驅(qū)動(dòng)等，并能進(jìn)行優(yōu)化課程目標(biāo)2*基本不能設(shè)計(jì)機(jī)器人部分與整體的結(jié)構(gòu)能初步設(shè)計(jì)機(jī)器人部分與整體的結(jié)構(gòu)，考慮不夠周到能基本設(shè)計(jì)機(jī)器人部分與整體的結(jié)構(gòu)能正確設(shè)計(jì)機(jī)器人部分與整體的結(jié)構(gòu)熟練設(shè)計(jì)機(jī)器人部分與整體的結(jié)構(gòu)，并能進(jìn)行優(yōu)化。注：課程目標(biāo)1/2開卷考試評(píng)分細(xì)則見試卷所付參考答案評(píng)分細(xì)則；課程目標(biāo)1/

11、2平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)分規(guī)則：平時(shí)表現(xiàn)和作業(yè)按百分制評(píng)分：平時(shí)20分，曠課扣25分/次；缺一次作業(yè)或者作業(yè)抄襲扣2分，作業(yè)評(píng)分為A不扣分，作業(yè)評(píng)分為B扣1分，作業(yè)評(píng)分為C扣2分。實(shí)踐項(xiàng)目40分，課外項(xiàng)目40分。專業(yè)負(fù)責(zé)人審核意見 （簽名） 年 月 日系審核意見 自動(dòng)化系 （系） （簽名）年 月 日學(xué)院審核意見 （簽名） （公章） 年 月 日說明：1. 課外學(xué)時(shí)所針對(duì)的課外學(xué)習(xí)內(nèi)容是指由教師根據(jù)課程大綱提出學(xué)習(xí)要求，專項(xiàng)布置并參與指導(dǎo)、檢查進(jìn)程、驗(yàn)收成效，由學(xué)生課外按學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)完成的小項(xiàng)目、小課題，以及由學(xué)生對(duì)章節(jié)進(jìn)行的自主學(xué)習(xí)。課外學(xué)時(shí)計(jì)入課程總學(xué)時(shí)。2. 課程內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配應(yīng)包含課外部分，并明確教學(xué)方式和考核方法，以有效保障課外部分的實(shí)施。3. 鼓勵(lì)考核方式靈活多樣，任課教師可根據(jù)課程特點(diǎn)規(guī)定課程總評(píng)成績(jī)的組成