機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)大綱機(jī)械電子

《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)大綱課程名稱：機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)課程類別（必修/選修）：選修課程英文名稱：FundamentalsofRobotics總學(xué)時(shí)/周學(xué)時(shí)/學(xué)分：24/2/1.5其中實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)：4先修課程：機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、電工電子、機(jī)電傳動(dòng)與控制、機(jī)械控制工程基礎(chǔ)、液壓與氣動(dòng)后續(xù)課程支撐：專題實(shí)作、畢業(yè)設(shè)計(jì)授課時(shí)間：2，4-14周，每周五3-4節(jié)授課地點(diǎn)：6D-405答疑時(shí)間、地點(diǎn)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(kāi)卷（）閉卷（）課程論文（√）其它（）使用教材：《機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用》（第2版），張憲民編著，機(jī)械工業(yè)出版社教學(xué)參考資料：《機(jī)器人學(xué)》第三版，蔡自興，謝斌編著，清華大學(xué)出版社課程簡(jiǎn)介：本課程為專業(yè)選修課，是機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制多學(xué)科知識(shí)交叉的一門課程，注重學(xué)生作為智能機(jī)器人等智能自動(dòng)化裝備的設(shè)計(jì)能力、工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力的培養(yǎng)?；A(chǔ)原理講授與實(shí)踐教學(xué)20：4分配學(xué)時(shí)，強(qiáng)化知識(shí)點(diǎn)、技術(shù)點(diǎn)與實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目結(jié)合，注重本專業(yè)課領(lǐng)域的最新技術(shù)和知識(shí)的更新，課程講授內(nèi)容依托教材，但不限于教材，及時(shí)補(bǔ)充新的技術(shù)信息，更新過(guò)時(shí)的知識(shí)點(diǎn)和技術(shù)點(diǎn)。課程圍繞機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用的基本知識(shí)展開(kāi)講授：包括機(jī)器人的概念，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、位姿軌跡控制、力控制、智能控制以及仿真等知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)建模是本課程的重點(diǎn)講授內(nèi)容，學(xué)生通過(guò)本課程學(xué)習(xí)可了解掌握機(jī)器人的基本原理和建模方法，建立系統(tǒng)完整的基礎(chǔ)理論體系，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)機(jī)器人智能控制等課程打下必要的和堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生們可以初步建立并形成對(duì)機(jī)器人，尤其是工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)化概念，具有相對(duì)完善的機(jī)器人應(yīng)用知識(shí)體系架構(gòu)，便于后續(xù)的學(xué)習(xí)和從事相關(guān)行業(yè)工作。課程教學(xué)目標(biāo)及對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐課程教學(xué)目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求目標(biāo)1：理解機(jī)器人領(lǐng)域的系統(tǒng)化基礎(chǔ)知識(shí)；掌握機(jī)器人位姿描述與坐標(biāo)變換、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析的基本方法；掌握常用的機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)與控制、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)空間規(guī)劃等基本操作，理解簡(jiǎn)單的機(jī)器人關(guān)節(jié)空間、笛卡爾空間的分析方法；掌握機(jī)器人簡(jiǎn)單的空間軌跡規(guī)劃的原理、特點(diǎn)；了解最新工業(yè)機(jī)器人、特種機(jī)器人等在日常生活，生產(chǎn)中的應(yīng)用。1-4能夠?qū)C(jī)械工程相關(guān)知識(shí)和數(shù)學(xué)模型方法用于復(fù)雜機(jī)械工程問(wèn)題解決方案的比較與綜合。1工程知識(shí)：掌握扎實(shí)的數(shù)學(xué)知識(shí)、物理、化學(xué)等自然科學(xué)知識(shí)，力學(xué)、電工電子學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)、工程材料學(xué)等工程基礎(chǔ)知識(shí)以及機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械傳動(dòng)與控制等專業(yè)知識(shí)，并將其用于解決機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、制造、管理等過(guò)程中的復(fù)雜機(jī)械工程問(wèn)題。目標(biāo)2：具備一定的機(jī)器人領(lǐng)域的分析和運(yùn)用能力，掌握常見(jiàn)的工業(yè)四軸到六軸機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和特性；掌握機(jī)器人的基本原理和建模方法，建立系統(tǒng)完整的基礎(chǔ)理論體系；了解機(jī)器人智能控制、機(jī)器學(xué)習(xí)的基本方法；立足于機(jī)器人理論知識(shí)和實(shí)際操作的結(jié)合，以典型機(jī)械臂應(yīng)用操作為手段，提高學(xué)生利用機(jī)器人技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。4-2能夠針對(duì)具體機(jī)械工程問(wèn)題，選擇研究路線，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并能夠構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，安全的開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)，正確地采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。4研究：能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、制造、管理等過(guò)程中的復(fù)雜機(jī)械工程問(wèn)題進(jìn)行研究，包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析與數(shù)據(jù)解釋，并通過(guò)信息綜合得到合理有效的結(jié)論。課程思政目標(biāo)：通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)精神以及團(tuán)隊(duì)合作精神，培養(yǎng)學(xué)生的全局觀與辯證觀，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、實(shí)事求是的工作作風(fēng)以及良好的職業(yè)素養(yǎng)。理論教學(xué)進(jìn)程表周次教學(xué)主題授課教師學(xué)時(shí)數(shù)教學(xué)內(nèi)容（重點(diǎn)、難點(diǎn)、課程思政融入點(diǎn)）教學(xué)模式線下/混合式教學(xué)方法作業(yè)安排支撐課程目標(biāo)2緒論；機(jī)器人位姿描述與坐標(biāo)變換張超2重點(diǎn)：機(jī)器人技術(shù)的基本內(nèi)涵概念、概論；機(jī)械臂典型結(jié)構(gòu)；連桿、關(guān)節(jié)及自由度；位姿描述與坐標(biāo)變換；難點(diǎn)：位姿描述與坐標(biāo)變換；坐標(biāo)系平移與旋轉(zhuǎn)變換；剛體的位置和姿態(tài)描述課程思政融入點(diǎn)：結(jié)合本專業(yè)以及《中國(guó)制造2025》和廣東省、粵港澳大灣區(qū)的發(fā)展規(guī)劃，為學(xué)生講解《機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用》在工業(yè)智能化領(lǐng)域的重要作用。從為什么學(xué)習(xí)這門課入手，引導(dǎo)學(xué)生樹立遠(yuǎn)大理想和愛(ài)國(guó)主義情懷，樹立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀，勇敢地肩負(fù)起時(shí)代賦予的光榮使命，全面提高學(xué)生思想政治素質(zhì)。線下課堂講授/課后答疑課程思政作業(yè)：深入學(xué)習(xí)《中國(guó)制造2025》和廣東省、粵港澳大灣區(qū)的發(fā)展規(guī)劃；調(diào)研機(jī)器人技術(shù)在東莞制造領(lǐng)域的作用。目標(biāo)14機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)；機(jī)器人速度建模與分析；張超2重點(diǎn)：機(jī)器人連桿參數(shù)；機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)；機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)；機(jī)器人速度建模與分析；雅克比矩陣的構(gòu)建(微分變換法）；難點(diǎn)：連桿速度的傳遞與計(jì)算；機(jī)器人連桿參數(shù)及運(yùn)動(dòng)學(xué)求解；雅克比矩陣的構(gòu)建(微分變換法）；奇異及可操作性；線下課堂講授/課后答疑目標(biāo)15機(jī)器人動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)張超2重點(diǎn)：拉格朗日法動(dòng)力學(xué)建模；連桿間加速度的傳遞；連桿間靜力的傳遞及力雅克比矩陣；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及慣性張量；難點(diǎn)：連桿間靜力的傳遞及力雅克比矩陣；線下課堂講授/課后答疑目標(biāo)16機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模張超2重點(diǎn)：機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模（牛頓-歐拉法）；機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模（拉格朗日方程）；難點(diǎn)：機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模（拉格朗日方程）線下課堂講授/課后答疑目標(biāo)17機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)與控制張超2重點(diǎn)：機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)理解、關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、關(guān)節(jié)伺服控制；機(jī)器人傳感器；關(guān)節(jié)傳動(dòng)參數(shù)計(jì)算及負(fù)載特性；難點(diǎn)：關(guān)節(jié)伺服控制；關(guān)節(jié)傳動(dòng)參數(shù)計(jì)算及負(fù)載特性；課程思政融入點(diǎn)：結(jié)合機(jī)器人關(guān)節(jié)私服電機(jī)的技術(shù)與當(dāng)今“機(jī)器換人”政策快速結(jié)合與發(fā)展的時(shí)代背景，引導(dǎo)學(xué)生研究興趣，努力鉆研，提高關(guān)節(jié)電機(jī)的設(shè)計(jì)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(dāng)今機(jī)器人快速發(fā)展及關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)性能的高效利用做出貢獻(xiàn)。線下課堂講授/課后答疑課程思政作業(yè)：調(diào)研我國(guó)“機(jī)器換人”和智能制造2025的重點(diǎn)研發(fā)方向，尤其注重機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)方面的研究。目標(biāo)28軌跡規(guī)劃與控制張超2重點(diǎn)：機(jī)器人軌跡規(guī)劃；笛卡爾空間軌跡規(guī)劃；難點(diǎn)：機(jī)器人軌跡規(guī)劃；線下課堂講授/課后答疑目標(biāo)19非線性控制及力控制張超2重點(diǎn)：非線性控制及力控制；位姿及軌跡控制；質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的力控制；難點(diǎn)：機(jī)器人的力控制；線下課堂講授/課后答疑目標(biāo)210機(jī)器人智能控制方法概述張超2重點(diǎn)：機(jī)器學(xué)習(xí)在機(jī)器人中的應(yīng)用；機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)；計(jì)算機(jī)視覺(jué)；模仿學(xué)習(xí)機(jī)器人；自主學(xué)習(xí)機(jī)器人；多智能體機(jī)器人；未來(lái)智能機(jī)器人；難點(diǎn)：機(jī)器學(xué)習(xí)的概念理解；計(jì)算機(jī)視覺(jué)；智能控制基本方法；線下課堂講授/課后答疑作業(yè)：選一款典型的機(jī)器人系統(tǒng)，寫一篇小組專題報(bào)告（8-10頁(yè)A4紙），并制作15-20頁(yè)P(yáng)PT，用于課堂小組匯報(bào)和討論；目標(biāo)211機(jī)器人專題案例張超2重點(diǎn)：人機(jī)交互基本概念，協(xié)作機(jī)器人概念及內(nèi)涵；掌握其作用和應(yīng)用前景；難點(diǎn)：人機(jī)交互，協(xié)作機(jī)器人概念及內(nèi)涵理解；課程思政融入點(diǎn)：結(jié)合特種機(jī)器人在國(guó)家重點(diǎn)制造領(lǐng)域，國(guó)防領(lǐng)域的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)報(bào)國(guó)，技術(shù)報(bào)國(guó)熱情；為學(xué)生講解特種機(jī)器人在典型的場(chǎng)合，比如涉核環(huán)境，危險(xiǎn)防化環(huán)境，疫情環(huán)境中的重要作用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)報(bào)國(guó)之心。線下課堂講授/課后答疑課程思政作業(yè)：調(diào)研我國(guó)特種機(jī)器人在涉核環(huán)境，危險(xiǎn)防化環(huán)境，疫情環(huán)境中的重要作用，寫出自身的調(diào)研感悟。目標(biāo)212小組專題匯報(bào)，課程總結(jié)張超2重點(diǎn)：小組合作，針對(duì)選定的機(jī)器人專題研究；系統(tǒng)性的掌握其原理和應(yīng)用；課程總結(jié)；難點(diǎn)：機(jī)器人專題的系統(tǒng)性理解，主動(dòng)性的進(jìn)行研究；線下課堂講授、討論/課后答疑目標(biāo)2合計(jì)20實(shí)踐教學(xué)進(jìn)程表周次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱授課教師學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容（重點(diǎn)、難點(diǎn)、課程思政融入點(diǎn)）項(xiàng)目類型（驗(yàn)證/綜合/設(shè)計(jì)）教學(xué)方法支撐課程目標(biāo)13四軸工業(yè)機(jī)器人認(rèn)識(shí)與操作張超黃永波2重點(diǎn)：掌握機(jī)器人坐標(biāo)系建立方法；通過(guò)本次試驗(yàn)，掌握四自由度SCARA工業(yè)機(jī)器人的示教編程與再現(xiàn)控制；難點(diǎn)：四自由度SCARA工業(yè)機(jī)器人的編程與控制；綜合實(shí)操目標(biāo)214六軸工業(yè)機(jī)器人認(rèn)識(shí)與操作張超黃永波2重點(diǎn)：掌握機(jī)器人桿件坐標(biāo)系建立方法；通過(guò)本次試驗(yàn)，掌握六自由度工業(yè)機(jī)器人的示教編程與再現(xiàn)控制；難點(diǎn)：六自由度工業(yè)機(jī)器人的示教編程與再現(xiàn)控制。綜合實(shí)操目標(biāo)2合計(jì)4課程考核課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)評(píng)價(jià)依據(jù)及成績(jī)比例（%）權(quán)重（%）課堂表現(xiàn)/小組專題討論/報(bào)告實(shí)踐課程論文目標(biāo)一1-41003040目標(biāo)二4-210203060總計(jì)202060100附錄：各類考核評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)表課堂表現(xiàn)/小組專題討論及報(bào)告評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)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。基本理論比較清楚。基本理論基本清楚。基本理論不太清楚。解決問(wèn)題的方案正確性解決問(wèn)題的思路清晰，方案合理。解決問(wèn)題的思路比較清晰，方案比較合理。解決問(wèn)題的思路基本清晰，方案基本合理。解決問(wèn)題的思路不太清晰，方案不太合理。課堂小組討論，匯報(bào)完成態(tài)度課堂認(rèn)真準(zhǔn)備，按時(shí)完成小組報(bào)告，課堂討論，小組專題匯報(bào)PPT，邏輯清晰，講解系統(tǒng)。課堂認(rèn)真準(zhǔn)備，按時(shí)完成小組報(bào)告，課堂討論，小組專題匯報(bào)PPT，邏輯比較清晰，講解比較系統(tǒng)。課堂認(rèn)真準(zhǔn)備，按時(shí)完成小組報(bào)告，課堂討論，小組專題匯報(bào)PPT，邏輯較為一般，講解較為一般。課堂未認(rèn)真準(zhǔn)備小組報(bào)告，課堂討論，小組專題匯報(bào)PPT，或后期補(bǔ)交。實(shí)踐評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)A(90-100)B(80-89)C(60-79)D(0-59)四自由度、六自由度工業(yè)機(jī)器人的桿件坐標(biāo)系建立方法，示教編程與再現(xiàn)控制等基本操作的掌握程度按照實(shí)踐規(guī)程和正確方法完成實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，概念清楚，熟練掌握四/六自由度工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)操作知識(shí)。按照實(shí)踐規(guī)程和正確方法完成實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，概念比較清楚，比較熟練掌握四/六自由度工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)操作知識(shí)。按照實(shí)踐規(guī)程和正確方法完成實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，概念基本清楚，基本掌握四/六自由度工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)操作知識(shí)?；就瓿蓪?shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，概念不太清楚，不太掌握四/六自由度工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)操作知識(shí)。四自由度、六自由度工業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫認(rèn)真總結(jié)，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告；報(bào)告結(jié)構(gòu)完整，內(nèi)容正確。認(rèn)真總結(jié)，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告；報(bào)告結(jié)構(gòu)比較完整，內(nèi)容基本正確。完整撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告；報(bào)告結(jié)構(gòu)基本合理，內(nèi)容基本正確。實(shí)驗(yàn)報(bào)告不完整，內(nèi)容不合理。課程論文評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)A(90-100)B(80-89)C(60-79)D(0-59)主題跟課程相關(guān)性（權(quán)重0.2）主題跟課程和相關(guān)性高主題跟課程相關(guān)性較高主題跟課程有一定相關(guān)性主題跟課程無(wú)相關(guān)性論文內(nèi)容架構(gòu)：選擇一個(gè)自己感興趣的機(jī)器人系統(tǒng)，調(diào)研本產(chǎn)品/研究方向國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，論文包含系統(tǒng)硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)特性、功能指標(biāo)、傳感檢測(cè)系統(tǒng)、控制方法等；形成自己的思考；注重內(nèi)容質(zhì)量、時(shí)效性、原創(chuàng)性（權(quán)重0.5）內(nèi)容豐富且新穎、圖文并茂、時(shí)效性高、具有國(guó)際視野；研究?jī)?nèi)容系統(tǒng)化，形成自己的思考；內(nèi)容較豐富且較新、有一張以上圖片、時(shí)效性較高、具有國(guó)際視野；研究?jī)?nèi)容比較系統(tǒng)化，有一定自己的思考；內(nèi)容豐富度不夠且時(shí)效性較低、有一張圖片、有