機器人系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用 教學大綱

《機器人系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用》教學大綱SyllabusofRobotSystem:DesignandApplication課程基本信息CourseInformation課程名稱CourseName機器人系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用RobotSystem:DesignandApplication開課學院School機械與電氣工程學院專業(yè)負責人MajorLeader田劼課程負責人TeamLeader趙建偉課程編碼CourseCodeU2041500學分Credits2總學時TotalHours32理論學時LectureHours28實驗學時ExperimentHours4自主學時OthersHours0實踐周數(shù)PracticeWeeks適用專業(yè)Audience機器人工程授課語言LanguageofInstruction中文先修課程Prerequisite模擬電子技術(shù)B、數(shù)字電子技術(shù)B、傳感器原理與技術(shù)、C語言程序設(shè)計課程簡介CourseDescription《機器人系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用》是機器人工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課。本課程包含機器人基礎(chǔ)理論，關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計流程與工程應(yīng)用等多部分內(nèi)容。通過本課程的學習使學生能夠熟悉、使用、研究和設(shè)計機器人，為從事機器人相關(guān)的工作奠定基礎(chǔ)。主要任務(wù)是：學習機器人學必要的基礎(chǔ)知識、機器人部件、系統(tǒng)和機器人應(yīng)用的基本知識。The《RobotSystem:DesignandApplication》isacompulsorycourseforthemajorofrobotengineering.Thiscourseincludesrobotbasictheory,keytechnology,designprocessandengineeringapplication.Throughthestudyofthiscourse,studentscanbefamiliarwith,use,researchanddesignrobots,andlayafoundationfortheworkrelatedtorobots.Themaintaskistolearnthebasicknowledgenecessaryforrobotics,thebasicknowledgeofrobotcomponents,systemsandrobotapplications.一、課程目標（LearningOutcomes）課程目標畢業(yè)要求指標點目標1：從機器人應(yīng)用的實際角度出發(fā)，闡述機器人技術(shù)的概念、運動和動力學規(guī)律和算法。3.1能夠?qū)λ杞鉀Q的復(fù)雜機械工程問題進行分析和提煉，確定出具體的設(shè)計/開發(fā)需求和目標，并設(shè)計出解決方案。3.3掌握基本的創(chuàng)新方法，具備運用開發(fā)工具對機械工程領(lǐng)域的新產(chǎn)品、新藝、新技術(shù)和新設(shè)備進行研究、開發(fā)和設(shè)計的能力。5.1了解機械工程學科發(fā)展現(xiàn)狀，能夠在機械工程實踐中初步掌握并使用現(xiàn)代工程技術(shù)、方法和工具。5.2能夠初步運用現(xiàn)代信息技術(shù)工具對復(fù)雜機械工程問題進行預(yù)測與模擬，并了解其局限性。目標2：將機器人基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合，力求反映國內(nèi)外機器人研究領(lǐng)域的新進展。目標3：介紹機器人領(lǐng)域的新進展，激發(fā)學習興趣，啟迪創(chuàng)新思想。目標:4：使工科學生能真正的將理論學習與實際相結(jié)合，完成對機器人系統(tǒng)的四部分（機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)）的深刻認識，并學會機器人設(shè)計的方法。目標:5：掌握用“機器人技術(shù)”去觀察、分析、解決問題。3.2能夠在安全、環(huán)境、法律等現(xiàn)實約束條件下，通過技術(shù)經(jīng)濟評價對設(shè)計方案的可行性進行研究。目標:6：力爭從科學前沿的高度，培養(yǎng)邏輯思維和創(chuàng)新思維能力，提高分析、解決實際工程應(yīng)用問題的能力。二、教學內(nèi)容（Topics）教學內(nèi)容模塊（章節(jié)）重點難點教學內(nèi)容課程目標教學方式考核方式1緒論機器人的定義及其特點，機器人類型介紹1.1機器人的出現(xiàn)

1.2機器人的定義、組成和特征

1.3國內(nèi)外機器人的發(fā)展

1.4各種典型的機器人

1.5機器帶來的影響

1.6機器人展望目標1目標2目標3目標4講授/討論/案例分析/自主學習作業(yè)/考試2機器人應(yīng)用技術(shù)機器人控制技術(shù)，機器人的模糊控制技術(shù)2.1機器人控制技術(shù)

2.2機器人的定位技術(shù)

2.3機器人基于多傳感器的信息融合技術(shù)

2.4機器人的模糊控制技術(shù)

2.5機器人的路徑規(guī)劃技術(shù)目標1目標2目標3目標4講授/討論/案例分析/自主學習作業(yè)/考試3機器人系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計，軟件系統(tǒng)設(shè)計3.1行走機構(gòu)設(shè)計

3.2底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.3電動機選型

3.4機器人的機械臂機構(gòu)設(shè)計

3.5機器人整體結(jié)構(gòu)材料的選擇原則

3.6機器人軟件系統(tǒng)設(shè)計目標1目標2目標3目標4目標5講授/討論/案例分析/自主學習作業(yè)/考試4基于智能車的機器人本體設(shè)計系統(tǒng)硬件組成，控制程序編寫4.1智能車的底盤的安裝設(shè)計4.2系統(tǒng)硬件組成及安裝說明4.3智能車的機械臂的設(shè)計4.4基于C語言的控制程序編寫實例4.5智能車的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計目標1目標2目標3目標4目標5講授/討論/案例分析/自主學習作業(yè)/考試5機器人視覺系統(tǒng)圖像處理技術(shù)，濾波算法5.1機器人視覺簡述

5.2攝像機模型

5.3圖像處理技術(shù)

5.4濾波算法概述

5.5基于攝像頭的路徑識別智能車控制系統(tǒng)設(shè)計目標2目標3目標4目標5講授/討論/案例分析/自主學習作業(yè)/考試6機器人傳感器技術(shù)傳感器和驅(qū)動器6.1傳感器的作用

6.2傳感器分類

6.3內(nèi)部傳感器

6.4外部傳感器

6.5傳感器的檢測

6.6驅(qū)動器

6.7傳感器編程應(yīng)用案例目標2目標3目標4目標5目標6講授/討論/案例分析/自主學習作業(yè)/考試7機器人系統(tǒng)仿真搭建機器人仿真模型，搭建機器人仿真環(huán)境7.1基于SolidWorks的智能車建模

7.2機器人仿真系統(tǒng)

7.3搭建機器人仿真模型

7.4機器人仿真7.5搭建機器人仿真環(huán)境7.6典型機器人仿真案例分析目標2目標3目標4目標5目標6講授/討論/案例分析/自主學習作業(yè)/考試8機器人系統(tǒng)開發(fā)LabVIEW8.1LabVIEW簡述

8.2創(chuàng)建項目

8.3部署應(yīng)用程序

8.4基于LabVIEW的視覺應(yīng)用案例目標2目標3目標4目標5目標6講授/討論/案例分析/自主學習作業(yè)/考試三、教學進度（ClassSchedule）教學內(nèi)容模塊（章節(jié)）學時分配理論學時實驗學時自主學習小計緒論22機器人應(yīng)用技術(shù)22機器人系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)44基于智能車的機器人本體設(shè)計44機器人視覺系統(tǒng)44機器人傳感器技術(shù)426機器人系統(tǒng)仿真44機器人系統(tǒng)開發(fā)426合計28432四、考核內(nèi)容、方式及評分標準（ContentsandMethodofAssessment,GradingStandards）考核環(huán)節(jié)總成績占比支撐課程目標平時作業(yè)1、每周布置2-3道題目，平均每次課1道題以上。10%目標1，2，3，4，5，62、成績采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準確性、是否按時上交、是否獨立完成評分。3、考核學生對機器人技術(shù)基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有分析，簡答、計算、繪圖等。實驗1、對機器人技術(shù)的發(fā)展趨勢進行分析論述。2、分析典型機器人的特點及應(yīng)用領(lǐng)域。30%目標1，2，3，4，5，6期末考試1、閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。60%目標1，2，3，4，5，63、主要考核學生對機器人技術(shù)基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有簡答題、作圖題、分析題、計算題等。評分標準考核環(huán)節(jié)<6060-7575-9090-100平時作業(yè)作業(yè)抄襲，未能按時完成，作圖不規(guī)范，解題思路混亂獨立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準確獨立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準確獨立思考、按時完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準確實驗實驗方案設(shè)計存在較大問題，未能有效解決實驗?zāi)繕?，或系統(tǒng)實現(xiàn)存在嚴重缺陷。實驗報告不完整，內(nèi)容混亂或缺乏必要的分析，未能清楚闡述實驗?zāi)康?、過程和結(jié)果，問題解決方法不明確，數(shù)據(jù)不準確或存在錯誤。實驗方案設(shè)計較為簡單，能夠完成基本的系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)，可能存在一些不夠優(yōu)化的地方。實驗報告結(jié)構(gòu)完整，內(nèi)容能基本闡述實驗過程和結(jié)果，但對某些部分的分析較為簡略，存在對實驗中問題的解決方法缺乏詳細闡述的情況。實驗方案設(shè)計合理，能夠較好地實現(xiàn)機器人系統(tǒng)的設(shè)計目標。解決問題的思路清晰，但創(chuàng)新性和技術(shù)水平較為一般。實驗報告結(jié)構(gòu)完整，內(nèi)容清晰。對實驗過程和結(jié)果的分析較為全面，能準確地總結(jié)問題和解決方案，但在某些方面可能存在不足之處。實驗方案設(shè)計合理，創(chuàng)新性強，能夠獨立完成系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。實驗中使用的技術(shù)、算法或模型達到較高水平，解決問題的思路清晰、嚴謹。實驗報告結(jié)構(gòu)清晰，分析深入，能夠全面地闡述設(shè)計思路、實驗過程、實驗結(jié)果及其分析。能夠清楚地總結(jié)實驗中遇到的問題及解決方案，報告內(nèi)容充實，數(shù)據(jù)準確，條理清晰?？己谁h(huán)節(jié)權(quán)重考核環(huán)節(jié)目標1目標2目標3目標4目標5目標6平時作業(yè)30%40%40%30%30%20%實驗10%20%20%10%10%20%考試60%40%40%60%60%60%總權(quán)重100%100%100%100%100%100%五、教材或參考資料（Textbooks&OtherMaterials）1.趙建偉.機器人系統(tǒng)設(shè)計及其應(yīng)用技術(shù)【M】.清華大學出版社.2017年11月2.孟慶鑫，王曉東.機器人技術(shù)基礎(chǔ)【M】.哈爾濱工業(yè)大學出版社.2006年09月

3.Craig，J.J.機器人學導(dǎo)論【M】.機械工業(yè)出版社，2006，6.

4.SKSAH