《機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用》課程教學(xué)大綱

1、機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用課程教學(xué)大綱課程代碼： 030142006課程英文名稱： Robotic Technology and Its Applications 課程總學(xué)時(shí)： 32 講課： 32 實(shí)驗(yàn)： 0 上機(jī)： 0 適用專業(yè)：自動(dòng)化各專業(yè) 大綱編寫（修訂）時(shí)間： 2010.7一、大綱使用說明（一）課程的地位及教學(xué)目標(biāo) 機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用是一門綜合性較強(qiáng)的學(xué)科，主要講授機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用的基本知識、 基本理論和基本方法。 在自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中， 它起著至關(guān)重要的作用， 使學(xué)生對已學(xué)知 識有了更好的掌握，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用的能力。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將達(dá)到以下要求：1 了解機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的概況；2 了解

2、機(jī)器人的基本構(gòu)造特征及狀態(tài)描述；3 了解機(jī)器人坐標(biāo)系統(tǒng)，掌握坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)化；4 掌握機(jī)器人位置運(yùn)動(dòng)學(xué)、速度運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的相關(guān)知識；5具有運(yùn)用自動(dòng)化相關(guān)理論，綜合解決問題的能力。（二）知識、能力及技能方面的基本要求1. 基本知識： 掌握機(jī)器人的一般特征， 坐標(biāo)系統(tǒng)、 位置運(yùn)動(dòng)學(xué)、 速度運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)等。2. 基本能力及技能：掌握機(jī)器人世界坐標(biāo)系統(tǒng)和手坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化，根據(jù)位置運(yùn)動(dòng)學(xué)、 速度運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及自動(dòng)控制理論的相關(guān)知識解決問題的能力。（三）實(shí)施說明1. 教學(xué)方法： 課堂講授中要重點(diǎn)對基本概念、 基本方法和解題思路的講解； 采用啟發(fā)式 教學(xué)， 培養(yǎng)學(xué)生思考問題、 分析問題和解決問題的能力

3、； 引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生通過實(shí)踐和自學(xué)獲 取知識，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力； 增加討論課， 調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性； 注意培養(yǎng)學(xué)生提 高利用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及手冊等技術(shù)資料的能力。講課要聯(lián)系實(shí)際并注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。2. 教學(xué)手冊：本課程屬于技術(shù)綜合性較強(qiáng)的專業(yè)課，在教學(xué)中采用電子教案、CAI課件及多媒體教學(xué)系統(tǒng)等先進(jìn)教學(xué)手段， 以確保在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)， 全面、 高質(zhì)量地完成課程教學(xué) 任務(wù)。（四）對先修課的要求本課程的教學(xué)必須在完成先修課程之后進(jìn)行。 本課程主要的先修課有線性代數(shù)、 自動(dòng)控 制原理、機(jī)電學(xué)、運(yùn)動(dòng)控制基礎(chǔ)、電力拖動(dòng)直流自動(dòng)控制系統(tǒng)、現(xiàn)代控制理論、控制電機(jī)、 自動(dòng)檢測技術(shù)、電氣控制與PLC技術(shù)。

4、本課程要求能夠綜合運(yùn)用所學(xué)知識，來解決在機(jī)器人方面的有關(guān)問題。（五）對習(xí)題課、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的要求課后作業(yè)要少而精， 內(nèi)容要多樣化， 作業(yè)題內(nèi)容必須包括基本概念、 基本理論方面的內(nèi) 容，作業(yè)要能起到鞏固理論，掌握計(jì)算方法和技巧，提高分析問題、解決問題能力，對作業(yè) 中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，課上應(yīng)做必要的提示，并適當(dāng)安排課內(nèi)講評作業(yè)。學(xué)生必須獨(dú)立、按時(shí)完 成課外習(xí)題和作業(yè)，作業(yè)的完成情況應(yīng)作為評定課程成績的一部分。六）課程考核方式1. 考核方式：考查2. 考核目標(biāo)：在考核學(xué)生對機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用基本知識、基本原理和方法的基礎(chǔ)上， 重點(diǎn)考核學(xué)生的分析能力、根據(jù)所學(xué)知識解決問題的能力。3. 成績構(gòu)成：本課程的總成績主

5、要由三部分組成：平時(shí)成績（包括作業(yè)情況、出勤情況等）占10%實(shí)驗(yàn)成績占10%期末考試成績占80%平時(shí)成績由任課教師視具體情況按百分制給出。（七）參考書目機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用，朱世強(qiáng)、王宣銀 編著，浙江大學(xué)出版社，2001工業(yè)機(jī)器人，韓建海 主編，華中科技大學(xué)出版社，2009工業(yè)機(jī)器人（第二版），吳振彪、王正家 主編，華中科技大學(xué)出版社，2006機(jī)器人學(xué)基礎(chǔ)，蔡自興 編著，機(jī)械工業(yè)出版社，2009機(jī)器人導(dǎo)論，薩哈 著，機(jī)械工業(yè)出版社，2010二、中文摘要本課程是自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生選修的一門綜合性很強(qiáng)的專業(yè)課程。課程通過對機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用內(nèi)容的講授，使學(xué)生掌握機(jī)器人的基本知識、 基本原理和基本方法。課程主

6、要內(nèi)容包括 機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)，坐標(biāo)系統(tǒng)、位置運(yùn)動(dòng)學(xué)、速度運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)等。本課程能夠培養(yǎng)學(xué)生 綜合運(yùn)用所學(xué)知識，來解決在機(jī)器人方面的有關(guān)問題能力。三、課程學(xué)時(shí)分配表序號教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)講課實(shí)驗(yàn)上機(jī)1概論441.1機(jī)器人的概念11.2機(jī)器人發(fā)展歷史11.3機(jī)器人的分類11.4機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用12機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)442.1機(jī)器人的基本組成及技術(shù)參數(shù)22.2機(jī)器人總體設(shè)計(jì)23機(jī)器人的坐標(biāo)系統(tǒng)553.1機(jī)器人位姿的描述13.2機(jī)器人常用坐標(biāo)系及變換方程23.3機(jī)器人的連桿參數(shù)及D-H坐標(biāo)變換24機(jī)器人的位置運(yùn)動(dòng)學(xué)554.1機(jī)器人運(yùn)行位置的描述14.2機(jī)器人位置運(yùn)動(dòng)學(xué)方程24.3機(jī)器人位置運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解25機(jī)器

7、人速度學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)555.1機(jī)器人運(yùn)行速度的描述15.2機(jī)器人速度運(yùn)動(dòng)學(xué)方程25.3機(jī)器人速度運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解:26機(jī)器人動(dòng)力學(xué)556.1機(jī)器人動(dòng)力學(xué)的簡介16.2機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程26.3機(jī)器人動(dòng)力學(xué)逆解27機(jī)器人控制學(xué)447.1機(jī)器人控制學(xué)的簡介27.2機(jī)器人控制學(xué)的應(yīng)用2合計(jì)3232四、教學(xué)內(nèi)容及基本要求第1部分概論總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)）:4 講課:4 實(shí)驗(yàn):0上機(jī):0第1.1部分 機(jī)器人的概念（講課 1學(xué)時(shí)） 具體內(nèi)容：了解機(jī)器人的基本概念，對機(jī)器人有個(gè)整體認(rèn)識。第1.2部分 機(jī)器人發(fā)展歷史（講課 1學(xué)時(shí)） 具體內(nèi)容：了解機(jī)器人的發(fā)展概況，中國研制機(jī)器人的情況，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展方向。第1.3部分 機(jī)

8、器人的分類（講課 1學(xué)時(shí)） 具體內(nèi)容：了解機(jī)器人的分類，知道機(jī)器人可分為輪式、多足式、雙足式等。第1.4部分 機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用（講課 1學(xué)時(shí)） 具體內(nèi)容：了解機(jī)器人技術(shù)在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用，如軍事、醫(yī)療、地質(zhì)勘測等。第2部分機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)）:4 講課:4 實(shí)驗(yàn):0上機(jī):0第2.1部分 機(jī)器人的基本組成及技術(shù)參數(shù)（講課 2學(xué)時(shí)） 具體內(nèi)容：1）掌握機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)組成。2）了解相關(guān)的參數(shù)含義及設(shè)置。重 點(diǎn)：機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)組成，關(guān)節(jié)、自由度等概念。第2.2部分 機(jī)器人總體設(shè)計(jì)（講課 2學(xué)時(shí)） 具體內(nèi)容：了解機(jī)器人設(shè)計(jì)的基本原理，基本方法。第3部分機(jī)器人的坐標(biāo)系統(tǒng)總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)

9、）:5 講課:5 實(shí)驗(yàn):0上機(jī):0第3.1部分 機(jī)器人位姿的描述（講課 1學(xué)時(shí)） 具體內(nèi)容： 掌握世界坐標(biāo)系和手爪坐標(biāo)系的建立。重 點(diǎn)：建立世界坐標(biāo)系和手爪坐標(biāo)系。難點(diǎn)：不同坐標(biāo)系的選擇、創(chuàng)建。習(xí)題：選擇適當(dāng)?shù)膮⒖嘉锝⑹澜缱鴺?biāo)系和手爪坐標(biāo)系。第 3.2 部分 機(jī)器人常用坐標(biāo)系及變換方程（講課2 學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容 :1）了解機(jī)器人常用的坐標(biāo)系。2）掌握坐標(biāo)系的變換方程 。重 點(diǎn) : 掌握坐標(biāo)系的變換。難 點(diǎn) : 掌握變換矩陣、平移矩陣、旋轉(zhuǎn)矩陣計(jì)算。習(xí) 題 : 計(jì)算機(jī)器人的兩個(gè)坐標(biāo)系間的變換矩陣、平移矩陣和旋轉(zhuǎn)矩陣。第 3.3 部分 機(jī)器人的連桿參數(shù)及 D-H 坐標(biāo)變換（講課 2 學(xué)時(shí)） 具體內(nèi)

10、容 :1）了解機(jī)器人的連桿參數(shù)。2）掌握 D-H 坐標(biāo)的變換計(jì)算重 點(diǎn) :D-H 坐標(biāo)的變換計(jì)算。難 點(diǎn) :D-H 坐標(biāo)的變換計(jì)算。習(xí) 題 : 計(jì)算的兩個(gè)坐標(biāo)系間的 D-H 變換第 4 部分 機(jī)器人的位置運(yùn)動(dòng)學(xué) 總學(xué)時(shí) （ 單位：學(xué)時(shí) ）:5 講課 :5 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī):0第 4.1 部分 機(jī)器人運(yùn)行位置的描述（講課 1 學(xué)時(shí)） 具體內(nèi)容 :了解機(jī)器人的位置信息概念。第 4.2 部分 機(jī)器人位置運(yùn)動(dòng)學(xué)方程（講課 2 學(xué)時(shí)） 具體內(nèi)容 :1） 掌握運(yùn)用機(jī)器人位置運(yùn)動(dòng)學(xué)的知識；2） 掌握機(jī)器人位置運(yùn)動(dòng)方程的建立。3）掌握機(jī)器人位置運(yùn)動(dòng)方程的求解。重 點(diǎn) : 建立機(jī)器人位置運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，并對方程進(jìn)行

11、求解。難 點(diǎn) : 建立機(jī)器人位置運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，并對方程進(jìn)行求解。習(xí) 題 : 建立機(jī)器人位置運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，并對方程進(jìn)行求解。第 4.3 部分 機(jī)器人位置運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解（講課 2 學(xué)時(shí)） 具體內(nèi)容 : 掌握機(jī)器人位置運(yùn)動(dòng)方程的逆解，求得機(jī)器人的相關(guān)參數(shù)。重 點(diǎn) : 求機(jī)器人位置運(yùn)動(dòng)方程的逆解。難 點(diǎn) : 求機(jī)器人位置運(yùn)動(dòng)方程的逆解。習(xí) 題 :求機(jī)器人位置運(yùn)動(dòng)方程的逆解。第 5 部分 機(jī)器人的速度運(yùn)動(dòng)學(xué)總學(xué)時(shí) （ 單位：學(xué)時(shí) ）:5 講課 :5 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī):0 第 5.1 部分 機(jī)器人運(yùn)行速度的描述（講課 1 學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容 : 了解機(jī)器人的速度信息概念。 第 5.2 部分 機(jī)器人速度運(yùn)動(dòng)學(xué)方程（講課

12、 2 學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容 :1） 掌握運(yùn)用機(jī)器人速度運(yùn)動(dòng)學(xué)的知識；2） 掌握機(jī)器人速度運(yùn)動(dòng)方程的建立。3）掌握機(jī)器人速度運(yùn)動(dòng)方程的求解。 重 點(diǎn) :建立機(jī)器人速度運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，并對方程進(jìn)行求解。 難 點(diǎn) :建立機(jī)器人速度運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，并對方程進(jìn)行求解。 習(xí) 題 :建立機(jī)器人速度運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，并對方程進(jìn)行求解。第 5.3 部分 機(jī)器人速度運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解（講課 2 學(xué)時(shí)） 具體內(nèi)容 :掌握機(jī)器人速度運(yùn)動(dòng)方程的逆解，求得機(jī)器人的相關(guān)參數(shù)。 重 點(diǎn) :求機(jī)器人速度運(yùn)動(dòng)方程的逆解。 難 點(diǎn) :求機(jī)器人速度運(yùn)動(dòng)方程的逆解。 習(xí) 題 :求機(jī)器人速度運(yùn)動(dòng)方程的逆解。第 6 部分 機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)總學(xué)時(shí) （ 單位：學(xué)時(shí) ）:5

13、 講課 :5 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī):0 第 6.1 部分 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)的簡介（講課 1 學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容 : 了解機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)概念。第 6.2 部分 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程（講課 2 學(xué)時(shí)） 具體內(nèi)容 :1） 掌握運(yùn)用機(jī)器人動(dòng)力學(xué)的知識；2） 掌握機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程的建立。3）掌握機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程的求解。 重 點(diǎn) :建立機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程，并對方程進(jìn)行求解。 難 點(diǎn) :建立機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程，并對方程進(jìn)行求解。 習(xí) 題 :建立機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程，并對方程進(jìn)行求解。第 6.3 部分 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)逆解（講課 2 學(xué)時(shí)） 具體內(nèi)容 :掌握機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程的逆解，求得機(jī)器人的相關(guān)參數(shù)。 重 點(diǎn) :求機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程的逆解。難 點(diǎn) :求機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程的逆解。習(xí) 題