《機(jī)器人學(xué)》課程教學(xué)大綱

《機(jī)器人學(xué)》課程教學(xué)大綱課程編碼：412413課程名稱：機(jī)器人學(xué)英文名稱：ROBOTICS開課學(xué)期：7學(xué)時(shí)/學(xué)分：28學(xué)時(shí)/1.5，（其中實(shí)驗(yàn)為6學(xué)時(shí)）課程類型：專業(yè)選修課開課專業(yè)：機(jī)械類及自動(dòng)化專業(yè)選用教材：SaeedB.Niku.機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論－分析、系統(tǒng)及應(yīng)用，電子工業(yè)出版社，2004.1主要參考書：1.宋偉剛編著.機(jī)器人學(xué)—運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)與控制.北京：科學(xué)出版社，20072.蔡自興編著.機(jī)器人學(xué).北京：清華大學(xué)出版社，20093.Craig,JohnJ.著.贠超等譯.機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006課程性質(zhì)、目的與任務(wù)本課程的目的是使學(xué)生了解機(jī)器人系統(tǒng)的基本組成、特點(diǎn)和工作原理，掌握機(jī)器人學(xué)的基本理論和分析方法，了解機(jī)器人子系統(tǒng)如驅(qū)動(dòng)器、傳感器以及模糊控制等的特點(diǎn)及應(yīng)用。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解相關(guān)學(xué)科理論和技術(shù)在機(jī)器人技術(shù)中的應(yīng)用、拓寬知識面，提高機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的能力。教學(xué)基本要求1.掌握建立機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的方法。2.基本掌握軌跡規(guī)劃方法和模糊邏輯控制方法。3.了解機(jī)器人中經(jīng)常使用的驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)，在應(yīng)用中能夠正確選用。各章節(jié)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配第一章基礎(chǔ)知識（2學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生主要掌握機(jī)器人的組成、自由度、坐標(biāo)形式、參考坐標(biāo)系等基礎(chǔ)知識。教學(xué)內(nèi)容引言什么是機(jī)器人機(jī)器人的分類什么是機(jī)器人學(xué)機(jī)器人的發(fā)展歷史機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)機(jī)器人組成部件機(jī)器人自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)器人的坐標(biāo)機(jī)器人的參考坐標(biāo)系機(jī)器人的編程模式機(jī)器人的性能指標(biāo)機(jī)器人的工作空間機(jī)器人語言機(jī)器人應(yīng)用小結(jié)考核要求了解：機(jī)器人的發(fā)展歷史、組成、應(yīng)用。理解：機(jī)器人的編程模式、性能指標(biāo)、工作空間等概念。掌握：機(jī)器人的自由度、坐標(biāo)形式、參考坐標(biāo)系等基礎(chǔ)知識。第二章機(jī)器人位置運(yùn)動(dòng)學(xué)（10學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求本章的學(xué)習(xí)目的，在于使學(xué)生掌握表述多自由度機(jī)器人在空間的運(yùn)動(dòng)的方法，以及如何用D-H法建立機(jī)器人的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。要求學(xué)生掌握用矩陣表示點(diǎn)、向量、坐標(biāo)系及變換方法；特定類型機(jī)器人的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程（直角坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo)、球坐標(biāo)）、RPY姿態(tài)角及歐拉角；D-H法建立機(jī)器人的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。教學(xué)內(nèi)容引言機(jī)器人機(jī)構(gòu)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的矩陣表示齊次變換矩陣變換的表示變換矩陣的逆機(jī)器人的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的D-H表示法機(jī)器人的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解機(jī)器人的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)編程小結(jié)考核要求理解：變換的表示方法及機(jī)器人的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究內(nèi)容。掌握：用矩陣表示點(diǎn)、向量、坐標(biāo)系及變換方法；特定類型機(jī)器人的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程（直角坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo)、球坐標(biāo)）、RPY姿態(tài)角及歐拉角；D-H法建立機(jī)器人的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。第三章微分運(yùn)動(dòng)和速度（3學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握坐標(biāo)系的微分運(yùn)動(dòng)、機(jī)器人機(jī)構(gòu)的微分運(yùn)動(dòng)以及兩者之間的關(guān)系。教學(xué)內(nèi)容引言微分關(guān)系雅可比矩陣坐標(biāo)系的微分運(yùn)動(dòng)微分變化的解釋坐標(biāo)系之間的微分變化機(jī)器人及機(jī)器人手坐標(biāo)系的微分運(yùn)動(dòng)雅可比矩陣的計(jì)算如何建立雅可比矩陣和微分算子之間的關(guān)聯(lián)雅可比矩陣求逆小結(jié)考核要求理解：雅可比矩陣的概念。掌握：坐標(biāo)系的微分運(yùn)動(dòng)、機(jī)器人機(jī)構(gòu)的微分運(yùn)動(dòng)以及兩者之間的關(guān)系。第五章軌跡規(guī)劃（3學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解機(jī)器人規(guī)劃的作用和任務(wù)，理解路徑與軌跡的概念及關(guān)節(jié)空間描述與直角坐標(biāo)空間描述的含義?；菊莆諜C(jī)器人關(guān)節(jié)空間描述與直角坐標(biāo)空間的軌跡規(guī)劃方法。機(jī)器人軌跡規(guī)劃方法。教學(xué)內(nèi)容引言路徑與軌跡關(guān)節(jié)空間描述與直角坐標(biāo)空間描述軌跡規(guī)劃的基本原理關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃連續(xù)軌跡記錄小結(jié)考核要求了解：機(jī)器人規(guī)劃的作用和任務(wù)。理解：路徑與軌跡的概念及關(guān)節(jié)空間描述與直角坐標(biāo)空間描述的含義。掌握：機(jī)器人關(guān)節(jié)空間描述與直角坐標(biāo)空間的軌跡規(guī)劃方法。第六章驅(qū)動(dòng)器（2學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解常用驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)，在應(yīng)用中能夠根據(jù)實(shí)際需要選用，理解常用驅(qū)動(dòng)器的工作原理。教學(xué)內(nèi)容引言驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的比較液壓驅(qū)動(dòng)器氣動(dòng)裝置電動(dòng)機(jī)電機(jī)的微處理器控制磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器形狀記憶金屬減速器小結(jié)考核要求了解：常用驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)，在應(yīng)用中能夠根據(jù)實(shí)際需要選用。理解：常用驅(qū)動(dòng)器的工作原理。第八章模糊邏輯控制（2學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解模糊邏輯控制方法的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域，理解論域、元素、集合、模糊集合、隸屬度等概念，掌握機(jī)器人的模糊邏輯控制方法。教學(xué)內(nèi)容引言模糊控制需要什么清晰值與模糊值模糊集合：隸屬度與真值度模糊化模糊推理規(guī)則庫清晰化模糊邏輯控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)小結(jié)考核要求了解：模糊邏輯控制方法的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域。理解：論域、元素、集合、模糊集合、隸屬度等概念。掌握：機(jī)器人的模糊邏輯控制方法。實(shí)驗(yàn)（1）機(jī)器人認(rèn)知及示教設(shè)計(jì)（2學(xué)時(shí)）掌握示教的方法；設(shè)計(jì)機(jī)器人的示教過程。（2）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及控制（2學(xué)時(shí)）掌握機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的建立；會運(yùn)用方程求解運(yùn)動(dòng)學(xué)的正解和反解，并實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制。（3）運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及C語言編程控制（2學(xué)時(shí)）掌握工業(yè)機(jī)器人的伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的控制；學(xué)會使用高級語言（VC、VB）對機(jī)器人的控制方法；理解動(dòng)態(tài)連接庫的概念；利用所給的動(dòng)態(tài)連接庫，編寫機(jī)器人抓取作業(yè)程序。（4）機(jī)器人搬運(yùn)物件（2學(xué)時(shí)）掌握機(jī)器人搬運(yùn)路線的規(guī)劃方法；設(shè)計(jì)機(jī)器人裝配作業(yè)的工作過程，并編程實(shí)現(xiàn)。開設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一覽表實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目編號實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)類型實(shí)驗(yàn)性質(zhì)41241301機(jī)器人認(rèn)知及示教設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)性必做41241302機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及控制設(shè)計(jì)性必做41241303運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及C語言編程控制設(shè)計(jì)性必做41241304機(jī)器人搬運(yùn)物件設(shè)計(jì)性選做考核方式：評分標(biāo)準(zhǔn)為五分制，由出勤、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)課情況組成。平時(shí)出勤及課堂練習(xí)情況占成績20％；習(xí)題課作業(yè)占40％，缺作業(yè)一次或以上者，沒有成績；實(shí)驗(yàn)課按出席和交報(bào)告情況占成績40％，參加實(shí)驗(yàn)和交報(bào)告次數(shù)缺一次，沒有成績。備注：（1）本大綱僅列出達(dá)到教學(xué)基本要求的課程內(nèi)容，列出的內(nèi)容并非要求都講，有些內(nèi)容，可以通過自學(xué)達(dá)到教學(xué)基本要求。（2）作業(yè)是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，為了幫