機(jī)器人系統(tǒng)建模與仿真教學(xué)大綱機(jī)械電子

《機(jī)器人建模與仿真技術(shù)》教學(xué)大綱課程名稱：機(jī)器人建模與仿真技術(shù)課程類別（必修/選修）：選修課程英文名稱：RoboticsModeling&Simulation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)：8先修課程：機(jī)械制圖、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、控制工程基礎(chǔ)、液壓與氣動(dòng)后續(xù)課程支撐：機(jī)器人控制技術(shù)基礎(chǔ)、專題實(shí)作（capstonecourse）、畢業(yè)設(shè)計(jì)授課時(shí)間：2，4-14周，每周一5-6節(jié)授課地點(diǎn)：7B-412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)器人系統(tǒng)建模與仿真》，李艷生等編著，北京郵電大學(xué)出版社教學(xué)參考資料：《ADAMS入門詳解與實(shí)例》第2版，李增剛編著，國(guó)防工業(yè)出版社課程簡(jiǎn)介：《機(jī)器人系統(tǒng)建模與仿真》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，全面深入地介紹了移動(dòng)機(jī)器人和臂式機(jī)器人的系統(tǒng)組成以及建模與仿真的基本原理，重點(diǎn)突出Adams和MATLAB軟件在動(dòng)力學(xué)仿真和數(shù)值計(jì)算上的優(yōu)勢(shì)，展示機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)建模與仿真的詳細(xì)過(guò)程。本課程可作為高等院校機(jī)械電子工程、機(jī)器人工程和機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化等專業(yè)學(xué)生在機(jī)器人研究方向的教學(xué)培養(yǎng)課程，注重學(xué)生在機(jī)器人等智能自動(dòng)化裝備領(lǐng)域的設(shè)計(jì)研發(fā)能力、工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力的培養(yǎng)。基礎(chǔ)原理講授與實(shí)踐教學(xué)16：8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)器人系統(tǒng)建模與仿真的基本知識(shí)展開(kāi)講授：包括機(jī)器人系統(tǒng)與建?；A(chǔ)知識(shí)，Adams仿真方法與基本操作、移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真、臂式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真、MatLab程序設(shè)計(jì)及M文件、移動(dòng)機(jī)器人控制仿真、臂式機(jī)器人控制仿真、Adams與MatLab聯(lián)合仿真等知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容。學(xué)生通過(guò)本課程學(xué)習(xí)可了解掌握機(jī)器人系統(tǒng)建模與仿真的基本原理和方法，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)，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)器人系統(tǒng)建模與仿真的系統(tǒng)化基礎(chǔ)知識(shí)；掌握機(jī)器人系統(tǒng)與建模基礎(chǔ)知識(shí)，Adams仿真方法與基本操作、移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真、臂式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真、MatLab程序設(shè)計(jì)及M文件、移動(dòng)機(jī)器人控制仿真、臂式機(jī)器人控制仿真、Adams與MatLab聯(lián)合仿真等知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容。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)器人系統(tǒng)建模與仿真的運(yùn)用能力，掌握常見(jiàn)的移動(dòng)式機(jī)器人、工業(yè)四軸到六軸機(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Adams軟件在動(dòng)力學(xué)仿真和數(shù)值計(jì)算上的優(yōu)勢(shì)，展示機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)建模與仿真的詳細(xì)過(guò)程。提高學(xué)生利用機(jī)器人系統(tǒng)建模與仿真解決實(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)器人系統(tǒng)與建?；A(chǔ)知識(shí)張超2重點(diǎn)：機(jī)器人系統(tǒng)與建模基礎(chǔ)知識(shí)、基本內(nèi)涵概念、概論；難點(diǎn)：機(jī)器人數(shù)學(xué)建模方法，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；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)器人系統(tǒng)建模與仿真》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(shù)立遠(yuǎn)大理想和愛(ài)國(guó)主義情懷，樹(shù)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)14Adams仿真方法王帥2重點(diǎn)：Adams仿真原理；基本仿真模塊；難點(diǎn)：Adams軟件的仿真原理；基本仿真模塊了解；線下課堂講授/課后答疑目標(biāo)15Adams軟件基本操作王帥2重點(diǎn)：建模與仿真基本操作；約束的添加，處理等；難點(diǎn)：Adams軟件的基本操作；約束的添加，仿真與后處理；線下課堂講授/課后答疑目標(biāo)18自平衡機(jī)器人運(yùn)動(dòng)及控制仿真張超2重點(diǎn)：兩輪機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真；自平衡機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真；移動(dòng)機(jī)器人反饋控制仿真；PID控制仿真；難點(diǎn)：幾何模型的創(chuàng)建；加載模型約束；控制模塊搭建等；課程思政融入點(diǎn)：結(jié)合當(dāng)前移動(dòng)式機(jī)器人的研發(fā)熱點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景，給學(xué)生介紹移動(dòng)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)生講解移動(dòng)式機(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)移動(dòng)式機(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)19臂式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)及控制仿真張超2重點(diǎn)：串聯(lián)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)仿真；并聯(lián)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)仿真；機(jī)械臂PID控制仿真；機(jī)械臂滑模控制仿真；難點(diǎn)：幾何模型的創(chuàng)建；加載模型約束；控制模塊搭建等；并聯(lián)機(jī)械臂仿真與解算；課程思政融入點(diǎn)：結(jié)合工業(yè)機(jī)械臂與當(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，提高工業(yè)機(jī)械臂的設(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)展及機(jī)械臂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，尤其注重工業(yè)機(jī)械臂智能控制及仿真技術(shù)方面的研究。目標(biāo)110輪式及軀干式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模張超2重點(diǎn)：輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模主要方法；軀干式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模主要方法；難點(diǎn)：基于作用的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模；基于約束的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模；線下課堂講授/課后答疑目標(biāo)211腿足式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模及仿真張超2重點(diǎn)：腿足式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型與具體的機(jī)械結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，根據(jù)移動(dòng)方式的不同，機(jī)械腿的自由度和配置方式各不相同，建立相適應(yīng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；難點(diǎn)：基于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)構(gòu)型的模型簡(jiǎn)化，建立及分析；線下課堂講授/課后答疑目標(biāo)212機(jī)器人系統(tǒng)聯(lián)合仿真案例；小組討論及課程總結(jié)張超2重點(diǎn)：機(jī)器人系統(tǒng)聯(lián)合仿真案例講解；小組合作，針對(duì)選定的某一款機(jī)械臂或移動(dòng)式機(jī)器人進(jìn)行建模分析；系統(tǒng)性的掌握其原理和應(yīng)用；課程總結(jié)；難點(diǎn)：機(jī)器人系統(tǒng)聯(lián)合仿真基本方法；聯(lián)合仿真結(jié)果分析；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)建模仿真的應(yīng)用案例，進(jìn)行調(diào)研，分析建模仿真在機(jī)器人設(shè)計(jì)、控制、優(yōu)化中的作用，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)2合計(jì)16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)6雙輪移動(dòng)機(jī)器人ADAMS仿真實(shí)驗(yàn)王帥2重點(diǎn)：掌握雙輪移動(dòng)機(jī)器人模型建立方法、約束建立、仿真測(cè)量方法；通過(guò)本次試驗(yàn)，掌握雙輪移動(dòng)機(jī)器人的基本運(yùn)動(dòng)仿真；難點(diǎn)：模型建立、約束建立、仿真測(cè)量方法；綜合實(shí)操目標(biāo)27自平衡移動(dòng)機(jī)器人ADAMS仿真實(shí)驗(yàn)王帥2重點(diǎn)：掌握自平衡移動(dòng)機(jī)器人模型建立方法、約束建立、控制模塊搭建、控制仿真方法；通過(guò)本次試驗(yàn)，掌握自平衡移動(dòng)機(jī)器人的基本運(yùn)動(dòng)仿真；難點(diǎn)：模型建立、約束建立、控制模塊搭建、控制仿真；綜合實(shí)操目標(biāo)213串聯(lián)機(jī)械臂仿真實(shí)驗(yàn)王帥2重點(diǎn)：掌握串聯(lián)機(jī)械臂模型建立方法、約束建立、運(yùn)動(dòng)仿真方法；通過(guò)本次試驗(yàn)，掌握串聯(lián)機(jī)械臂的基本運(yùn)動(dòng)仿真；難點(diǎn)：模型建立、約束建立、運(yùn)動(dòng)仿真；綜合實(shí)操目標(biāo)214并聯(lián)機(jī)械臂仿真實(shí)驗(yàn)王帥2重點(diǎn)：掌握并聯(lián)機(jī)械臂模型建立方法、約束建立、運(yùn)動(dòng)仿真方法；通過(guò)本次試驗(yàn)，掌握并聯(lián)機(jī)械臂的基本運(yùn)動(dòng)仿真；難點(diǎn)：模型建立、約束建立、運(yùn)動(dòng)仿真；綜合實(shí)操目標(biāo)2合計(jì)8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)一1-410202050目標(biāo)二4-210202050總計(jì)204040100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?；纠碚摫容^清楚?；纠碚摶厩宄；纠碚摬惶宄＝鉀Q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)雙輪移動(dòng)機(jī)器人、自平衡移動(dòng)機(jī)器、串聯(lián)機(jī)械臂、并聯(lián)機(jī)械臂的模型建立方法，運(yùn)動(dòng)仿真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，熟練掌握模型建立方法，運(yùn)動(dòng)仿真等基礎(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，比較熟練掌握模型建立方法，運(yùn)動(dòng)仿真等基礎(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，基本掌握模型建立方法，運(yùn)動(dòng)仿真等基礎(chǔ)操作知識(shí)?；就瓿蓪?shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，概念不太清楚，不太掌握模型建立方法，運(yùn)動(dòng)仿真等基礎(chǔ)操作知識(shí)。雙輪移動(dòng)機(jī)器人、自平衡移動(dòng)機(jī)器、串聯(lián)機(jī)械臂、并聯(lián)機(jī)械臂實(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，研究該機(jī)器人的系統(tǒng)建模及仿真方法，探討建模及仿真在機(jī)器人整體設(shè)計(jì)優(yōu)化，控制等方面的作用；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