《機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與控制》教學(xué)大綱

《機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與控制》教學(xué)大綱課程編號(hào)：13230420英文名稱：RobotDriveandControl學(xué)分：3學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)56學(xué)時(shí)，其中理論40學(xué)時(shí)，實(shí)踐16學(xué)時(shí)先修課程：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用、機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)課程類別：專業(yè)主干課程授課對(duì)象：機(jī)器人工程專業(yè)學(xué)生教學(xué)單位：機(jī)械與電氣工程學(xué)院修讀學(xué)期：第5學(xué)期一、課程描述和目標(biāo)本課程是為本專業(yè)的三年級(jí)學(xué)生開設(shè)的專業(yè)方向課程。機(jī)器人驅(qū)動(dòng)裝置是驅(qū)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)，借助于動(dòng)力元件使機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作。本課程結(jié)合大量工程應(yīng)用實(shí)例，系統(tǒng)介紹基于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、液壓、氣壓等裝置的驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)及其最新應(yīng)用成果。本課程涉及機(jī)器人廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域、多種機(jī)器人類型和多方面的專業(yè)技術(shù)，通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生能制定正確的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與控制設(shè)計(jì)方案，解決機(jī)器人工程控制問題，了解本行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)和行業(yè)規(guī)范，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感，促進(jìn)全面素質(zhì)的提高。本課程擬達(dá)到的課程目標(biāo)如下：課程目標(biāo)1：能基于電路、控制等相關(guān)原理和方法正確描述機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與控制中的復(fù)雜工程問題；課程目標(biāo)2：能夠基于機(jī)器人相關(guān)原理知識(shí)，利用查閱文獻(xiàn)、專業(yè)調(diào)研、研究討論等方法分析機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與控制設(shè)計(jì)中的復(fù)雜工程問題并給出解決方案；課程目標(biāo)3：能夠?qū)C(jī)器人驅(qū)動(dòng)與控制的復(fù)雜工程問題有清晰地認(rèn)識(shí)與分析，選擇與使用恰當(dāng)?shù)膬x器設(shè)備、專業(yè)開發(fā)軟件、硬件資源，對(duì)驅(qū)動(dòng)與控制中的復(fù)雜工程問題進(jìn)行計(jì)算與設(shè)計(jì)。二、課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)權(quán)重2.2能基于電路、控制等相關(guān)科學(xué)原理和數(shù)學(xué)模型方法正確表達(dá)機(jī)器人工程相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。課程目標(biāo)1H4.1能夠基于科學(xué)原理，通過文獻(xiàn)研究或?qū)I(yè)調(diào)研等相關(guān)方法，調(diào)研和分析機(jī)器人工程相關(guān)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路及解決方案。課程目標(biāo)2L5.2能夠選擇與使用恰當(dāng)?shù)膬x器、信息資源、工程工具和專業(yè)模擬軟件，對(duì)機(jī)器人工程相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析、計(jì)算與設(shè)計(jì)。課程目標(biāo)3H三、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配1．理論教學(xué)內(nèi)容序號(hào)教學(xué)內(nèi)容基本要求及重、難點(diǎn)（含德育要求）學(xué)時(shí)教學(xué)方式對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1機(jī)器人及驅(qū)動(dòng)與控制概述基本要求：了解機(jī)器人的發(fā)展動(dòng)態(tài)、掌握機(jī)器人的組成、機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)、機(jī)器人的分類、機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)發(fā)展。重點(diǎn)難點(diǎn)：機(jī)器人的組成及控制技術(shù)發(fā)展德育要求：立德樹人6集中講授課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)32機(jī)器人步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)及應(yīng)用基本要求：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在機(jī)器人中的應(yīng)用概況、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理、分類、運(yùn)行特性、驅(qū)動(dòng)技術(shù)、控制技術(shù)、基于步進(jìn)電機(jī)的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與控制設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用案例。重點(diǎn)難點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)的加減速控制德育要求：愛崗敬業(yè)8集中講授課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)33機(jī)器人直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)及應(yīng)用基本要求：直流電動(dòng)機(jī)在機(jī)器人中的應(yīng)用概況、直流電動(dòng)機(jī)的工作原理、分類、運(yùn)行特性、驅(qū)動(dòng)技術(shù)、控制技術(shù)、基于直流電機(jī)的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與控制設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用案例。重點(diǎn)難點(diǎn)：直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)德育要求：創(chuàng)新意識(shí)8集中講授課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)34機(jī)器人交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)及應(yīng)用基本要求：交流電動(dòng)機(jī)在機(jī)器人中的應(yīng)用概況、同步電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)、模擬式交流伺服系統(tǒng)與數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)、基于交流電動(dòng)機(jī)的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與控制設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用案例。重點(diǎn)難點(diǎn)：基于交流電動(dòng)機(jī)的機(jī)器人控制設(shè)計(jì)德育要求：社會(huì)責(zé)任6集中講授、小組討論課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)35機(jī)器人氣壓驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)及應(yīng)用基本要求：氣動(dòng)系統(tǒng)在機(jī)器人中的應(yīng)用概況、氣動(dòng)控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成、比例/伺服控制閥的選擇、控制理論、典型應(yīng)用、基于氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人控制設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用案例。重點(diǎn)難點(diǎn)：氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制的原理德育要求：科學(xué)素養(yǎng)6集中講授、小組討論課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)36機(jī)器人液壓驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)及應(yīng)用基本要求：液壓系統(tǒng)在機(jī)器人中的應(yīng)用概況、液壓控制系統(tǒng)的工作原理、組成、分類、基于液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人控制設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用案例。重點(diǎn)難點(diǎn)：液壓驅(qū)動(dòng)控制的原理德育要求：樂于奉獻(xiàn)6集中講授、小組討論課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3合計(jì)402．實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求學(xué)時(shí)類型對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1工業(yè)機(jī)器人激光雕刻控制根據(jù)具體需求，設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人激光雕刻控制方案及驅(qū)動(dòng)程序，完成激光雕刻任務(wù)4演示、驗(yàn)證課程目標(biāo)1課程目標(biāo)22工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)控制根據(jù)具體需求，設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)控制方案及驅(qū)動(dòng)程序，完成搬運(yùn)任務(wù)4演示、驗(yàn)證課程目標(biāo)1課程目標(biāo)23機(jī)器人步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制根據(jù)具體需求，設(shè)計(jì)機(jī)器人步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方案及程序，完成驅(qū)動(dòng)控制任務(wù)4演示、設(shè)計(jì)課程目標(biāo)1課程目標(biāo)24機(jī)器人直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制根據(jù)具體需求，設(shè)計(jì)機(jī)器人直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方案及程序，完成驅(qū)動(dòng)控制任務(wù)4演示、設(shè)計(jì)課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2合計(jì)16四、課程教學(xué)方法1.總體設(shè)計(jì)采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式，虛實(shí)結(jié)合，將機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制相關(guān)項(xiàng)目設(shè)計(jì)貫穿于整個(gè)教學(xué)過程中，分析學(xué)生設(shè)計(jì)過程產(chǎn)生的錯(cuò)誤，通過師生互動(dòng)完成教學(xué)任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握。課堂教學(xué)方法：理論講授、實(shí)踐演示、項(xiàng)目討論。實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法：項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、集中指導(dǎo)、自主練習(xí)、個(gè)別答疑。課外學(xué)習(xí)方法：預(yù)習(xí)教材相關(guān)章節(jié)。2.課堂教學(xué)課堂講授：在課前預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，按知識(shí)模塊，通過項(xiàng)目案例來演示和歸納主要知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用，通過問題引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和討論，不斷強(qiáng)化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。在講授、討論中，引導(dǎo)學(xué)生掌握分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試的基本方法，使學(xué)生體驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的過程，獲得項(xiàng)目設(shè)計(jì)的成就感。課內(nèi)小組討論：圍繞實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)、優(yōu)化、完善和補(bǔ)充。3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)在課外學(xué)習(xí)和作業(yè)實(shí)施的基礎(chǔ)上，通過具體任務(wù)要求和集中實(shí)驗(yàn)，理解有關(guān)知識(shí)點(diǎn)，開展機(jī)器人常用驅(qū)動(dòng)和控制方法的演示。4.課外學(xué)習(xí)課前預(yù)習(xí)：要求學(xué)生在課前按預(yù)習(xí)計(jì)劃完成自主學(xué)習(xí)內(nèi)容，即自學(xué)教材相關(guān)章節(jié)。課后作業(yè)：要求學(xué)生按時(shí)完成課后作業(yè)，本課程要求學(xué)生完成5次課后作業(yè)，主要內(nèi)容包括但不限于依據(jù)所學(xué)的機(jī)器人、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、單片機(jī)等方面的知識(shí)，分析、設(shè)計(jì)考慮實(shí)際影響因素的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制軟硬件開發(fā)方案。五、學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)和課程考核（一）考核方式及具體要求1.課程成績(jī)構(gòu)成與要求課程考核注重形成性和終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合，考核內(nèi)容主要由課堂表現(xiàn)、平時(shí)作業(yè)、實(shí)驗(yàn)考核、期末考試組成，均按百分制計(jì)分，其中課堂表現(xiàn)成績(jī)占10%、平時(shí)作業(yè)成績(jī)占15%、實(shí)驗(yàn)成績(jī)占20%、期末閉卷考試成績(jī)占55%。2.課程目標(biāo)達(dá)成考核與評(píng)價(jià)序號(hào)教學(xué)環(huán)節(jié)課程目標(biāo)1（分值）課程目標(biāo)2（分值）課程目標(biāo)3（分值）合計(jì)1課堂表現(xiàn)424102平時(shí)作業(yè)636153實(shí)驗(yàn)考核10100204期末考試15152555課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)分值353035100（二）考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)1.課堂表現(xiàn)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值觀測(cè)點(diǎn)90-100分70-89分60-69分0-59分課堂表現(xiàn)課堂積極學(xué)習(xí)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與控制設(shè)計(jì)及安全規(guī)范知識(shí)，回答問題主動(dòng)性高，項(xiàng)目設(shè)計(jì)應(yīng)用討論參與度強(qiáng)。課堂較積極學(xué)習(xí)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與控制設(shè)計(jì)及安全規(guī)范知識(shí)，回答問題主動(dòng)性較高，項(xiàng)目設(shè)計(jì)應(yīng)用討論參與度較強(qiáng)。課堂學(xué)習(xí)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與控制設(shè)計(jì)及安全規(guī)范知識(shí)的態(tài)度一般，回答問題主動(dòng)性尚可，項(xiàng)目設(shè)計(jì)應(yīng)用討論參與度一般。課堂學(xué)習(xí)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與控制設(shè)計(jì)及安全規(guī)范知識(shí)的態(tài)度差，不參與問題解答與項(xiàng)目設(shè)計(jì)應(yīng)用討論。2.平時(shí)作業(yè)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值觀測(cè)點(diǎn)90-100分70-89分60-69分0-59分平時(shí)作業(yè)按時(shí)完成，90%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制相關(guān)基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握到位，設(shè)計(jì)方案合理。按時(shí)完成，70%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制相關(guān)基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握較到位，設(shè)計(jì)方案較合理。延時(shí)完成，60%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制相關(guān)基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握基本到位，設(shè)計(jì)方案基本合理。不交和補(bǔ)交，50%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制相關(guān)基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握有偏差，設(shè)計(jì)方案需改進(jìn)。3.實(shí)驗(yàn)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值觀測(cè)點(diǎn)90-100分70-89分60-69分0-59分實(shí)驗(yàn)考核機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)方案合理，設(shè)計(jì)方法正確，機(jī)器人功能演示完整，很好地完成了實(shí)驗(yàn)要求內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式規(guī)范，符合實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫作要求。機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)方案較合理，設(shè)計(jì)方法較正確，機(jī)器人功能演示較完整，較好地完成了實(shí)驗(yàn)要求內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式較規(guī)范，較符合實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫作要求。機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)方案與設(shè)計(jì)方法一般，機(jī)器人部分功能可以演示，實(shí)驗(yàn)要求內(nèi)容完成度一般，實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式基本符合實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫作要求。機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)方案與設(shè)計(jì)方法較差，機(jī)器人功能演示效果差，實(shí)驗(yàn)要求內(nèi)容完成度差，實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式不符合實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫作要求。4.期末試卷考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)課程目標(biāo)及教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)期末考核試題，綜合檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)課程相關(guān)知識(shí)的掌握、綜合應(yīng)用及解決復(fù)雜工程問題的能力，根據(jù)考試題目設(shè)計(jì)相應(yīng)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。六、教材與參考書（一）推薦教材1．《機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與控制及應(yīng)用實(shí)例》，黃志堅(jiān)編著，化學(xué)工業(yè)出版社，2016年5月版。