《機器人驅(qū)動與運動控制實驗》教學(xué)大綱

《機器人驅(qū)動與運動控制實驗》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：22140122課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)分：1學(xué)分學(xué)時：16學(xué)時（實驗16學(xué)時）先修課程：機器人驅(qū)動與運動控制后續(xù)課程：機器人操作系統(tǒng)、機器人編程與系統(tǒng)集成等適用專業(yè)：機器人工程專業(yè)開課單位：智能工程學(xué)院一、課程說明《機器人驅(qū)動與運動控制實驗》是機器人工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課，同時是《機器人驅(qū)動與運動控制》課程的實驗部分。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握交流異步電機、步進(jìn)電機、伺服電機等常見電機的控制方法；熟悉變頻器、伺服驅(qū)動器、運動控制器等的使用；從而進(jìn)一步加深學(xué)生對運動控制系統(tǒng)的認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識、解決實際問題的能力，為學(xué)習(xí)其他相關(guān)課程和從事相關(guān)技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：理解交流異步電機、步進(jìn)電機、伺服電機等常見電機的工作原理、特點以及相關(guān)使用和控制方法。課程目標(biāo)2：熟悉變頻器、伺服驅(qū)動器、運動控制器等的使用方法，并能夠利用相關(guān)設(shè)備設(shè)計要求相對復(fù)雜的運動控制系統(tǒng)，具備一定的動手實踐能力和較強的綜合應(yīng)用能力。課程目標(biāo)3：熟悉運動控制系統(tǒng)中常見的軟硬件測試、開發(fā)工具的使用方法；了解我國相關(guān)技術(shù)和行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、理解相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新意識、工匠精神、愛國情懷和勞動熱情。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《機器人驅(qū)動與運動控制實驗》課程教學(xué)目標(biāo)對機器人工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)支撐強度1.工程知識1.3掌握信號處理、控制理論、機器人工程等專業(yè)理論知識，用于解決分析機器人工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。課程目標(biāo)1：理解交流異步電機、步進(jìn)電機、伺服電機等常見電機的工作原理、特點以及相關(guān)使用和控制方法。M3.設(shè)計/開發(fā)解決方案3.3能夠通過單元集成和優(yōu)化，進(jìn)行機械電子結(jié)構(gòu)、智能算法、系統(tǒng)集成等部件的應(yīng)用與設(shè)計。課程目標(biāo)2：熟悉變頻器、伺服驅(qū)動器、運動控制器等的使用方法，并能夠利用相關(guān)設(shè)備設(shè)計要求相對復(fù)雜的運動控制系統(tǒng)，具備一定的動手實踐能力和較強的綜合應(yīng)用能力。H5.使用現(xiàn)代工具5.3能夠運用機器人工程儀器儀表，觀測、分析相關(guān)設(shè)備與系統(tǒng)的特性，并理解其局限性。課程目標(biāo)3：熟悉運動控制系統(tǒng)中常見的軟硬件測試、開發(fā)工具的使用方法；了解我國相關(guān)技術(shù)和行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、理解相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新意識、工匠精神、愛國情懷和勞動熱情。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配實驗部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表2。表2實驗項目、實驗內(nèi)容與學(xué)時實驗項目實驗內(nèi)容和要求實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)實驗1：交流異步電機變頻調(diào)速實驗內(nèi)容：利用變頻器對交流異步電機進(jìn)行變頻調(diào)速控制。實驗要求：熟悉交流異步電機的工作原理及應(yīng)用；掌握變頻調(diào)速控制原理及變頻器的使用方法；培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力、工匠精神和勞動熱情。41、2、3實驗2：步進(jìn)電機控制實驗內(nèi)容：對步進(jìn)電機進(jìn)行速度和位置控制。實驗要求：熟悉步進(jìn)電機的工作原理及應(yīng)用；掌握步進(jìn)電機及驅(qū)動器的使用方法；培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力、工匠精神和勞動熱情。41、2、3實驗3：伺服電機控制實驗內(nèi)容：對伺服電機進(jìn)行速度和位置控制。實驗要求：熟悉伺服電機的工作原理及應(yīng)用；掌握伺服電機及驅(qū)動器的使用方法；培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力、工匠精神和勞動熱情。41、2、3實驗4：運動控制系統(tǒng)綜合應(yīng)用實驗內(nèi)容：利用控制器對含有多個軸的運動控制系進(jìn)行速度和位置控制。實驗要求：熟悉運動控制系統(tǒng)的特點和概念；理解運動控制系統(tǒng)中軸的概念；掌握運動控制器及相關(guān)開發(fā)工具的使用；培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力、工匠精神和勞動熱情。41、2、3合計16五、教學(xué)方法及手段本課程以實驗實踐為主，注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力和綜合應(yīng)用能力。教學(xué)過程中設(shè)置課前、課中、課后三個環(huán)節(jié)，課前利用學(xué)習(xí)通發(fā)布線上預(yù)習(xí)資源，課中采用學(xué)生實操、教師演示和巡視指導(dǎo)為主，課后學(xué)生總結(jié)教師反饋。教學(xué)過程中采用演示、引導(dǎo)式教學(xué)等方法，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實踐動手能力，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新意識。六、課程資源1.推薦教材：（1）機器人教研室自編實驗指導(dǎo)書。2.參考書：（1）吳貴文.運動控制系統(tǒng)（第2版）[M].北京:機械工業(yè)出版社.2022.（2）侯媛彬等.運動控制系統(tǒng)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社.2018.（3）班華.運動控制系統(tǒng)（第2版）[M].北京:電子工業(yè)出版社.2019.3.期刊：（1）馮霞,劉萍.逆運動學(xué)與誤差補償?shù)奶摂M人運動控制研究[J].計算機仿真,2021,38(09):390-394.（2）崔建一,李福朋,雷賀龍等.PLC技術(shù)在輕工領(lǐng)域進(jìn)行運動控制的特點與發(fā)展[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2021,57(08):185-186.DOI:10.16107/ki.mmte.2021.0674.（3）張?zhí)煊?彭憶強,黃曉蓉等.腳輪式全向移動平臺的運動控制設(shè)計與仿真[J].中國測試,2021,47(07):109-118+124.（4）時存,王瑩,車玉秋.自主移動機器人運動控制與協(xié)調(diào)[J].決策探索(中),2020(12):57-58.（5）余暕浩.工業(yè)機器人智能運動控制方法的分析與研究[J].中國設(shè)備工程,2020(22):25-26.（6）HongchulKim,YoungJuneShin;JungKim;Designandlocomotioncontrolofahydrauliclowerextremityexoskeletonformobilityaugmentation[J],BMCMusculoskeletalDisorders,2015(16).4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）裝備自動化工程設(shè)計與實踐./courses/course-v1:NPUX+20180702+sp/about.（2）電機與拖動./course/AYIT-1001794001．七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐本課程成績由多個實驗報告成績的平均分評定。每份實驗報告成績由過程性考核成績構(gòu)成，分為實驗預(yù)習(xí)、操作過程、結(jié)果分析三個階段，具體考核/評價細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表3。表3課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核實驗預(yù)習(xí)30（1）根據(jù)實驗預(yù)習(xí)情況進(jìn)行考核。（2）在實驗報告中，將分?jǐn)?shù)段分為四級，依據(jù)完成程度不同在不同階段打勾，批報告時給定總分。√√√12126操作過程40（1）對每位學(xué)生的課堂表現(xiàn)、實驗操作情況、小組協(xié)作情況進(jìn)行評定。（2）對每位學(xué)生的實驗操作結(jié)果和數(shù)據(jù)記錄情況進(jìn)行評定。（3）根據(jù)評定結(jié)果，在操作成績欄對應(yīng)的四等級處打勾，批報告時給定總分?！獭獭?6168結(jié)果分析30（1）根據(jù)每位學(xué)生針對實驗結(jié)果的總結(jié)、分析及問題回答情況進(jìn)行評定。（2）根據(jù)評定結(jié)果，在操作成績欄對應(yīng)的四等級處打勾，批報告時給定總分?！獭獭?2126合計：100分404020八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以實驗預(yù)習(xí)、操作過程、結(jié)果分析等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價?？己嘶疽螅赫n程考核成績由各次實驗的平均成績確定，其中單次實驗成績主要由實驗預(yù)習(xí)、操作過程和結(jié)果分析三個方面評定，其比例為實驗預(yù)習(xí)成績占實驗成績的30%，操作過程成績占實驗成績的40%，結(jié)果分析成績占實驗成績的30%。抄襲別人實驗報告，證據(jù)確鑿的，該份實驗報告成績記為0分；未按規(guī)定及時上交的實驗報告，該次實驗成績記為0分；無故曠課，需按規(guī)定補做實驗，該次實驗報告記60分，無故曠課2次及以上或者缺失報告2份及以上，本學(xué)期期末總成績?yōu)椤叭笨肌薄?.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點考核內(nèi)容、評價標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表4。表4過程性考核方式評價標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100≥x>9090≥x>7070≥x≥60x<60實