《機器人學(xué)》課程教學(xué)大綱（機器人工程專業(yè)）

《機器人學(xué)》課程教學(xué)大綱一、課程簡介課程中文名機器人學(xué)課程英文名Robotics雙語授課□是eq\o\ac(□,√)否課程代碼24112106課程學(xué)分3總學(xué)時數(shù)48（含勞動教育1學(xué)時）課程類別□通識教育課程□公共基礎(chǔ)課程eq\o\ac(□,√)專業(yè)教育課程□綜合實踐課程□教師教育課程課程性質(zhì)eq\o\ac(□,√)必修□選修□其他課程形態(tài)□線上eq\o\ac(□,√)線下□線上線下混合式□社會實踐□虛擬仿真實驗教學(xué)考核方式eq\o\ac(□,√)閉卷□開卷□課程論文□課程作品□匯報展示□報告eq\o\ac(□,√)課堂表現(xiàn)□階段性測試eq\o\ac(□,√)平時作業(yè)□其他（可多選）開課學(xué)院機器人工程學(xué)院開課系(教研室)機器人工程面向?qū)I(yè)機器人工程開課學(xué)期第5學(xué)期先修課程線性代數(shù)、電路分析、工程力學(xué)、機械設(shè)計基礎(chǔ)、電機控制技術(shù)后續(xù)課程機器人操作系統(tǒng)、工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用、機器人建模與仿真選用教材范凱.機器人學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)版社，2019.普通高等教育人工智能與機器人工程專業(yè)“十三五”規(guī)劃教材參考書目樊澤明吳娟任靜余孝軍袁學(xué)兵.機器人學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)版社，2021.課程資源無課程簡介機器人學(xué)引論是機器人工程專業(yè)的一門核心專業(yè)課程。課程內(nèi)容主要包括：機器人運動學(xué)，機器人動力學(xué)，機器人控制，機器人軌跡規(guī)劃和機器人驅(qū)動器和驅(qū)動系統(tǒng)。課程主要系統(tǒng)地向?qū)W生介紹機器人工程設(shè)計及應(yīng)用的基礎(chǔ)理論知識、機器人設(shè)計、機器人控制及機器人編程等方面的知識。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握機器人研究、開發(fā)專門知識，能夠從事機器人工程相關(guān)工程技術(shù)的開發(fā)、產(chǎn)品制造和設(shè)備維護等工作。二、課程目標(biāo)表1課程目標(biāo)序號具體課程目標(biāo)課程目標(biāo)1掌握機器人工程領(lǐng)域相關(guān)數(shù)學(xué)知識和工程數(shù)值計算方法，能夠采用建模、仿真等技術(shù)，將其應(yīng)用到機器人領(lǐng)域復(fù)雜工程問題中課程目標(biāo)2能夠在數(shù)據(jù)和模型分析的基礎(chǔ)上，運用工程知識的基本原理，綜合考慮環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響和合理性評判，分析并判斷解決問題方案的可行性。表2課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)畢業(yè)要求3：設(shè)計/開發(fā)解決方案：能夠設(shè)計針對機器人工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計機器人硬件部件、軟件系統(tǒng)及智能算法或機器人系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程，并能夠在設(shè)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素?！綧】指標(biāo)點3.3：能夠考慮社會、健康、安全、法律、文化和環(huán)境等因素，對設(shè)計和方案的合理性及可行性進行分析、論證。課程目標(biāo)1畢業(yè)要求7：研究：能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對機器人工程及相關(guān)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進行研究，包括設(shè)計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。【L】指標(biāo)點7.2：能夠評價針對復(fù)雜機器人工程問題的工程實踐對于環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。課程目標(biāo)2課程學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法（一）理論學(xué)習(xí)內(nèi)容及要求表3課程目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)方法對應(yīng)關(guān)系序號課程模塊學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)任務(wù)課程目標(biāo)學(xué)習(xí)重點難點教學(xué)方法學(xué)時1緒論1.機器人的概念1.單元項目練習(xí)課程目標(biāo)1重點：機器人的概念機器人的分類難點：1.什么是機器人學(xué)講授法：引入新課42.機器人的分類3.什么是機器人學(xué)4.機器人的發(fā)展歷史及應(yīng)用5.《大國重器》及《中國制造2025》等案例。2機器人位置運動學(xué)1.機器人機構(gòu)1.單元項目練習(xí)課程目標(biāo)1重點：1.機器人運動學(xué)的矩陣表示2.齊次變換矩陣3.變換矩陣的逆4.機器人的正逆運動學(xué)5.位置的正逆運動學(xué)方程6.姿態(tài)的正逆運動學(xué)方程7.位姿的正逆運動學(xué)方程8.機器人正運動學(xué)方程的D-H表示法9.控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性,提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力；控制系統(tǒng)的快速性,提高學(xué)生適應(yīng)環(huán)境的能力難點：1.機器人的正逆運動學(xué)2.位置的正逆運動學(xué)方程3.姿態(tài)的正逆運動學(xué)方程4.位姿的正逆運動學(xué)方程講授法：介紹機器人正逆運動學(xué)及其方程102.機器人運動學(xué)的矩陣表示3.齊次變換矩陣4.變換的表示5.變換矩陣的逆6.機器人的正逆運動學(xué)7.位置的正逆運動學(xué)方程8.姿態(tài)的正逆運動學(xué)方程9.位姿的正逆運動學(xué)方程10.機器人正運動學(xué)方程的D-H表示法11.機器人的逆運動學(xué)解12.控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性,提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力；控制系統(tǒng)的快速性,提高學(xué)生適應(yīng)環(huán)境的能力3機器人動力學(xué)1.引言1.單元項目練習(xí)課程目標(biāo)1重點：1.有效轉(zhuǎn)動慣量2.多自由度機器人的動力學(xué)方程3.機器人的靜力分析4.坐標(biāo)系間力和力矩的變換5.控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性,提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力難點1.多自由度機器人的動力學(xué)方程2.機器人的靜力分析3.坐標(biāo)系間力和力矩的變換講授法：介紹機器人運動學(xué)82.拉格朗日力學(xué)的簡單回顧3.有效轉(zhuǎn)動慣量4.多自由度機器人的動力學(xué)方程5.機器人的靜力分析6.坐標(biāo)系間力和力矩的變換7.控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性,提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力4機器人軌跡規(guī)劃1.引言1.單元項目練習(xí)課程目標(biāo)1重點：1.路徑與軌跡2.軌跡規(guī)劃的基本原理3.關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃4.直角坐標(biāo)空間的軌跡規(guī)劃5.連續(xù)軌跡記錄難點：1.軌跡規(guī)劃的基本原理2.關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃3.直角坐標(biāo)空間的軌跡規(guī)劃講授法：介紹機器人軌跡規(guī)劃方法82.路徑與軌跡3.關(guān)節(jié)空間描述與直角坐標(biāo)空間描述4.軌跡規(guī)劃的基本原理5.關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃6.直角坐標(biāo)空間的軌跡規(guī)劃7.連續(xù)軌跡記錄8.控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性,提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力；控制系統(tǒng)的快速性,提高學(xué)生適應(yīng)環(huán)境的能力5機器人運動控制1.引言1.綜合項目練習(xí)課程目標(biāo)2重點：1.系統(tǒng)動力學(xué)2.多輸入多輸出系統(tǒng)3.狀態(tài)空間控制法4.數(shù)字控制5.非線性控制系統(tǒng)6.機器人驅(qū)動和控制難點：1.多輸入多輸出系統(tǒng)2.狀態(tài)空間控制法3.數(shù)字控制4.非線性控制系統(tǒng)5.機器人驅(qū)動和控制1.講授法：機器人運動控制102.基本組成、術(shù)語和結(jié)構(gòu)圖3.系統(tǒng)動力學(xué)4.多輸入多輸出系統(tǒng)5.狀態(tài)空間控制法6.數(shù)字控制7.非線性控制系統(tǒng)8.機器人驅(qū)動和控制9.控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,提高學(xué)生抗挫折能力；控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性,提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力；控制系統(tǒng)的快速性,提高學(xué)生適應(yīng)環(huán)境的能力6機器人驅(qū)動器和驅(qū)動系統(tǒng)1.引言1.綜合項目練習(xí)課程目標(biāo)2重點：1.驅(qū)動系統(tǒng)的特性2.驅(qū)動系統(tǒng)的比較3.液壓驅(qū)動器4.氣動裝置5.電機難點：1.驅(qū)動系統(tǒng)的特性2.液壓驅(qū)動器3.氣動裝置4.電機1.講授法：機器人運動控制驅(qū)動器和驅(qū)動系統(tǒng)82.驅(qū)動系統(tǒng)的特性3.驅(qū)動系統(tǒng)的比較4.液壓驅(qū)動器5.氣動裝置6.電機7.控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性,提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力；控制系統(tǒng)的快速性,提高學(xué)生適應(yīng)環(huán)境的能力四、課程考核（一）考核內(nèi)容與考核方式表4課程目標(biāo)、考核內(nèi)容與考核方式對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)考核內(nèi)容所屬學(xué)習(xí)模塊/項目考核占比考核方式課程目標(biāo)11.機器人位置運動學(xué)2/3/4/5/675%課堂表現(xiàn)、作業(yè)、閉卷考試2.機器人動力學(xué)3.機器人軌跡規(guī)劃4.機器人運動控制5.機器人驅(qū)動器和驅(qū)動系統(tǒng)課程目標(biāo)21.緒論1/525%課堂表現(xiàn)、作業(yè)、閉卷考試2.機器人驅(qū)動器和驅(qū)動系統(tǒng)表5課程目標(biāo)與考核方式矩陣關(guān)系課程目標(biāo)考核方式考核占比課堂表現(xiàn)9%平時作業(yè)21%閉卷考試70%課程目標(biāo)175%75%75%75%=9%*75%+21%*75%+70%*75%課程目標(biāo)225%25%25%25%=9%*25%+21%*25%+70%*25%（二）成績評定1.平時成績評定（1）課堂表現(xiàn)（30%）：通過學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)情況、發(fā)言與提問情況，來評價學(xué)生相關(guān)的能力；（2）作業(yè)完成情況（70%）：圍繞課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)進行作業(yè)的設(shè)計。如讓學(xué)生簡述對知識的認識，考核學(xué)生對于概念的理解情況，幫助學(xué)生將定義轉(zhuǎn)化為自己的理解；2.期末成績評定期末考核主要考察學(xué)生對課程內(nèi)容的掌握情況，方式為閉卷考試。3.總成績評定總成績（100%）=平時成績（30%）+期末成績（70%）（三）評分標(biāo)準(zhǔn)表6評分標(biāo)準(zhǔn)（非試卷考核項目）考核項目評分標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)秀(100>x≥90)良好(90>x≥80)中等(80>x≥70)及格(70>x≥60)不及格(x<60)課堂表現(xiàn)能完成100%以內(nèi)的課程任務(wù)。且沒有遲到，按時出勤能完成90%以內(nèi)的課程任務(wù)，且遲到2次以上能完成80%以內(nèi)的課程任務(wù)，遲到4次以上能完成70%以內(nèi)的課程任務(wù)，且遲到6次以上能完成60%以內(nèi)