《機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論》課程教學(xué)大綱

《機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論》課程教學(xué)大綱課程名稱(chēng)：機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論課程編號(hào)：BF（英文）：IntroductiontoRobotics學(xué)時(shí)36學(xué)分2課程性質(zhì)選修先修課程：線性代數(shù)、機(jī)構(gòu)學(xué)、自動(dòng)控制

適用專(zhuān)業(yè)：機(jī)械電子、機(jī)械工程及自動(dòng)化

開(kāi)課系（所）：機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院機(jī)器人研究所

教材和教學(xué)參考書(shū)：1．教材：機(jī)器人學(xué)、蔡自興、清華大學(xué)出版社、20002．教學(xué)參考書(shū):機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論，約翰J.克雷格、西北工業(yè)大學(xué)出版社、1987注：上述教材和參考書(shū)將根據(jù)教材課購(gòu)買(mǎi)情況可互換

一、

本課程的性質(zhì)、地位、作用和任務(wù)面對(duì)21世紀(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，人類(lèi)（地球人）正在以非凡的智慧構(gòu)思新世紀(jì)的藍(lán)圖。世界的明天將更加美好。但是，地球人在發(fā)展中也面臨著環(huán)境、人口、資源、戰(zhàn)爭(zhēng)和貧困等普遍問(wèn)題，同時(shí)還要學(xué)會(huì)與機(jī)器人共處,這是21世紀(jì)地球人必須正視和處理的緊要問(wèn)題，是影響地球人生存和發(fā)展的休戚與共的重大事件。機(jī)器人學(xué)是一門(mén)高度交叉的前沿學(xué)科，機(jī)器人技術(shù)是集力學(xué)、機(jī)械學(xué)、生物學(xué)、人類(lèi)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程、控制論與控制工程學(xué)、電子工程學(xué)、人工智能、社會(huì)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)之大成，是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的新技術(shù)。自第一臺(tái)電子編程工業(yè)機(jī)器人問(wèn)世以來(lái)，機(jī)器人學(xué)已取得令人矚目的成就。正如宋健教授1999年7月5日在國(guó)際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)第14屆大會(huì)報(bào)告中所指出的：“機(jī)器人學(xué)的進(jìn)步和應(yīng)用是本世紀(jì)自動(dòng)控制最有說(shuō)服力的成就，是當(dāng)代最高意義上的自動(dòng)化?！睓C(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，不但使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)面貌發(fā)生根本性的變化，而且將對(duì)人類(lèi)的社會(huì)生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

二、

本課程的教學(xué)內(nèi)容和基本要求1．緒言簡(jiǎn)述機(jī)器人學(xué)的起源與發(fā)展，討論機(jī)器人學(xué)的定義，分析機(jī)器人的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與分類(lèi)。2．機(jī)器人學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)空間任意點(diǎn)的位置和姿態(tài)變換、坐標(biāo)變換、齊次坐標(biāo)變換、物體的變換和逆變換，以及通用旋轉(zhuǎn)變換等。3．機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程的表示與求解機(jī)械手運(yùn)動(dòng)姿態(tài)、方向角、運(yùn)動(dòng)位置和坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方程以及連桿變換矩陣的表示，歐拉變換、滾-仰-偏變換和球面變換等求解方法，機(jī)器人微分運(yùn)動(dòng)及其雅可比矩陣等4．機(jī)器人動(dòng)力學(xué)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程、動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性；著重分析機(jī)械手動(dòng)力學(xué)方程的兩種求法，即拉格朗日功能平衡法和牛頓-歐拉動(dòng)態(tài)平衡法；然后總結(jié)出建立拉格朗日方程的步驟5．機(jī)器人的控制機(jī)器人控制與規(guī)劃6．機(jī)器人學(xué)的現(xiàn)狀、未來(lái)包括國(guó)內(nèi)外機(jī)器人技術(shù)和市場(chǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀和預(yù)測(cè)、21世紀(jì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)、我國(guó)新世紀(jì)機(jī)器人學(xué)的發(fā)展戰(zhàn)略等。不同類(lèi)型機(jī)器人的研究發(fā)展?fàn)顩r等。

三、

對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的基本要求1．課內(nèi)教學(xué)活動(dòng)對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)和安排本課程的目的是要求學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)、課堂教育，能了解機(jī)器人發(fā)展的最新技術(shù)與現(xiàn)狀；初步掌握機(jī)器人技術(shù)的基本知識(shí)。2．課外教學(xué)活動(dòng)對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的安排有機(jī)會(huì)安排學(xué)生參觀機(jī)器人生產(chǎn)線四、

實(shí)驗(yàn)（上機(jī)）的內(nèi)容和基本要求無(wú)五、

課程進(jìn)度學(xué)時(shí)分配表

教學(xué)教學(xué)時(shí)數(shù)環(huán)節(jié)課程內(nèi)容

講課

實(shí)驗(yàn)

習(xí)題課

討論課

上機(jī)

課外實(shí)踐

其它緒言/中國(guó)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀簡(jiǎn)介2

機(jī)器人學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)/工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介4

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程的表示與求解/特種機(jī)器人簡(jiǎn)介8

機(jī)器人動(dòng)力學(xué)/類(lèi)人機(jī)器人簡(jiǎn)介