《機器人技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)大綱-中外-48學(xué)時

PAGEPAGE8《機器人技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱機器人技術(shù)基礎(chǔ)課程編號70課程性質(zhì)選修課課程類別專業(yè)選修課開課單位機電教研室授課學(xué)期第6學(xué)期學(xué)分/學(xué)時2/32課內(nèi)學(xué)時32理論授課32上機學(xué)時課內(nèi)實踐實驗學(xué)時課外學(xué)時32適用專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化（中外合作辦學(xué)）是否雙語否先修課程高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、機械原理、機械設(shè)計后續(xù)課程二、課程簡介機器人技術(shù)基礎(chǔ)是機械設(shè)計制造及其自動化（中外合作辦學(xué)）的一門專業(yè)選修課程，主要介紹機器人運動學(xué)、動力學(xué)等理論，傳感、控制及編程方面的基本知識。機器人技術(shù)是融合了機械工程、電子技術(shù)、傳感器、計算機硬件、軟件等許多學(xué)科的知識，涉及到當今許多前沿領(lǐng)域的技術(shù)，是一門理論與應(yīng)用相結(jié)合的課程，代表了機電一體化的最高成就，是當代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一，機器人技術(shù)基礎(chǔ)課程涵蓋了機械工程、控制論、計算機技術(shù)、信息與傳感技術(shù)、人工智能等諸多學(xué)科領(lǐng)域的知識，是一門理論與應(yīng)用相結(jié)合的課程。三、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐（一）課程目標課程目標1：知識目標能夠清楚表述機器人技術(shù)的基本概念；運用機器人技術(shù)的運動學(xué)、動力學(xué)、控制理論和傳感器技術(shù)等相關(guān)基礎(chǔ)知識和技術(shù)，建立完整、清晰的機器人整體概念。課程目標2：能力目標通過課程學(xué)習(xí)，掌握機器人的基本設(shè)計方法和技術(shù)，了解影響設(shè)計目標和技術(shù)方案的各種因素，達到對機器人總體方案進行分析和設(shè)計的能力。課程目標3：價值塑造能夠運用現(xiàn)代工具，解決機器人運動、控制、編程實際問題。激發(fā)學(xué)生求知熱情、探索和創(chuàng)新精神，樹立為機器人行業(yè)發(fā)展做貢獻的遠大理想。（二）課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐課程目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求課程目標1指標點1-41-工程知識課程目標2指標點3-13-設(shè)計/開發(fā)解決方案課程目標3指標點5-25-使用現(xiàn)代工具四、課程基本教學(xué)內(nèi)容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學(xué)內(nèi)容第一單元機器人及機器人機構(gòu)（學(xué)時數(shù)：4學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容機器人的定義、發(fā)展狀況和行業(yè)應(yīng)用；機器人的組成：運動副、串聯(lián)機構(gòu)、并聯(lián)機構(gòu)。2.重點和難點重點：機器人的定義、運動副、串聯(lián)機構(gòu)。難點：并聯(lián)機構(gòu)。3.教學(xué)方法課堂講授、案例分析4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果描述機器人的定義，描述機器人的組成、運動副，描述串聯(lián)機器人機構(gòu)、并聯(lián)機器人機構(gòu)。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2。第二單元位姿描述和齊次變換（學(xué)時數(shù)：6學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容剛體位姿描述，平移和旋轉(zhuǎn)變換（2D/3D）、復(fù)合變換，齊次坐標變換、變換矩陣計算。2.重點和難點重點：剛體位姿描述；平移和旋轉(zhuǎn)變換（2D/3D)。難點：復(fù)合變換、齊次坐標變換、變換矩陣的計算。3.教學(xué)方法課堂講授、案例分析。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果描述剛體位姿、平移和旋轉(zhuǎn)變換、復(fù)合變換等概念，熟練進行平移變換、旋轉(zhuǎn)變換、復(fù)合變換。熟練掌握齊次坐標變換、變換矩陣的計算。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標3。第三單元操作臂運動學(xué)（學(xué)時數(shù)：6學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容連桿參數(shù)和連桿坐標系、操作臂正運動學(xué)、操作臂逆運動學(xué)、軌跡生成，運用matlab軟件進行簡單的機器人運動學(xué)計算。2.重點和難點重點：連桿參數(shù)和連桿坐標系，操作臂正運動學(xué)、操作臂逆運動學(xué)。難點：操作臂正運動學(xué)、操作臂逆運動學(xué)、軌跡生成。3.教學(xué)方法課堂講授、課上討論、案例分析。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果描述連桿參數(shù)和連桿坐標系、機器人運動學(xué)方程，能根據(jù)機器人具體參數(shù)列出運動學(xué)方程，進行正、逆運動學(xué)分析、掌握機器人軌跡生成的方法。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第四單元操作臂動力學(xué)（學(xué)時數(shù)：2學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容剛體動力學(xué)方程，操作臂動力學(xué)方程的計算。2.重點和難點重點：剛體動力學(xué)方程、操作臂動力學(xué)方程的計算。難點：操作臂動力學(xué)方程的計算。3.教學(xué)方法課堂講授、課上討論。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果描述剛體動力學(xué)方程，理解機械臂的動力學(xué)建模方法，分析復(fù)雜操作臂動力學(xué)方程的結(jié)構(gòu)。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標3。第五單元機器人控制（學(xué)時數(shù)：4學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容機器人的基本控制原則、直流傳動系統(tǒng)的建模、位置控制的基本結(jié)構(gòu)、單關(guān)節(jié)位置控制器。2.重點和難點重點：直流傳動系統(tǒng)的建模、位置控制的基本結(jié)構(gòu)。難點：單關(guān)節(jié)位置控制器。3.教學(xué)方法課堂講授、課上討論。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果闡述機器人的基本控制原則，控制器分類，控制變量，主要控制層次。解釋基于伺服電動機的單關(guān)節(jié)控制器，增益常數(shù)的確定，關(guān)節(jié)控制器的靜態(tài)誤差。解釋力和位置混合控制方案、遞階控制系統(tǒng)、專家控制系統(tǒng)。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2。第六單元機器人傳感器（學(xué)時數(shù)：4學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容機器人傳感器的特點與分類、應(yīng)用傳感器時應(yīng)考慮的問題，位移、速度和加速度傳感器、力傳感器的原理與應(yīng)用，觸覺傳感器、接近度傳感器、機器人視覺裝置的原理。2.重點和難點重點：機器人傳感器的特點與分類、應(yīng)用傳感器時應(yīng)考慮的問題，位移位置傳感、速度和加速度傳感器、力覺傳感器的原理與應(yīng)用。難點：力覺傳感器的原理與應(yīng)用。3.教學(xué)方法課堂講授、案例分析。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果描述傳感器的定義、組成、分類，說明位移位置傳感、速度和加速度傳感器、力覺傳感器的原理，觸覺傳感器、接近度傳感器、機器人視覺裝置的原理。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2。第七單元機器人編程（學(xué)時數(shù)：6學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容機器人編程要求與語言類型、機器人編程語言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、基本功能，機器人離線編程、仿真系統(tǒng)。2.重點和難點重點：機器人編程語言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、基本功能、機器人離線編程、仿真系統(tǒng)。難點：機器人編程語言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。3.教學(xué)方法課堂講授、案例分析。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果描述機器人編程要求，機器人編程語言類型。描述機器人編程語言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、基本功能，理解機器人離線編程、仿真系統(tǒng)，能編制機器人程序。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標3。（二）課程基本教學(xué)內(nèi)容對課程目標的支撐理論課程課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法支撐的課程目標學(xué)時安排課內(nèi)課外學(xué)時比例第一單元機器人及機器人機構(gòu)課堂講授、案例分析課程目標1、241:1第二單元位姿描述和齊次變換課堂講授、案例分析課程目標1、361:1第三單元操作臂運動學(xué)課堂講授、課上討論、案例分析課程目標1、2、361:1第四單元操作臂動力學(xué)課堂講授、課上討論課程目標1、321:1第五單元機器人控制課堂講授、課上討論課程目標1、241:1第六單元機器人傳感器課堂講授、案例分析課程目標1、241:1第七單元機器人編程課堂講授、案例分析課程目標1、361:1合計321:1五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構(gòu)成（百分制）課程成績構(gòu)成比例考核環(huán)節(jié)目標分值考核/評價細則平時成績50%課后作業(yè)50作業(yè)的成績給定均10分滿分記。最終折算為50分隨堂測驗40課堂根據(jù)需要隨時安排測驗，根據(jù)題目難度，數(shù)量靈活設(shè)置分值。最終按比例折算為40分。課堂表現(xiàn)10根據(jù)課堂反饋，討論，發(fā)言等情況打分，次數(shù)不限，每次1~2分，最終按比例折算為10分。期末考試50%知識401.考核內(nèi)容：所有教學(xué)內(nèi)容2.考試題型：簡答題；分析題3.評價細則：采用線下答題，共計100分。能力40綜合應(yīng)用15創(chuàng)新5（二）課程考核對課程目標的支撐教學(xué)內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標第一單元機器人及機器人機構(gòu)1.1機器人概述1.2機器人機構(gòu)課堂表現(xiàn)隨堂測驗期末考試課程目標1、2第二單元位姿描述和齊次變換2.1位置和姿態(tài)的表示2.3齊次坐標變換2.4物體的變換及逆變換2.5通用旋轉(zhuǎn)變換課堂表現(xiàn)課后作業(yè)期末考試課程目標1、3第三單元操作臂運動學(xué)3.1機器人運動方程的表示3.2機械手運動方程的求解3.3PUMA560機器人運動方程3.4軌跡生成課堂表現(xiàn)課后作業(yè)期末考試課程目標1、2、3第四單元操作臂動力學(xué)4.1剛體動力學(xué)4.2機械手動力學(xué)方程課堂表現(xiàn)課后作業(yè)期末考試課程目標1、3第五單元機器人控制5.1機器人的基本控制原則5.2機器人的位置控制5.3機器人的力和位置混合控制5.4機器人的智能控制課堂表現(xiàn)隨堂測驗課后作業(yè)期末考試課程目標1、2第六單元機器人傳感器6.1機器人傳感器概述6.2內(nèi)傳感器6.3外傳感器課堂表現(xiàn)隨堂測驗課后作業(yè)期末考試課程目標1、2第七單元機器人編程7.1機器人編程要求與語言類型7.2機器人語言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本功能7.3常用的機器人編程語言7.4機器人的離線編程課堂表現(xiàn)隨堂測驗課后作業(yè)期末考試課程目標1、3六、使用教材、相關(guān)推薦書目及課程資源（一）使用教材熊有倫，李文龍，陳文斌，等著，機器人學(xué)建模、控制與視覺（第2版），華中科技大學(xué)出版社，2023（二）相關(guān)推薦書目[1]蔡自興編著，機器人學(xué)基礎(chǔ)（第二版）.機械工業(yè)出版社，2015[2]（美）克來格（Craig,J.J）著，機器人學(xué)導(dǎo)論（英文版第3版），機械工業(yè)出版社，2005[3]蔡自興，謝斌編著，機器人學(xué)（第三版），清華大學(xué)出版社，2015[4]葉暉編著，工業(yè)機器人實操與應(yīng)用技巧（第2版）.機械工業(yè)出版社，2017[5]葉暉編著，工業(yè)機器人工程應(yīng)用虛擬仿真教程.機械工業(yè)出版社，2014（三）課程資源1.機器人技術(shù)基礎(chǔ)：學(xué)習(xí)通.唐山學(xué)院.李慎旺./mooc-ans/mycourse/teachercourse?moocId=212589175&clazzid=86004032