课程编号 | 09366158 | 课程名称 | (中文) 机器人控制技术 | |||
(英文) the Technology of Robot Controled | ||||||
课程 基本情况 | 1. 学分: 4 学时: 50 (课内学时: 32 实验学时: 8 课外项目学时： 8学时 ） 2. 课程性质：专业选修课 3. 适用专业：自动化类、近自动化类专业 适用对象：本科生 4. 先修课程：高等数学、普通物理、电子技术、微机原理、自动控制原理、电机与拖动 5. 首选教材：《机器人控制技术》，陈万米，机械工业出版社，2016 二选教材：《机器人学导论--分析、系统及应用》Saeed B.Niku （美国），孙富春等译，电子工业出版社，2004年 参考书目：机器人控制技术相关教材 6. 考核形式：开卷考试 7. 教学环境：课堂、课外 | |||||
课程目标 | 通过本课程的学习，培养学生的认知和理解能力、逻辑思维能力，以及算法设计与分析能力，程序设计和实现能力。本课程是专业方向课之一，目的是使学生扩大眼界、丰富知识、了解前沿技术。由于机器人技术是一项跨学科的综合性技术，涉及：自动控制、计算机、传感器、人工智能、电子技术和机械工程等多种学科的内容，通过本课程的学习，使学生对所学的自动化专业有进一步的理解，对多学科的综合应用技术有一个基本的概念。 本课程具理论性、设计性与实践性的特点。介绍机器人各相关子系统的功能及其作用、齐次变换和正、逆运动学的解法，使学生掌握一般机器人作业进行作业任务及运动规划，再结合实验课，使学生对机器人整体系统有一个明确的概念。本门课是对软件、硬件和数学三门课程一次应用实践的核心课程，为学生今后的工作提高提供了必要的技能训练。 | |||||
本课程支撑的毕业要求 | 毕业要求 | 具体指标点 | 对应的课程目标 | |||
1.机器人的基本问题 | 1，了解机器人各相关子系统的功能及其作用；在熟练掌握三维空间中点、物体及坐标系变换的基础上，可熟练地对物体进行三维空间的解析表示；2，以上述内容为基础，熟练应用D-H方法确定机器人各杆件坐标系及D-H矩阵，熟练掌握齐次变换和正、逆运动学的解法；3，能够掌握应用在机器人上的各种传感器的原理和机器人的各种驱动器；4， 能够对一般的机器人作业进行作业任务及运动规划，并能够以此为基础，针对特定的驱动控制器，从运动学控制方面进行作业及运动规划。 | 课程目标1 | ||||
2.设计优化 | 5，机器人部分与整体的结构设计。6，了解和掌握优化设计（包括实践环节）。 | 课程目标2 | ||||
课程教学 环节学时分配、教学方式和考察方式 | 第1-4周 16学时 | 支撑关系 | 课程目标1中了解机器人各相关子系统的功能及其作用；在熟练掌握三维空间中点、物体及坐标系变换的基础上，可熟练地对物体进行三维空间的解析表示；2，以上述内容为基础，熟练应用D-H方法确定机器人各杆件坐标系及D-H矩阵，熟练掌握齐次变换和正、逆运动学的解法； | |||
教学内容 | 1，绪论（学时：4学时） 了解机器人的定义及发展历史；掌握机器人的结构与分类；了解机器人的参考坐标系；了解对机器人控制的基本要求；了解机器人在工业生产中的应用等基本问题。 重点：机器人的结构、特点和分类 难点：了解典型机器人的结构及其特点，机器人与其它自动机的区别及其联系。 2，机器人位置运动学（学时：6学时） 机器人运动学是专门研究物体运动规律的。要求学生掌握机器人坐标系的建立方法；掌握机器人正向运动学求解方法及逆向运动学求解方法。 重点：机器人正、逆运动学 难点：如何表示多自由度机器人在空间的运动，以及如何用D-H表示法导出机器人的正逆运动学方程。 3，微分运动和速度（学时：6学时） 机器人的微分运动是讨论了机器人坐标系的微分运动以及这些运动对坐标系及它的位姿的影响。要求学生在已知机器人的关节速度的前提下，就可以计算出机器人的手在空间的运动速度。并为后面设计和选择适当的驱动器作准备。 重点：雅克比矩阵 难点：已知机器人的关节速度的前提下，就可以计算出机器人的手在空间的运动速度。 | |||||
教学方式 | 通过教师进行讲解，配合课堂习题、课后作业讲解。 | |||||
考察方式 | 目标1主要通过简答题、计算题、画图说明题等在试卷上进行考核。 | |||||
第5周 实践项目， 8学时 | 支撑关系 | 课程目标2中6，了解和掌握优化设计（包括实践环节）。 | ||||
教学内容 | 1，实践环节， 实验1：家庭服务机器人系统； 实验2：仿真机器人系统； 2，课外项目，参观展览会，查阅相关资料 | |||||
教学方式 | 学生自行进行实践，参加课外项目。 | |||||
考察方式 | 课程目标2的实践、课外项目主要计入平时成绩进行考察。 | |||||
第6-10周 16学时教学， 8学时实践、课外项目 | 支撑关系 | 课程目标1中3，能够掌握应用在机器人上的各种传感器的原理和机器人的各种驱动器；4， 能够对一般的机器人作业进行作业任务及运动规划，并能够以此为基础，针对特定的驱动控制器，从运动学控制方面进行作业及运动规划。课程目标2中5，机器人部分与整体的结构设计。 | ||||
教学内容 | 4，路径和轨迹规划（学时：6学时） 机器人的轨迹规划是讨论机器人如何在预定模式下运动。要求学生掌握在关节空间或直角坐标空间对机器人进行轨迹规划。 重点：轨迹规划的基本原理 难点：关节空间的轨迹规划 5，驱动装置（学时：4学时） 了解用于机器人上的多种不同的驱动系统如液压系统、气动系统、伺服电机和步进电机等，并掌握每种系统自身的优点和缺点。 重点：应用在机器人上的各种驱动系统的性能比较 难点：对大部分工业机器人都采用的伺服电机和步进电机的工作原理 6，机器人传感器（学时：6学时） 介绍机器人常用的几种传感器以及机器人传感器的选择要求。要求学生掌握位置传感器，速度传感器，力传感器，视觉传感器的原理；了解接近觉传感器，触觉传感器的基本原理。 重点：常用传感器的应用，如位置传感器、速度传感器、加速度传感器和压力传感器等。 难点：智能型传感器的应用 7，实践环节， 实验3：机器人传感器； 实验4：机械手运动控制； 课外项目，综合分析 | |||||
教学方式 | 通过教师进行讲解，穿插课堂练习。学生自行进行实践，参加课外项目。 | |||||
考察方式 | 课程目标1主要通过简答题、计算题、画图说明题、分析题、综合题等在试卷上进行考核。课程目标2通过设计题考核。实践，课外项目主要计入平时成绩进行考察。 | |||||
课程设计环节 | ||||||
教学方式 | 教师进行课堂讲解，在课堂上穿插课堂练习，每双周进行一次习题课讲解。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
课程目标达成评价方法及标准 | 课程目标达成评价方法
课程目标达成评价标准
注：课程目标1/2开卷考试评分细则见试卷所付参考答案评分细则； 课程目标1/2平时成绩评分规则：平时表现和作业按百分制评分：平时20分，旷课扣25分/次；缺一次作业或者作业抄袭扣2分，作业评分为A不扣分，作业评分为B扣1分，作业评分为C扣2分。实践项目40分，课外项目40分。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
专业负责人审核意见 | （签名） 年 月 日 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
系 审核意见 | 自动化系 （系） （签名） 年 月 日 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
学院 审核意见 | （签名） （公章） 年 月 日 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 机器人资料 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
说明：
1. 课外学时所针对的课外学习内容是指由教师根据课程大纲提出学习要求，专项布置并参与指导、检查进程、验收成效，由学生课外按学习团队完成的小项目、小课题，以及由学生对章节进行的自主学习。课外学时计入课程总学时。
2. 课程内容及学时分配应包含课外部分，并明确教学方式和考核方法，以有效保障课外部分的实施。
3. 鼓励考核方式灵活多样，任课教师可根据课程特点规定课程总评成绩的组成及其比例，如平时成绩（出勤、作业、课堂发言等），建议比例控制在20%-30%之间；课外学习成绩（项目报告、课题报告等），建议比例控制在20%-30%；期末考试成绩，比例不得低于总评成绩的50％。
4. 本表适用于除新生研讨课、通识课、实验课之外的课程（自2011级起）。
5. 教务处将组织有关专家对课程大纲及其实施情况进行不定期抽查，以保证其实施的有效性。
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