1523S07018-机器人原理与控制-2023版人才培养方案课程教学大纲.docxVIP

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附件5-1

ADDINCNKISM.UserStyle《机器人原理与控制》课程教学大纲

（理论课程·2023版）

一、课程基本信息

课程号

1523S07018

开课单位

质量技术监督学院

课程名称

机器人原理与控制

ThePrincipleandControlofRobot

课程性质

选修

考核类型

考查

课程学分

2+0

课程学时

34+8

课程类别

专业发展课程（专业拓展课）

先修课程

高等数学、线性代数、理论力学、机械原理

适用专业（类）

机械设计制造及其自动化

二、课程描述及目标

（一）课程简介

《机器人原理与控制》课程是本专业（类）的一门专业拓展课程，旨在通过理论教学与实践操作训练，使学生掌握机器人系统组成与分类、位姿描述与坐标变换、运动学、速度、静力学、动力学、轨迹规划、控制、传感、编程与仿真等基础知识。了解机器人系统组成和工作原理，具备建立机器人运动学、动力学分析及控制的数学模型、确定轨迹规划方案的基本能力，能综合运用所学知识和使用仿真软件进行机器人系统设计和分析应用。

（二）教学目标

通过本课程，学生将了解机器人发展、专业术语、分类、机构组成、研究方向等基础知识；掌握机器人位姿描述与坐标变换、机器人运动学、速度、静力学、动力学、控制、传感器等基本原理；初步具备机器人轨迹规划能力；熟练掌握和应用机器人编程语言及RobotStudio软件的操作与使用方法。

课程目标1：理解和掌握机器人系统的构成和工作原理；具备分析机器人的设计思想、性能、特点和适用范围的基本能力。

课程目标2：掌握机器人位姿与坐标变换、机器人运动学、速度、静力学、动力学、控制、传感器等基本原理；初步具备机器人关节空间与操作空间轨迹规划能力。

课程目标3：掌握机器人编程语言，基本具备机器人运动指令控制程序编写的能力；掌握RobotStudio软件的使用方法，初步具备基于RobotStudio软件开展机器人设计与仿真的能力。

三、课程目标对毕业要求的支撑关系

毕业要求指标点

课程目标

权重

3.1：掌握机械系统、机构、部件及工艺流程的设计/开发方法。

课程目标1

课程目标2

0.2

0.4

5.1：了解机械专业常用的现代仪器、信息技术工具、工程工具和模拟软件的使用原理和方法，并理解其局限性。

课程目标3

0.4

四、教学方式与方法

根据新时代工科人才培养的专业化与综合性的基本要求，结合目标导向教育（Outcomebasededucation，简称OBE）的教育理念，本课程采用理论授课和实验相结合的教学方式，具体方法：

（1）理论授课：采用多媒体教学手段，在讲授机器人运动学、动力学、轨迹规划等课程内容时，适当辅以动画、视频等。

（2）实验：采用以学生实际操作、教师个别指导为主要教学形式，遇到集中和突出问题，教师统一讲解和示范。以单元实验为课程实施的载体，每个单元实验针对一个典型知识点，以任务驱动的方式设置每个单元实验的内容。在实验内容上采用启发式设置实验任务，倡导学生勤于思考和举一反三的学习方法。

五、教学重点与难点

（一）教学重点

机器人原理与控制课程包含知识点多，理论与实践联系紧密。为了让学生掌握机器人运动规划及编程能力，必须对机器人运动学和力学知识加以重点说明。机器人位姿变换的数学描述和坐标变换、机器人运动学建模、机器人静力学和动力学分析等内容，是本课程的教学重点。

（二）教学难点

本课程的难点是让学生理解机器人原理、运动规划与机器人设计与控制之间的有机联系，使学生在掌握机器人基本原理的基础上，具备机器人系统设计、编程与仿真分析的能力。

六、教学内容、基本要求与学时分配

序号

教学内容

基本要求

学时

教学

方式

对应课程目标

1

第1章绪论

掌握机器人的定义；了解机器人的发展、专业术语、分类及主要研究方向。

4

讲授

课程目标1

2

第2章机器人位姿的数学描述与坐标变换

理解机器人位姿变换的数学描述和坐标变换；掌握齐次坐标与齐次变换、旋转变换。

4

讲授

课程目标2

3

第3章机器人运动学

理解运动学建模方法；掌握运动学逆解方法。

4

讲授

课程目标2

4

第4章机器人速度与静力分析

掌握机器人速度与静力分析方法；了解静力学平衡方程与静力映射。

4

讲授

课程目标2

5

第5章机器人动力学

了解Newton-Euler动力学分析方法、掌握Lagrange动力学分析方法。

4

讲授

课程目标2

6

第6章机器人轨迹规划

掌握机器人关节空间与操作空间的轨迹规划。

4

讲授

课程目标2

7

第7章机器人控制

深入理解机器人控制的特点、分类及基本原理。

4

讲授

课程目标2

8

第8章机器人感知系统

深入理解机器人的传感器类型与工作原理。

2

讲授

课程目标2

9

第9章机器人离线编程与仿真

了解机