机器人技术基础教学大纲(2014版) .pdfVIP

机器人技术基础

课程编码：3073009167课程名称：机器人技术基础

总学分：1.5总学时：24

课程英文名称：FundamentalsofRobotics

先修课程：理论力学、机械设计、机械原理、微机原理、电工电子学等

适用专业：机械电子工程、机械制造及其自动化等

一、课程性质、地位和任务

机器人技术基础是机械电子工程专业的专业必修课和机械自动化专业的专业

选修课。通过本课程的学习使学生能够熟悉、使用、研究和设计机器人，为从事机

器人工程领域的工作奠定基础。主要任务是：学习机器人学必要的基础知识、机器

人部件、子系统和机器人应用的基本知识，主要包括机械学和运动学、微处理器的

应用、控制系统、视觉系统、传感器和驱动器等。

二、教学目标及要求

1．了解机器人和机器人学的基本知识。

2．理解机器人运动学的矩阵表示和位置的运动学方程。

3．理解微分运动和雅克比矩阵的计算。

4.了解常用的驱动器和驱动系统。

5.了解常用的传感器。

6.理解视觉系统的基础知识和常用图像处理技术。

三、教学内容及安排

第一章：基础知识（3学时）

教学目标：了解机器人的发展历史、机器人的组成与特点、机器人语言和应

用。

重点难点：重点理解机器人的自由度、关节、坐标和参考坐标系的概念。

1.1引言

1.2什么是机器人

1.3机器人的分类

1.4什么是机器人学

1.5机器人的发展历史

1.6机器人的优缺点

1.7机器人的组成部件

1.8机器人的自由度

1.9机器人的关节

1.10机器人的坐标

1.11机器人的参考坐标系

l.12机器人的编程模式

1.13机器人的性能指标

1.14机器人的工作空间

1.15机器人语言

1.16机器人的应用

1.17其他机器人及应用

1.18机器人的社会问题

第二章：机器人位置运动学（5学时）

教学目标：掌握机器人的正向和逆向运动学，包括坐标的描述、变换、位姿

分析和机器人运动学的D-H描述。

重点难点：重点掌握机器人运动学的D-H描述。

2.1引言

2.2机器人机构

2.3机器人运动学的矩阵表示

2.4齐次变换矩阵

2.4.1空间点的表示

2.4.2空间向量的表示

2.4.3坐标系在固定参考坐标系原点的表示

2.4.4坐标系在固定参考坐标系中的表示

2.4.5刚体的表示

2.5齐次变换矩阵

2.6变换的表示

2.6.1纯平移变换的表示

2.6.2绕轴纯旋转变换的表示

2.6.3复合变换的表示

2.6.4相对于旋转坐标系的变换

2.7变换矩阵的逆

2.8机器人的正逆运动学

2.9位置的正逆运动学方程

2.9.1直角（台架）坐标

2.9.2圆柱坐标

2.9.3球坐标

2.9.4链式坐标

2.10姿态的正逆运动学方程

2.10.1滚动角、俯仰角和偏航角

2.10.2欧拉角

2.10.3链式关节

2.11位姿的正逆运动学方程

2.12机器人正运动学方程的D-H表示法

2.13机器人的逆运动学解

2.13.1链式机器人臂的一般解

2.14机器人的逆运动学编程·

2.15机器人的退化和灵巧特性

2.15.1退化

2.15.2灵巧

2.16D-H表示法的基本问题

2.17设计项目

2.17.13自由度机器人

2.10.23自由度移动机器人

第三章：微分运动和速度（4学时）

教学目标：理解机器人及坐标的微分运动；理解机器人及坐标的速度分析。

重点难点：重点掌握坐标系的微分运动；雅克比矩阵。

3.1引言

3.2微分关系

3.3雅克比矩阵

3.4微分运动与机器人的微分运动

3.5坐标系