《机器人技术基础》教学大纲-中外-48学时.docx

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《机器人技术基础》课程教学大纲

一、课程基本信息

课程名称

机器人技术基础

课程编号

70

课程性质

选修课

课程类别

专业选修课

开课单位

机电教研室

授课学期

第6学期

学分/学时

2/32

课内学时

32

理论授课

32

上机学时

课内实践

实验学时

课外学时

32

适用专业

机械设计制造及其自动化（中外合作办学）

是否双语

否

先修课程

高等数学、理论力学、机械原理、机械设计

后续课程

二、课程简介

机器人技术基础是机械设计制造及其自动化（中外合作办学）的一门专业选修课程，主要介绍机器人运动学、动力学等理论，传感、控制及编程方面的基本知识。机器人技术是融合了机械工程、电子技术、传感器、计算机硬件、软件等许多学科的知识，涉及到当今许多前沿领域的技术，是一门理论与应用相结合的课程，代表了机电一体化的最高成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，机器人技术基础课程涵盖了机械工程、控制论、计算机技术、信息与传感技术、人工智能等诸多学科领域的知识，是一门理论与应用相结合的课程。

三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑

（一）课程目标

课程目标1：知识目标

能够清楚表述机器人技术的基本概念；运用机器人技术的运动学、动力学、控制理论和传感器技术等相关基础知识和技术，建立完整、清晰的机器人整体概念。

课程目标2：能力目标

通过课程学习，掌握机器人的基本设计方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的各种因素，达到对机器人总体方案进行分析和设计的能力。

课程目标3：价值塑造

能够运用现代工具，解决机器人运动、控制、编程实际问题。激发学生求知热情、探索和创新精神，树立为机器人行业发展做贡献的远大理想。

（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑

课程目标

支撑毕业要求指标点

毕业要求

课程目标1

指标点1-4

1-工程知识

课程目标2

指标点3-1

3-设计/开发解决方案

课程目标3

指标点5-2

5-使用现代工具

四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑

（一）课程基本教学内容

第一单元机器人及机器人机构（学时数：4学时）

1.课程主要内容

机器人的定义、发展状况和行业应用；机器人的组成：运动副、串联机构、并联机构。

2.重点和难点

重点：机器人的定义、运动副、串联机构。

难点：并联机构。

3.教学方法

课堂讲授、案例分析

4.学生学习预期成果

描述机器人的定义，描述机器人的组成、运动副，描述串联机器人机构、并联机器人机构。

5.支撑课程目标

课程目标1、课程目标2。

第二单元位姿描述和齐次变换（学时数：6学时）

1.课程主要内容

刚体位姿描述，平移和旋转变换（2D/3D）、复合变换，齐次坐标变换、变换矩阵计算。

2.重点和难点

重点：刚体位姿描述；平移和旋转变换（2D/3D)。

难点：复合变换、齐次坐标变换、变换矩阵的计算。

3.教学方法

课堂讲授、案例分析。

4.学生学习预期成果

描述刚体位姿、平移和旋转变换、复合变换等概念，熟练进行平移变换、旋转变换、复合变换。熟练掌握齐次坐标变换、变换矩阵的计算。

5.支撑课程目标

课程目标1、课程目标3。

第三单元操作臂运动学（学时数：6学时）

1.课程主要内容

连杆参数和连杆坐标系、操作臂正运动学、操作臂逆运动学、轨迹生成，运用matlab软件进行简单的机器人运动学计算。

2.重点和难点

重点：连杆参数和连杆坐标系，操作臂正运动学、操作臂逆运动学。

难点：操作臂正运动学、操作臂逆运动学、轨迹生成。

3.教学方法

课堂讲授、课上讨论、案例分析。

4.学生学习预期成果

描述连杆参数和连杆坐标系、机器人运动学方程，能根据机器人具体参数列出运动学方程，进行正、逆运动学分析、掌握机器人轨迹生成的方法。

5.支撑课程目标

课程目标1、课程目标2、课程目标3。

第四单元操作臂动力学（学时数：2学时）

1.课程主要内容

刚体动力学方程，操作臂动力学方程的计算。

2.重点和难点

重点：刚体动力学方程、操作臂动力学方程的计算。

难点：操作臂动力学方程的计算。

3.教学方法

课堂讲授、课上讨论。

4.学生学习预期成果

描述刚体动力学方程，理解机械臂的动力学建模方法，分析复杂操作臂动力学方程的结构。

5.支撑课程目标

课程目标1、课程目标3。

第五单元机器人控制（学时数：4学时）

1.课程主要内容

机器人的基本控制原则、直流传动系统的建模、位置控制的基本结构、单关节位置控制器。

2.重点和难点

重点：直流传动系统的建模、位置控制的基本结构。

难点：单关节位置控制器。

3.教学方法

课堂讲授、课上讨论。

4.学生学习预期成果

阐述机器人的基本控制原则，控制器分类，控制变量，主要控制层次。解释基于伺服电动机的单关节控制器，增益常数的确定，关节控制器的静态误差。解释力和位置混合控制方