《机器人控制技术》课程教学大纲

1、大学本科专业培养方案课程教学大纲编 码：ME06102 Code: ME06102 课程名称：机器人控制技术 Course Title: Robot Control Technology课程类别：专业选修 Course category: Elective Courses in Specialty学 分：2 Credit(s): 2开课单位：机械与运载工程学院 Offering College/School: College of Mechanical & Vehicle Engineering课程描述：机器人自动化制造技术是目前机械制造过程的一个重要方面与发展趋势，而机器人控制技术是

2、实现机器人自动化的基础，课程以机械原理、电工电子、机械设计、机械制造装备等课程为前导内容，为机器人特别是工业机器人控制方面的应用提供理论知识。本课程主要包括机器人基本结构、工业机器人运动学、动力学，机器人控制的基本原理、机器人操作的轨迹规划、机器人传感器、机器人控制理论等内容，使学生了解工业机器人的基本结构，完整理解机器人控制系统。通过本课程学习，为学生从事机电自动化产品设计、制造及设备自动控制打下必不可少的基础；通过本课程的专业理论知识的学习，并与实践相结合，使学生具有较为全面的专业知识和实际操作技能。Course description: Robotic automation manufa

3、cturing technology is an important content and development tendency in the mechanical manufacturing process. Robot control technology is the basis of robot automation. Mechanical principle, Electrical and electronic, Mechanical design, Mechanical manufacturing equipment is as the leading content of

4、this course, which provides theoretical knowledge for robot applications of industrial robot control. This course mainly includes the basic structure of industrial robot, kinematics and dynamics, the basic principle of robot control, the trajectory planning of robot operation, robot sensors, robot c

5、ontrol theory, etc. It can make the students understand the basic structure of industrial robots and a complete understanding of robot control system. Through learning this course, students can engage in products design of mechanical and electrical automation, manufacturing and equipment automatic c

6、ontrolling. Through the professional theory learning, and combined with practice, students will have a more comprehensive professional knowledge and practical skills.课程内容（一）课程教学目标通过本课程的教学，使学生具备以下能力：1. 具有解决复杂机械工程问题所需的机器人自动化控制基础知识及其应用能力（毕业要求1.3）。2. 具有解决复杂机械工程问题所需的机器人运动学、动力学、控制、规划等专业知识及其应用能力（毕业要求1.4）。3

7、. 能够提出解决复杂的机器人控制工程问题的多种可能方案，并通过文献研究比较、分析方案的优缺点（毕业要求2.2）。4. 通过分析复杂机械工程问题的影响因素，论证机器人运动动力学、机器人控制原理、机器人规划选择方案的可行性与合理性（毕业要求2.3）。5. 能够认识自主学习的重要性，具备自主学习和终身学习的意识（毕业要求12.1）。（二）基本教学内容绪论教学目的：通过本章的学习，要求学生了解机器人及机器人发展技术在综合国立竞争中的重要性、机器人控制技术的发展历史、机器人的发展趋势，明确本课程的学习目的与学习要求。相应毕业要求：1.3教学内容：1. 机器人的基本概念，分类。2. 工业机器人的基本组成及

8、技术参数。3. 机器人控制的基本方法。学时分配：课堂教学2学时第二章 机器人主要机构与驱动教学目的：掌握机器人的主要机械机构及特点，了解机器人的驱动系统及特点，培养学生与工程实践相结合的能力。相应毕业要求：1.3， 1.4教学重点：机器人的主要机械机构及特点。教学难点：机器人的主要机械机构的特点及选择。教学内容：1. 工业机器人主要机械机构组成。2. 机器人末端操作器，机器人手腕。3. 机器人手臂，机器人机座。4. 工业机器人的驱动源（直流电机）。5. 驱动系统(比数控简单)。学时分配：6学时课堂教学第三章 机器人传感器教学目的： 掌握机器人设计制造与控制过程中各种传感技术及相应的传感器，培养

9、学生与工程实践相结合的能力。相应毕业要求：1.4教学重点：机器人的速度，加速度传感器，力和力矩，接触和触觉，视觉传感器等。教学难点：力传感、视觉控制技术。教学内容：1. 传感器分类与特点。2. 位置，速度，加速度传感器。3. 力和力矩，接触和触觉。4. 语音识别，视觉传感器等。学时分配：2学时课堂教学。第四章 工业机器人运动与力学模型教学目的： 掌握机器人运动学原理及各种状态下的运动与动静学模型，培养学生理论分析能力。相应毕业要求：1.4教学重点：机器人的运动学与动静力学特征分析。教学难点：机器人的运动学模型及动静力学模型。教学内容：1. 位置与姿态的表示。2. 空间几何坐标变换，关节连杆变换

10、。3. 位置的正逆运动学方程。4. 位姿的正逆运动学方程。5. 机器人的微分运动。6. 机器人的分解运动速度，加速度，工业机器人静力学特性。7. 工业机器人的动力学特性。8. 工业机器人速度和加速度分析。学时分配：4学时课堂教学。第五章 机器人位置与力控制教学目的： 熟悉单关节、多关节机器人的位置控制，培养学生与工程实际相结合的能力。相应毕业要求：1.4教学重点：单多关节机器人位置控制结构与模型。教学难点：多关节机器人位置与力控制方法。教学内容：1. 单关节位置控制结构。2. 多关节机器人的位置控制结构。3. 直流控制系统原理与数学模型。4. 工业机器人的关节与笛卡儿空间位置控制。5. 机器人

11、位置与力控制。6. 机器人的位置控制实例学时分配：4学时课堂教学。第六章 工业机器人轨迹规划教学目的： 掌握工业机器人路径规划方法及控制算法，培养学生设计及与工程实际相结合的能力。相应毕业要求：2.2教学重点：机器人路径规划。教学难点：机器人路径规划控制。教学内容：1. 机器人路径规划控制模拟退火算法。2. 免疫进化和示例学习，蚁群算法。3. 工业机器人的运动轨迹。4. 关节空间的轨迹规划，包括三次，五次，高次，其他轨迹。5. 笛卡儿空间的轨迹规划（位置，姿态）学时分配：4学时课堂教学。第七章 机器人控制与实例教学目的： 掌握机器人常用的线性与非线性控制方法以及机器人接口技术，培养学生设计及与

12、工程实际相结合的能力。相应毕业要求：2.3, 4.3教学重点：机器人控制方法。教学难点：机器人线性与非线性控制技术。教学内容：1. 机器人常用的控制方法。2. 不确定机器人系统的控制。3. 工业机器人线性与非线性控制。4. 机器人其他控制方法： 机器人独立PD，神经网络，模糊自适应，滑模，鲁棒控制。5. 机器人控制实例。学时分配：4学时课堂教学。考核方式本课程考核采用闭卷考试的形式期评成绩占比：1.平时成绩一（考勤、课堂讨论）占20%2.平时成绩二（作业、实验）占20%3 期末考试成绩（闭卷）占60%持续改进方法1.采用灵活、先进教学方法与手段2.各个章节布置一定量的作业。3.机器人结构、控制等需要进行讨论。4.规划完善实验方案，不断提高学生实践能力。教材及参考书1、机器人学，蔡自兴，清华大