《机器人及智能控制》课程教学大纲（本科）

1、机器人及智能控制(Robot and intelligent control)课程代码：03410087学分：2学时：32 (其中：课堂教学学时：20实验学时：4上机学时：0课程实践学时:0)先修课程：机械原理、线性代数、控制技术、程序设计语言适用专业：机电类专业教材：机器人学及其智能控制，郭彤颖，安冬主编，人民邮电出版社，2014年09月第1版一、课程性质与课程目标(-)课程性质机器人及智能控制是一门高度交叉的前沿学科，是集力学、机械学、生物学、人类学、计算机 科学与工程、控制论与控制工程学、电子工程学、人工智能、社会学等多学科知识之大成，是一项 综合性很强的新技术。自第一台电子编程工业机器

2、人问世以来，机器人学已取得令人瞩目的成就。 机器人技术的出现与发展，不但使传统的工业生产面貌发生根本性的变化，而且将对人类的社会生 活产生深远的影响。(二)课程目标(1)掌握工业机器人运动系统设计方法，具有进行总体设计的能力；(2)掌握工业机器人整体性能、主要部件性能的分析方法；(3)掌握工业机器人常用的控制理论与方法，具有进行工业机器人控制系统设计的能力；(4) 了解工业机器人的新理论，新方法及发展趋向。二、课程内容与教学要求第一章绪论(-)课程内容(1)机器人的基本概念与发展历程(2)机器人的基本概念(3)机器人的分类(4)机器人的系统组成及技术参数(二)教学要求介绍工业机器人的产生和发展

3、过程，掌握机器人的概念、特点、工业机器人的基本分类、工业 机器人的应用、工业机器人的组成以及主要性能参数，工业机器人的手部、腕部、臂部、机座的结 构原理和实例。(三)重点和难点重点掌握工业机器人的基本分类、工业机器人的应用；难点为工业机器人的结构原理和参数。第二章机器人的运动机构与执行机构(一)课程内容(1)常见运动机构，包括直线运动机构、旋转运动机构、减速运动机构(2)工业机器人常见运动形式(3)机器人执行机构，包括液压驱动、气压驱动、电气驱动(二)教学要求了解机器人的常见运动机构了解常见运动形式了解执行机构的分类，掌握液压驱动和电气驱动的组成(三)重点和难点液压系统和电气驱动系统的结构、执

4、行器工作原理和驱动系统的设计。第三章机器人的感知系统(一)课程内容(1)传感器概述(2)常用内部传感器(3)常用外部传感器(4)焊接机器人传感器系统(5)装配机器人传感器系统(二)教学要求了解各种类型的传感器(2)掌握位置传感器、速度加速度传感器的原理和应用(3) 了解焊接机器人上应用的视觉、电弧传感器第四章机器人控制系统(-)课程内容(1)机器人控制系统及其功能PUMA56。机器人控制系统的硬件组成(3)机器人控制器的软件组成(4)常用编程语言(5)几种典型的机器人控制系统举例(二)教学要求了解机器人控制器的硬件组成了解机器人控制器的软件组成了解现有典型机器人控制器的使用方法第五章机器人的运

5、动学(一)课程内容(1)机器人位置与姿态的描述(2)坐标变换86(3)齐次坐标变换87(4)机器人正向运动学91(5)机器人逆向运动学99(6)机器人的雅可比矩阵108(二)教学要求了解机器人位置和姿态相关概念(2)掌握机器人坐标变换(3)掌握正向运动方程的变换矩阵和正向运动方程的求解(4)掌握逆向运动学问题的多解性与可解性、逆向运动方程的求解(5)掌握机器人的雅可比矩阵(三)难点和重点通过介绍连杆参数和关节变量的设定、杆件坐标系的建立原则、相邻杆件运动学关系一A矩阵, 掌握机器人运动方程的建立、机器人运动方程的求解过程。第六章机器人的动力学(-)课程内容(1)刚体动力学(2)机器人动力学建模

6、(3)动力学仿真(二)教学要求(1)掌握n自由度机器人操作臂动力学方程(2)机器人操作臂动力学方程系数的简化了解非刚体效应的动力学模型(三)重点和难点建立机器人动力学方程，并对方程进行求解。第七章工业机器人的常用控制方法(-)课程内容(1)工业机器人控制的特点及分类(2)机器人的位置控制(3)机器人的力控制(4)机器人的现代控制技术(5)机器人的智能控制技术(-)教学要求了解工业机器人的特点和分类了解基于直流伺服电动机的单关节控制和基于交流伺服电动机的单关节控制了解质量-弹簧系统的力控制和力/位混合控制了解机器人的自适应控制了解机器人的学习控制(三)重点和难点质量-弹簧系统的力控制和力/位混合

7、控制、机器人自适应控制。第八章工业机器人的轨迹规划(一)课堂内容(1)机器人轨迹规划（2）关节空间的轨迹规划（3）直角坐标空间的轨迹规划（二）教学要求（1） 了解关节空间描述与直角坐标空间描述（2）掌握轨迹规划的基本原理（三）重点和难点轨迹规划的实现三、本课程开设的实验项目编号实验项目名称学时类型要求支撑的课程目标1库卡机器人操作2验证性选做目标1、22工业生产线直角机器人2验证性选做目标1、23虚拟样机机器人模拟2设计性选做目标1、2注：1.“类型”填验证性、综合性、设计性等；2“要求”填必做、选做。实验1:库卡机器人操作了解工业机器人的结构、操作方法、控制系统组成。要求学生理解实验原理，实

8、验结果说明的 问题要充分解释，实验结论清楚准确。实验2：工业生产线直角机器人掌握工业生产线直角机器人在上下料系统中的应用；要求学生理解实验原理，实验结果说明的 问题要充分解释，实验结论清楚准确。实验3：虚拟样机机器人模拟利用虚拟样机技术模拟装配机器人，并进行机器人程序编制；要求学生了解实验的原理及软件 的使用方法，并完成实验报告。四、学时分配及教学方法章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目课堂 教学实验上机课程 实践小计标第一章44讲授法目标1、3第二章44讲授法目标2、3、4Avfr* Y 广第二早44讲授法目标2、3、4第四章426讲授法目标2、3、4第五章22讲授法目标

9、2、3、4第六章224讲授法目标2、3、4第七章22讲授法目标2、3、4第八章224讲授法目标2、3、4英文PPT演讲44研究型教学方法目标5合计28632注：1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格;2.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、项目、案例等教 学方法）等。五、课程考核考核形式考核要求考核权重支持的课程目标大作业报告技术综述70%目标3、4平时成绩课堂点名20%目标5课程实验2个实验10%目标1、2注：1 .分学期设置和考核的课程应按学期分别填写上表。.考核形式主要包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作业、小 论文、项目设计和作品

10、等。.考核要求包括作业次数、考试方式（开卷、闭卷）、项目设计要求等。.考核权重指该考核方式或途径在总成绩中所占比重。六、课程目标达成度评价课程目标对应考核形式实际评测结果（学生达到的平均水平）课程目标1课程实验（第1个）第1个课程实验的平均分（百分制）=65课程目标2课程实验（第2个）第2个课程实验的平均分（百分制）=65课程目标3课程实验（第3个）第2个课程实验的平均分（百分制）=65课堂点名点名随机点名5次（百分制）=60课程目标3大作业报告（文献检索和调研）大作业报告（文献检索和调研）的平均 分（共 50 分）=32.5课程目标4大作业报告（报告书写质量）大作业报告（报告书写质量）的平均分 （共 50 分）=32.5六、参考书目及学习资料（书名，主编，出版社，出版时间及版次）（1）机器人技术及应用，朱世强、王宣银编著，浙江大学出版社，2001（2）工业机器人，韩建海主编，华中科技大学出版社，2009（3）工业机器人（第二版），吴振彪、王正家主编，华中科技大学出版社，2006（4）机器人学基础，蔡自兴编著，机械工