机器人控制技术 教学大纲

第页机器人控制技术一、课程说明课程编号：090016Z10课程名称：机器人控制技术/RobotControlTechnique课程类别：专业课学时/学分：32/2（其中实验学时：4）先修课程：高等数学、线性代数、自动控制理论适用专业：自动化、测控技术与仪器、电气工程及其自动化教材、教学参考书：1.蔡自兴，.机器人学（第三版）.北京：清华大学出版社.2015年；2.蔡自兴，等.机器人学基础（第2版）.北京：机械工业出版社.2015年。二、课程设置的目的意义机器人学是一门高度交叉的前沿学科，它集机械工程学、计算机科学、控制理论与控制工程学、电子工程学、传感技术、人工智能、仿生学、社会学等诸学科知识之大成，是一项综合性很强的新技术。本课程主要介绍机器人学基本原理与技术，尤其是机器人的控制技术。课程总体上为以理论为指导，以工程为背景，紧密结合实验，使学生掌握通用工业机器人（机械手）的基本原理、结构、操作、编程等方法，学会机器人控制、通讯、计算机视觉技术，达到融会贯通信息、电子、机械、传感、控制等技术的机电一体化人才培养目标。通过这门课的学习，使学生对机器人学有一个全面、深入的认识。培养学生综合运用所学基础理论和专业知识进行创新设计的能力。三、课程的基本要求知识：了解机器人的定义及发展，相关传感器及应用，机器人的应用领域和发展方向。掌握机器人的结构特点和分类，机器人的运动方程和正、逆运动学求解方法，机器人的基本控制原则和控制方法，机器人规划基本原理及轨迹规划方法，机器人的编程环境和方法。能力：从应用的角度开发机器人系统，将机器人控制的知识用于解决机器人系统的工程问题；用机器人建模的方法进行正向运动学和逆向运动学的分析，通过离线编程规划最优轨迹；掌握各类传感器的原理，能够针对具体问题提出有效的解决方案，提高开发机器人自动工作的能力；在机器人学科的交叉知识的讨论中培养创新意识，提高分析、发现、研究和解决问题的能力；素质：建立光机电一体化的观念，通过课程中的分析讨论辩论培养分析沟通交流素质，建立机器人系统设计到应用的思维模式，提升工程管理的基本素质。通过课外导学的模式，提升自主学习和终身学习的意识，形成不断学习和适应发展素质。四、教学内容、重点难点及教学设计章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难点教学方案设计（含教学方法、教学手段）讲课(含研讨)实践1.绪论机器人的定义及发展、机器人的结构和分类220机器人的定义及发展机器人的结构和分类1.通过大量丰富的机器人视频介绍引入课程2.通过提问让学生说出心目中机器人的形象2.数学基础机器人位置和位姿的表示、坐标变换、齐次坐标变换、物体变换及逆变换220机器人位置和位姿的表示、坐标变换齐次坐标变换、物体变换及逆变换1.通过机器人实物演示让同学理解机器人的不同姿态2.以教室中、生活中的实例介绍位置、朝向等概念3.机器人运动学DH参数描述，运动方程的表示、逆运动学求解642DH参数描述，运动方程的表示逆运动学求解1.以人类手臂为例介绍机器人各类关节的构成2.通过仿真实验进行机器人正向、逆向运动学的求解4.机器人动力学动力学方程构建、动力学方程求解220动力学方程构建动力学方程求解1.通过视频引入动力学需要解决的问题。2.通过动画讲解哥氏力等难理解概念5.机器人控制机器人基本控制原则、控制理论与算法、智能控制系统880机器人基本控制原则、控制理论与算法智能控制系统1.以小组分单位进行课堂讨论，选择自己小组的机器人设计。2.通过实例讲解机器人控制系统6.机器人传感器位置和位移传感器、机器人的视觉传感系统、机器人的距离传感器、传感器的选择与应用；传感器信息处理220位置和位移传感器、机器人的视觉传感系统、机器人的距离传感器传感器的选择与应用；传感器信息处理1.以火星车为例进行案例分析2.针对各小组的选题，探讨需采用的传感器7.机器人轨迹规划机器人规划的作用与任务、机器人轨迹插值计算、插补方式分类与轨迹控制，机器人路径的轨迹规划422机器人规划的作用与任务、机器人轨迹插值计算插补方式分类与轨迹控制，机器人路径的轨迹规划1.通过视频讲解机器人轨迹规划的过程。2.通过仿真实验让学生学习基础的轨迹规划方法8.机器人编程机器人基本编程技术、InnoSTAR编程环境、InnoSTAR编程控制220机器人基本编程技术、InnoSTAR编程环境InnoSTAR编程控制1.实物实验2.以仿真环境为例讲解机器人的离线编程9.机器人应用及展望各类机器人应用、机器人技术的发展方向440各类机器人应用机器人技术的发展方向1.以最新的数据给学生讲授全球机器人市场的发展2.分组课程汇报注：实践包括实验、上机等五、实践教学内容和基本要求实验名称实验内容学时基本要求仿真实验机器人运动学与轨迹规划实验2熟悉Matlab编程环境及RoboticsToolbox工具箱，能够进行正、逆向运动学计算以及轨迹规划实物实验简易机械臂的装配及控制2通过零部件以小组为单位组装机器人，并进行相应的基础控制六、考核方式及成绩评定教学过程中采取讲授、讨论、分析、大型作业、课前导学的方式进行，注重过程考核，考核方式包括：笔试、作业、讨论、辩论、课内互动，课外阅读等；过程考核占总评成绩的50%，期末考试点50%。考核方式