《机器人学》课程教学大纲

《机器人学》课程教学大纲课程编码：412413课程名称：机器人学英文名称：ROBOTICS开课学期：7学时/学分：28学时/1.5，（其中实验为6学时）课程类型：专业选修课开课专业：机械类及自动化专业选用教材：SaeedB.Niku.机器人学导论－分析、系统及应用，电子工业出版社，2004.1主要参考书：1.宋伟刚编著.机器人学—运动学、动力学与控制.北京：科学出版社，20072.蔡自兴编著.机器人学.北京：清华大学出版社，20093.Craig,JohnJ.著.贠超等译.机器人学导论.北京：机械工业出版社，2006课程性质、目的与任务本课程的目的是使学生了解机器人系统的基本组成、特点和工作原理，掌握机器人学的基本理论和分析方法，了解机器人子系统如驱动器、传感器以及模糊控制等的特点及应用。通过本课程的学习，使学生了解相关学科理论和技术在机器人技术中的应用、拓宽知识面，提高机电一体化设计的能力。教学基本要求1.掌握建立机器人的运动学方程的方法。2.基本掌握轨迹规划方法和模糊逻辑控制方法。3.了解机器人中经常使用的驱动器的特点，在应用中能够正确选用。各章节内容及学时分配第一章基础知识（2学时）教学目的与要求通过本章的学习，要求学生主要掌握机器人的组成、自由度、坐标形式、参考坐标系等基础知识。教学内容引言什么是机器人机器人的分类什么是机器人学机器人的发展历史机器人的优缺点机器人组成部件机器人自由度机器人关节机器人的坐标机器人的参考坐标系机器人的编程模式机器人的性能指标机器人的工作空间机器人语言机器人应用小结考核要求了解：机器人的发展历史、组成、应用。理解：机器人的编程模式、性能指标、工作空间等概念。掌握：机器人的自由度、坐标形式、参考坐标系等基础知识。第二章机器人位置运动学（10学时）教学目的与要求本章的学习目的，在于使学生掌握表述多自由度机器人在空间的运动的方法，以及如何用D-H法建立机器人的正逆运动学方程。要求学生掌握用矩阵表示点、向量、坐标系及变换方法；特定类型机器人的正逆运动学方程（直角坐标、圆柱坐标、球坐标）、RPY姿态角及欧拉角；D-H法建立机器人的正逆运动学方程。教学内容引言机器人机构机器人运动学的矩阵表示齐次变换矩阵变换的表示变换矩阵的逆机器人的正逆运动学机器人正运动学方程的D-H表示法机器人的逆运动学解机器人的逆运动学编程小结考核要求理解：变换的表示方法及机器人的正逆运动学的研究内容。掌握：用矩阵表示点、向量、坐标系及变换方法；特定类型机器人的正逆运动学方程（直角坐标、圆柱坐标、球坐标）、RPY姿态角及欧拉角；D-H法建立机器人的正逆运动学方程。第三章微分运动和速度（3学时）教学目的与要求通过本章的学习，要求学生掌握坐标系的微分运动、机器人机构的微分运动以及两者之间的关系。教学内容引言微分关系雅可比矩阵坐标系的微分运动微分变化的解释坐标系之间的微分变化机器人及机器人手坐标系的微分运动雅可比矩阵的计算如何建立雅可比矩阵和微分算子之间的关联雅可比矩阵求逆小结考核要求理解：雅可比矩阵的概念。掌握：坐标系的微分运动、机器人机构的微分运动以及两者之间的关系。第五章轨迹规划（3学时）教学目的与要求通过本章的学习，使学生了解机器人规划的作用和任务，理解路径与轨迹的概念及关节空间描述与直角坐标空间描述的含义。基本掌握机器人关节空间描述与直角坐标空间的轨迹规划方法。机器人轨迹规划方法。教学内容引言路径与轨迹关节空间描述与直角坐标空间描述轨迹规划的基本原理关节空间的轨迹规划关节空间的轨迹规划连续轨迹记录小结考核要求了解：机器人规划的作用和任务。理解：路径与轨迹的概念及关节空间描述与直角坐标空间描述的含义。掌握：机器人关节空间描述与直角坐标空间的轨迹规划方法。第六章驱动器（2学时）教学目的与要求通过本章的学习，要求学生了解常用驱动器的特点，在应用中能够根据实际需要选用，理解常用驱动器的工作原理。教学内容引言驱动系统的性能驱动系统的比较液压驱动器气动装置电动机电机的微处理器控制磁致伸缩驱动器形状记忆金属减速器小结考核要求了解：常用驱动器的特点，在应用中能够根据实际需要选用。理解：常用驱动器的工作原理。第八章模糊逻辑控制（2学时）教学目的与要求通过本章的学习，使学生了解模糊逻辑控制方法的特点及应用领域，理解论域、元素、集合、模糊集合、隶属度等概念，掌握机器人的模糊逻辑控制方法。教学内容引言模糊控制需要什么清晰值与模糊值模糊集合：隶属度与真值度模糊化模糊推理规则库清晰化模糊逻辑控制的全自动洗衣机小结考核要求了解：模糊逻辑控制方法的特点及应用领域。理解：论域、元素、集合、模糊集合、隶属度等概念。掌握：机器人的模糊逻辑控制方法。实验（1）机器人认知及示教设计（2学时）掌握示教的方法；设计机器人的示教过程。（2）机器人运动学分析及控制（2学时）掌握机器人的运动学方程的建立；会运用方程求解运动学的正解和反解，并实现机器人的运动控制。（3）运动控制系统及C语言编程控制（2学时）掌握工业机器人的伺服电机和步进电机的控制；学会使用高级语言（VC、VB）对机器人的控制方法；理解动态连接库的概念；利用所给的动态连接库，编写机器人抓取作业程序。（4）机器人搬运物件（2学时）掌握机器人搬运路线的规划方法；设计机器人装配作业的工作过程，并编程实现。开设实验项目一览表实验项目编号实验项目名称实验类型实验性质41241301机器人认知及示教设计设计性必做41241302机器人运动学分析及控制设计性必做41241303运动控制系统及C语言编程控制设计性必做41241304机器人搬运物件设计性选做考核方式：评分标准为五分制，由出勤、作业和实验课情况组成。平时出勤及课堂练习情况占成绩20％；习题课作业占40％，缺作业一次或以上者，没有成绩；实验课按出席和交报告情况占成绩40％，参加实验和交报告次数缺一次，没有成绩。备注：（1）本大纲仅列出达到教学基本要求的课程内容，列出的内容并非要求都讲，有些内容，可以通过自学达到教学基本要求。（2）作业是检验学生学习情况的重要教学环节，为了帮