机器人技术 教学大纲

PAGE6《机器人技术》课程大纲目录TOC\o"1-3"\h\z\u一、课程简介 3（一）中文简介 3（二）外文简介 3二、课程目标 3（一）课程教学目标 3（二）课程思政目标 4三、考核及成绩评定方式 4四、课程目标与毕业要求的对应关系 5五、课程教学内容、学习成效要求 6（一）课程教学内容、学习成效要求 6六、教学安排及方式 8七、教材及参考资料 9（一）建议教材 9（二）参考书 9课程编号：课程名称：机器人技术英文名称：RoboticTechnology学分：2.500学业负担估计：40学时+40学时先修要求：大纲更新时间：一、课程简介（一）中文简介《机器人技术》是机器人专业的专业基础课，是机械类专业智能制造工程方向和自动化专业高年级本科生的专业方向核心课。本课程以突出处理问题的思维方法、培养学生分析问题和解决问题的能力为原则，使学生掌握机器人系统组成、建模分析、控制和使用的技术要点和基础理论。通过本课程的学习，一方面使学生掌握和理解机器人技术的基本原理与方法，为后序深入的学习打下基础；另一方面，提高学生综合运用所学基础理论和专业知识分析与解决问题的能力。（二）外文简介RobotTechnologyisamajorcourseforintelligentmanufacturingengineeringdirectionofmechanicalengineeringmajors.Theprinciplehighlightsthethinkingwayofstructuresanddevelopstheabilitytodealwithproblems.Itmakesstudentsgraspthetechnicalpointsandbasictheoriesofrobotics,includingrobotsystemcomposition,modeling,analysis,control,andusage.RobotTechnologyemphasizestheclosecombinationoftheoryandpractice.Ontheonehand,studentsshouldmasterandunderstandthebasicprinciplesandmethodsofrobottechnologyandlayafoundationforfurtherstudy.Ontheotherhand,itcultivatesthestudents'abilitytocomprehensivelyapplythebasictheoriesandprofessionalknowledgetheyhavelearnedtoanalyzeandsolvecomplexengineeringproblems.二、课程目标（一）课程教学目标本课程通过讲授机器人技术的相关理论知识与开展相关的实践和实验内容，使学生掌握机器人系统组成建模分析控制和使用的技术要点和基础理论，熟悉这门技术以及其发展状况，为今后从事机械类专业智能制造工程方向的研究工作打下坚实的理论基础。课程目标1：了解机器人的组成、分类、应用和技术发展趋势，掌握机器人的定义、技术参数和系统组成等基本知识，具备机器人技术相关问题的描述与原理分析能力。课程目标2：掌握机器人运动学、动力学和运动控制的基础理论和基本知识，能够利用所学知识对机器人进行方案比较、建模求解与综合分析。课程目标3：能够开展机器人相关实验，对实验结果进行分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论。（二）课程思政目标围绕理想信念、爱国情怀、科学精神、人文素养、工程伦理，结合学校红色历史文脉传承和机械工程专业特色，课程将在教学过程中以思政目标实现为引领导向，专业教学目标实现为人才素质提升核心，通过合理设置课程教学内容、创新丰富教学手段和完备教学质量评价方法等，为新时代专业人才培养提供专业课程思政教育体系，具体实现的思政目标为：思政目标1：了解国家重大工程项目中机器人技术相关应用案例及其所蕴含的科学思想、科学方法、科学精神与科学文化，增强爱国主义热情和追求科学真理的精神，培养学生民族自豪感和服务国家战略发展意识，激励学生树立建设中国“制造强国”的远大理想。思政目标2：培养学生对机器人系统及其部件设计、分析方法及智能控制等复杂工程问题解决中采用科学思维与科学方法，并具备问题探索的科学精神。思政目标3：了解机器人的发展历程和主要代表事件与人物事迹，激发学生勇于进行科学探索研究意识，培养和训练学生的严谨科学态度和勇于质疑的科学精神。思政目标4：通过机器人技术相关原理与理论等知识的讲授和实践实验实施，培养学生辩证唯物主义实践论的观点，提高其学以致用的动手能力和科学实践能力，培养学生敬业、精益、专注、创新的“工匠精神”。三、考核及成绩评定方式本课程的考核以考核学生能力培养目标的达成为主要目的，以检查学生对各知识点的掌握程度以及应用为重要内容。最终成绩由卷面成绩（70%）、实验成绩（10%）、实践成绩（10%）和平时成绩（10%）四个部分组成。卷面成绩：70%。主要考核机器人技术基础知识的掌握程度，以及利用所学知识分析、解决问题的能力。书面考试形式，开卷形式；主观题型，注重于针对具体工程问题解决的能力考察；题型为判断题、选择题、简答题、计算题和综合分析题等。成绩评分标准为按标准答案得分率进行评价。实验成绩：10%。主要考核学生对实验结果的分析、解释、结论的能力。完成4个实验的预习、实验、撰写实验报告；根据实验的预习、实验情况和实验报告质量评分。实践成绩：10%。主要考核应用课程中的学到的理论知识来解决工程问题的能力。要求每个学生借助工程软件完成实践课题，并提交实践报告。平时成绩：10%。主要考核学生对机器人技术相关理论知识的复习、理解和掌握程度。提交三次作业，每次作业按五级分制考核，折算后计入最终成绩。对学生课堂学习效果进行测验及提问作为作业成绩的重要补充，是平时成绩评价的重要补充材料。课程目标与课程考核环节的对应关系如下表1所示。表1课程目标与考核环节的对应关系课程目标考核评价成绩组成合计卷面成绩实验成绩实践成绩平时成绩

课程目标135———35课程目标235—101055课程目标3—10——10合计70101010100课程目标平时作业实验成绩实践成绩期末考试合计1353521010355531010合计10101070100四、课程目标与毕业要求的对应关系毕业要求观测点课程目标、达成途径、评价依据1.工程知识1.4掌握电子装备设计或智能制造工程相关知识，能用于机电装备设计与制造的问题描述与原理分析。课程目标1：了解机器人的组成、分类、应用和技术发展趋势，掌握机器人的定义、技术参数和系统组成等基本知识，具备机器人技术相关问题的描述与原理分析能力。\t达成途径：课堂讲授第1-8章等内容，详细机器人的定义、分类、应用、发展、技术参数和系统组成等知识；学生课后扩展阅读，针对解机器人的应用和技术发展趋势撰写调研报告，不少于1500字。通过期末考试的判断题、选择题、简答题和综合分析题等来评价学生对课程目标1的掌握程度。要求学生结合各类工程应用的热点背景问题，挖掘其与课堂教学内容相匹配的基础知识，注重于理论和实践综合应用能力的培养，这样也利于促进思政目标1和4的达成。评价依据：期末卷面成绩。2.问题分析2.2能对机电系统和部件设计、制造工艺、运动控制等复杂工程问题进行方案比较、建模求解与综合分析。课程目标2：掌握机器人运动学、动力学和运动控制的基础理论和基本知识，能够利用所学知识对机器人进行方案比较、建模求解与综合分析。\t达成途径：课堂讲授3-8章关于机器人运动学、动力学和运动控制的基础理论和基本知识；组织课内实践，借助工程软件完成机器人正运动学、逆运动学、轨迹规划和机器人控制等内容，提高学生利用所学知识对机器人进行方案比较、建模求解与综合分析的能力。通过各章课程作业题、期末考试的计算题、实践报告等评价学生对课程目标2的掌握程度。上述问题的回答对于思政目标2和3的达成具有促进意义。评价依据：平时作业成绩、实践报告成绩、期末卷面成绩。4.研究4.4能够对研究及实验结果进行分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论。课程目标3：能够开展机器人相关实验，对实验结果进行分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论。\t达成途径：组织课内实验，借助机器人实物平台，开展认知实验、正运动学实验、逆运动学实验和轨迹规划实验，并将实验结果与理论分析结果进行对比，通过信息综合得到合理有效的结论。实验成绩以实验情况、实验过程表现及实验报告成绩综合评价学生对课程目标3的掌握程度，这也是思政目标4达成的重要构成部分。评价依据：实验报告成绩。五、课程教学内容、学习成效要求（一）课程教学内容、学习成效要求1.绪论（2学时）1.1学习成效要求：（1）了解机器人的定义、发展历程、分类及应用；（2）掌握机器人常用参考坐标系类型及主要技术参数；（3）了解机器人学的定义、技术及研究方法。1.2重点、难点：重点：机器人的主要技术参数。难点：机器人的发展。1.3作业及课外学习要求：查找机器人的最新技术及相关资料，了解机器人的应用和技术发展趋势，撰写调研报告。2.机器人系统的组成（6学时）2.1学习成效要求：（1）了解机器人系统组成；（2）熟悉手臂、手腕、手部、机身、移动机构等机械部分的常用机构和结构形式；（3）熟悉常用驱动器的工作原理、特点、主要技术参数及应用；（4）熟悉常用传感器的分类、工作原理、特点、主要技术参数及应用；（5）熟悉常用机器人控制方法，了解常用控制器类型。2.2重点、难点：重点：机器人机械系统的组成及常用结构形式；难点：常用驱动器和传感器的工作原理。2.3作业及课外学习要求：完成本章习题；查阅视频和文献资料，熟悉机器人常用结构形式及控制方法。3.机器人运动学（12学时）3.1学习成效要求：（1）熟悉机器人的运动简图、坐标系和位姿描述方法；（2）熟悉直角坐标变换和齐次坐标变换；（3）掌握机器人运动学方程和微分运动方程的建立及求解；（4）掌握雅可比矩阵的定义、物理意义，学会构造雅可比矩阵的基本原理；（5）了解机器人运动学逆解的基本方法；（6）学会刚体运动的旋量表示和机器人运动学的旋量应用。3.2重点、难点：重点：机器人运动学方程的建立和雅可比矩阵的构造；难点：机器人运动学方程的建立。3.3作业及课外学习要求：完成本章习题；查阅文献资料，了解其它机器人运动学建模与求解的常用方法与工具。4.机器人动力学（6学时）4.1学习成效要求：（1）了解机器人动力学的内容；（2）掌握机器人动力学方程建立方法。4.2重点、难点：重点：机器人动力学方程建立方法；难点：动力学方程的推导及整理。4.3作业及课外学习要求：完成本章习题；查阅文献资料，了解其它机器人动力学与求解的常用方法与工具。5.移动机械臂（2学时）5.1学习成效要求：（1）了解移动机械臂的类型与应用；（2）掌握移动机械臂的系统组成和研究内容。5.2重点、难点：重点：移动机械臂的系统组成；难点：移动机械臂的研究内容。5.3作业及课外学习要求：完成本章习题；阅读了解移动机械臂的类型与应用。6.运动规划（4学时）6.1学习成效要求：（1）学会常用机器人的路径规划算法；（2）熟悉常用机器人的轨迹规划方法。6.2重点、难点：重点：基于图搜索的路径规划算法、轨迹规划方法；难点：基于强化学习的路径规划算法。6.3作业及课外学习要求：完成本章习题；阅读了解不同应用场景下机器人的理想运动规划方法。7.实践教学（4学时）7.1学习成效要求：以工程软件为工具，进行运动学内容的综合设计训练，应用课程中的学到的理论知识来解决工程问题，培养学生解决复杂工程问题的能力，同时对本课程的基本概念、基本理论起到巩固和加深的作用，为学习后续课程及今后从事技术工作打下必要的基础。7.2重点、难点：直角坐标变换齐次坐标变换正逆运动学机器人的运动规划7.3作业及课外学习要求：撰写实践报告8.实验教学（4学时）8.1学习成效要求：通过实验，使学生熟悉机械臂、人形机器人，掌握最基础的机器人知识；培养学生认真细致、一丝不苟的工作作风，提高观察问题、分析问题和解决问题的能力；对本课程的基本概念、基本理论起到巩固和加深的作用，为学习后续课程及今后从事技术工作打下必要的基础。8.2重点、难点：机器人系统认知实验机器人正运动实验机器人逆运动实验机器人轨迹规划8.3作业及课外学习要求：撰写实验报