《机器人检测技术与传感器》教学大纲

《机器人检测技术与传感器》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：22140171课程性质：专业必修课学分：2学分学时：32学时（理论26学时，实验6学时）先修课程：机器人工程学、机器人机械基础、机器人驱动与运动控制等后续课程：机器人操作系统、机器人编程与系统集成等适用专业：机器人工程专业开课单位：智能工程学院一、课程说明《机器人检测技术与传感器》是机器人工程专业必修的一门专业必修课。本课程主要讲述了与机器人有关的检测方法，以及机器人传感器的基础知识和工作原理。通过本课程的学习，使学生掌握机器人感知外部世界的检测方法和各种传感器、仪表等自动化设备、计量测试技术等相关工作所必需的专业知识和能力。同时本课程在培养学生严肃认真的科学作风和抽象思维能力、分析计算能力、总结归纳能力等方面起重要作用。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：了解机器人系统的组成结构，掌握传感器的主要性能参数，从机器人内部传感器和外部传感器两个方面掌握机器人常用传感器的种类和工作原理，了解智能传感器的构成和关键技术，正确理解多传感器信息融合的分类和系统结构以及移动机器人应用实例。课程目标2：能够初步设计传感器控制电路，能使用机器人内外部传感器进行实践应用，掌握智能传感器和无线传感网络的工作原理与实例分析，掌握焊接、移动、装配机器人的应用实例，培养学生科学、严谨的创造性思维和研究性思维。课程目标3：通过课程学习，对机器人检测技术与传感器从整体上形成较清晰全面的了解，更重要的是培养学生积极思考、严谨创新的科学态度和解决实际问题的能力，塑造学生刻苦钻研的使命感和爱国情怀，培养科学探索的工程素养。三、课程目标与毕业要求《机器人检测技术与传感器》课程教学目标对机器人工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识：具有从事机器人工程领域所需的数学、自然科学、工程基础和专业知识，并能够综合应用这些知识解决机器人工程领域复杂工程问题。1.2掌握机器人工程领域所需的电路分析、电子技术、计算机、机械等原理和思想，能将其知识方法用于复杂机器人工程问题的分析和表述；课程目标1：了解机器人系统的组成结构，掌握传感器的主要性能参数，从机器人内部传感器和外部传感器两个方面掌握机器人常用传感器的种类和工作原理，了解智能传感器的构成和关键技术，正确理解多传感器信息融合的分类和系统结构以及移动机器人应用实例。M3.设计/开发解决方案：能够针对机器人工程领域复杂工程问题设计解决方案，设计满足特定需求的硬件部件、智能算法、系统集成应用，并能够在设计环节中体现创新意识，并考虑社会、环境、健康、安全、法律、文化等因素。3.1能够针对机器人工程领域的复杂工程问题提出网络化、智能解决方案；课程目标2：能够初步设计传感器控制电路，能使用机器人内外部传感器进行实践应用，掌握智能传感器的工作原理与实例分析，掌握焊接、移动、装配机器人的应用实例，培养学生科学、严谨的创造性思维和研究性思维。H4.研究：能基于科学原理并采用科学方法对人工智能及交叉应用领域的工程问题进行研究，包括实验的设计、算法的研究、参数的优化等，并通过信息综合得到合理有效的结论。4.1能够对机器人工程问题存在的物理现象进行观测和分析，并能明确其中的关联因素和本质特征；课程目标3：通过课程学习，对机器人检测技术与传感器从整体上形成较清晰全面的了解，更重要的是培养学生积极思考、严谨创新的科学态度和解决实际问题的能力，塑造学生刻苦钻研的使命感和爱国情怀，培养科学探索的工程素养。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.传感器基础知识与检测技术1.1传感器的定义和特点1.2传感器的组成和分类1.3传感器的特性分析1.4传感器的误差与标定1.5机器人与传感器的发展趋势思政1：我国传感器的发展史，引入机器人强国战略，阐述机器人领域科技进步对国家战略强国的支撑作用，进一步激发学生家国情怀和爱国主义热情。教学要求：了解传感器的定义、作用、组成、分类和基本特点；重点：掌握传感器的误差与标定方法。难点：传感器的静态标定、动态标定。21、32.常用的传感器2.1结构型传感器2.2物性型传感器思政2：引入知名企业——河南汉威电子公司，一家有志气、不断创新的企业，培养学生的社会责任感和大国工匠精神，更加宽阔的视野思考和分析专业问题。教学要求：使学生掌握常用传感器的主要性能参数。重点：结构型、物性型传感器的特性、组成和工作原理。难点：结构型、物性型传感器的特性、组成和工作原理。41、23.智能传感器3.1智能传感器的定义与特点3.2智能传感器的构成3.3智能传感器的应用思政3：引入知名企业——霍尼韦尔公司，2020年的有十大创新，始终坚持不断变化创新，重在培养学生的创新精神，有更加宽阔的视野和就业道路。教学要求：使学生了解智能传感器的工作原理和应用。重点：智能传感器的工作原理和结构。难点：智能传感器的特点及应用。41、2、34.机器人常用传感器4.1机器人传感器的分类和要求4.2常用内部传感器4.3常用外部传感器思政4：波斯顿动力公司的发展史，向处在行业前端的公司学习，培养学生的社会责任感，更加宽阔的视野思考和分析专业问题。教学要求：使学生了解机器人常用的传感器类型，掌握常用传感器的工作原理。重点：常用内部、外部传感器的工作原理。难点：常用内部、外部传感器的实际应用。421、2、35.工业机器人常用传感器5.1工业机器人基本知识5.2工业机器人的位置、位移传感器5.3焊接机器人常用传感器5.4管道机器人常用传感器思政5：引入“战略科学家，中国机器人之父——蒋新松院士”事迹，习近平总书记指出“青年兴则国家兴，青年强则国家强”，培养学生的爱国情怀。教学要求：使学生了解工业机器人传感器的分类及应用。重点：工业机器人的位置、位移传感器的种类和特性。难点：焊接机器人、管道机器人常用传感器的种类和特性。442、36.移动机器人常用传感器6.1移动机器人内部传感器6.2移动机器人外部传感器思政6：中国自主知识产权无人驾驶拖拉机发展史。培养学生大国工匠精神，引导提高学生对农业装备领域的兴趣，拓宽就业渠道。教学要求：使学生了解移动机器人传感器的分类、特点、工作原理。重点：移动机器人内部、外部传感器的组成及工作原理。难点：移动机器人内部、外部传感器的组成及工作原理。42、37.多传感器在焊接机器人中的应用7.1焊接机器人常用的传感器7.2电弧传感系统7.3超声传感跟踪系统7.4视觉传感跟踪系统教学要求：使学生了解焊接机器人常用的传感器种类，了解常用焊接传感器的工作原理。重点：常用焊接传感器的组成及工作原理。难点：电弧传感器的组成及工作原理。21、38.机器人多传感器信息融合8.1多传感器信息融合概述8.2多传感器数据融合的功能模型思政7：中国机器人之父——蒋新松院士。培养学生的爱国情怀，学生入党积极性提高。教学要求：使学生了解多传感器信息融合的特点和定义，掌握多传感器信息融合的信息模型、算法和应用。重点：多传感器信息融合的特点。难点：多传感器信息融合的算法和应用。21、2、3合计2662.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.条码识别实验内容：通过视觉相机拍摄图像，之后通过相机内部处理与功能块的处理，可以识别出二维码，并且显示出二维码的内容。实验要求：掌握视觉的简单操作，掌握视觉软件的功能块的使用，熟练调节镜头焦距曝光度，熟练使用视觉软件。21、22.瑕疵检测实验内容：通过摄像头与视觉控制器可以检测出手机或者其他物体上的裂纹与瑕疵。实验要求：掌握视觉软件里功能模块的使用，掌握视觉程序的编辑方式，能够自行调节镜头的光圈与焦距，掌握视觉控制器的工作方式。22、33.视觉数量检测实验内容：通过视觉相机拍摄图像，再通过相机内部处理与功能块的处理，可以识别出工件并且查找出相同的工件。实验要求：掌握视觉软件的简单操作，掌握视觉软件的功能块的使用，熟练调节镜头焦距曝光度，熟练使用视觉软件。22、3合计6五、教学方法及手段本课程采用课堂讲授和讨论相结合的方式。讲授主要采用教师讲解、演示、互动的教学形式。教师讲解知识点，使学生对知识点形成直观印象，并通过课堂教学双方互相提问，与学生互动，鼓励学生在课堂上发表自己的见解，加深对知识点的理解，注重理论指导的作用，积极探究达到最佳效果的典型做法。在教学环节引入多媒体演示，通过形象生动的视频演示让学生们了解机器人传感器的实际应用所在。同时贯彻理论和实践相结合的原则，给学生一定量的思考，并要求完成一定量的作业，以提高学生的理论水平，培养学生的动手能力和创新精神。在实验教学环节中，着重讲授如何用科学的手段来完成理论的验证；如何组织实验、处理数据和分析实验现象；介绍机器人视觉设备和仪器的原理、构造和使用维护方法以及综合实验内容的思路和方案设计等。通过任务式教学、讨论式教学培养学生的设计的能力。培养学生自主学习能力、激发学生的创新思维。在实验前学生应复习和掌握与本实验有关的教学内容、认真阅读实验指导书；在实验中要严格遵守实验纪律，按操作规程使用仪器；实验结束后，按规定对仪器进行维护保养；每完成一项实验，要认真完成一份实验报告。六、课程资源1.推荐教材：（1）迟明路,田坤.机器人传感器[M].北京:电子工业出版社.2022年.2.参考书：（1）胡向东.传感器与检测技术（第3版）[M].北京:机械工业出版社.2018年.（2）徐宏伟.常用传感器技术及应用[M].北京:电子工业出版社.2017年.（3）张春晓.智能机器人与传感器[M].西安:西安电子科技大学出版社有限公司.2020年.（4）陈雯柏.智能机器人原理与实践[M].北京:清华大学出版社.2016年.3.期刊：（1）DeFalcoI.,TortoraG.,DarioP.,etal.Anintegratedsystemforwirelesscapsuleendoscopyinaliquid-distendedstomach[J].IEEETransactionsonBiomedicalEngineering,2014,61(3).（2）ShortliffeEH.Thefutureofbiomedicalinformatics:Aperspectivefromacademia[J].StudHealthTechnolInform,2012,180.（3）DemosthenousP.,PitrisC.,GeorgiouJ.Infraredfluorescence-basedcancerscreeningcapsuleforthesmallintestine[J].IEEETransactionsonBiomedicalCircuitsandSystems,2016,10(2).（4）林涛,付崇阁,吉萌萌.基于改进的自注意力长短期记忆网络的传感器故障预检测方法[J].计算机应用,2021,41(S1).（5）梅婕,魏圆圆,许桃胜.基于密度峰值多起始中心的融合聚类算法[J].计算机工程与应用,2021,57(22).4.网络资源：（1）中国大学MOOC（慕课）国家精品课程在线学习平台：/.（2）智慧树在线教育平台：/.（3）学堂在线国家精品课堂在线学习平台：/七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现8（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√422实验20（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√5155作业12（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√642期末考核60（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核传感器的静态标定、动态标定、机器人对传感器的要求及传感器的特性、常用内部、外部传感器的工作原理，掌握智能、无线传感器的实现技术、多传感器信息融合的常用方法、位姿传感器的组成及工作原理、电弧传感器的组成及工作原理等内容。（3）考试题型为：名词解释题、填空题、简答题、绘图题和分析计算题等。√√√252510合计：100分404020八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、作业、实验、期末考试等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末试卷成绩和过程性评价成绩组成。其中：期末试卷成绩为100分（权重60%），试题类型为填空题、选择题、判断题、简答题、计算题和分析题等类型，试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50%，综合应用题、分析题不低于50%；出勤、作业评价、课堂讨