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文档简介
《机器人学》课程教学大纲一、课程简介课程中文名机器人学课程英文名Robotics双语授课□是eq\o\ac(□,√)否课程代码24112106课程学分3总学时数48(含劳动教育1学时)课程类别□通识教育课程□公共基础课程eq\o\ac(□,√)专业教育课程□综合实践课程□教师教育课程课程性质eq\o\ac(□,√)必修□选修□其他课程形态□线上eq\o\ac(□,√)线下□线上线下混合式□社会实践□虚拟仿真实验教学考核方式eq\o\ac(□,√)闭卷□开卷□课程论文□课程作品□汇报展示□报告eq\o\ac(□,√)课堂表现□阶段性测试eq\o\ac(□,√)平时作业□其他(可多选)开课学院机器人工程学院开课系(教研室)机器人工程面向专业机器人工程开课学期第5学期先修课程线性代数、电路分析、工程力学、机械设计基础、电机控制技术后续课程机器人操作系统、工业机器人技术及应用、机器人建模与仿真选用教材范凯.机器人学基础[M].北京:机械工业版社,2019.普通高等教育人工智能与机器人工程专业“十三五”规划教材参考书目樊泽明吴娟任静余孝军袁学兵.机器人学基础[M].北京:机械工业版社,2021.课程资源无课程简介机器人学引论是机器人工程专业的一门核心专业课程。课程内容主要包括:机器人运动学,机器人动力学,机器人控制,机器人轨迹规划和机器人驱动器和驱动系统。课程主要系统地向学生介绍机器人工程设计及应用的基础理论知识、机器人设计、机器人控制及机器人编程等方面的知识。通过本课程的学习,使学生掌握机器人研究、开发专门知识,能够从事机器人工程相关工程技术的开发、产品制造和设备维护等工作。二、课程目标表1课程目标序号具体课程目标课程目标1掌握机器人工程领域相关数学知识和工程数值计算方法,能够采用建模、仿真等技术,将其应用到机器人领域复杂工程问题中课程目标2能够在数据和模型分析的基础上,运用工程知识的基本原理,综合考虑环境、社会可持续发展的影响和合理性评判,分析并判断解决问题方案的可行性。表2课程目标与毕业要求对应关系毕业要求指标点课程目标毕业要求3:设计/开发解决方案:能够设计针对机器人工程领域复杂工程问题的解决方案,设计机器人硬件部件、软件系统及智能算法或机器人系统生产工艺流程,并能够在设计环节中体现创新意识,考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。【M】指标点3.3:能够考虑社会、健康、安全、法律、文化和环境等因素,对设计和方案的合理性及可行性进行分析、论证。课程目标1毕业要求7:研究:能够基于科学原理并采用科学方法对机器人工程及相关领域复杂工程问题进行研究,包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。【L】指标点7.2:能够评价针对复杂机器人工程问题的工程实践对于环境、社会可持续发展的影响。课程目标2课程学习内容与方法(一)理论学习内容及要求表3课程目标、学习内容和教学方法对应关系序号课程模块学习内容学习任务课程目标学习重点难点教学方法学时1绪论1.机器人的概念1.单元项目练习课程目标1重点:机器人的概念机器人的分类难点:1.什么是机器人学讲授法:引入新课42.机器人的分类3.什么是机器人学4.机器人的发展历史及应用5.《大国重器》及《中国制造2025》等案例。2机器人位置运动学1.机器人机构1.单元项目练习课程目标1重点:1.机器人运动学的矩阵表示2.齐次变换矩阵3.变换矩阵的逆4.机器人的正逆运动学5.位置的正逆运动学方程6.姿态的正逆运动学方程7.位姿的正逆运动学方程8.机器人正运动学方程的D-H表示法9.控制系统的准确性,提高学生的自主学习能力;控制系统的快速性,提高学生适应环境的能力难点:1.机器人的正逆运动学2.位置的正逆运动学方程3.姿态的正逆运动学方程4.位姿的正逆运动学方程讲授法:介绍机器人正逆运动学及其方程102.机器人运动学的矩阵表示3.齐次变换矩阵4.变换的表示5.变换矩阵的逆6.机器人的正逆运动学7.位置的正逆运动学方程8.姿态的正逆运动学方程9.位姿的正逆运动学方程10.机器人正运动学方程的D-H表示法11.机器人的逆运动学解12.控制系统的准确性,提高学生的自主学习能力;控制系统的快速性,提高学生适应环境的能力3机器人动力学1.引言1.单元项目练习课程目标1重点:1.有效转动惯量2.多自由度机器人的动力学方程3.机器人的静力分析4.坐标系间力和力矩的变换5.控制系统的准确性,提高学生的自主学习能力难点1.多自由度机器人的动力学方程2.机器人的静力分析3.坐标系间力和力矩的变换讲授法:介绍机器人运动学82.拉格朗日力学的简单回顾3.有效转动惯量4.多自由度机器人的动力学方程5.机器人的静力分析6.坐标系间力和力矩的变换7.控制系统的准确性,提高学生的自主学习能力4机器人轨迹规划1.引言1.单元项目练习课程目标1重点:1.路径与轨迹2.轨迹规划的基本原理3.关节空间的轨迹规划4.直角坐标空间的轨迹规划5.连续轨迹记录难点:1.轨迹规划的基本原理2.关节空间的轨迹规划3.直角坐标空间的轨迹规划讲授法:介绍机器人轨迹规划方法82.路径与轨迹3.关节空间描述与直角坐标空间描述4.轨迹规划的基本原理5.关节空间的轨迹规划6.直角坐标空间的轨迹规划7.连续轨迹记录8.控制系统的准确性,提高学生的自主学习能力;控制系统的快速性,提高学生适应环境的能力5机器人运动控制1.引言1.综合项目练习课程目标2重点:1.系统动力学2.多输入多输出系统3.状态空间控制法4.数字控制5.非线性控制系统6.机器人驱动和控制难点:1.多输入多输出系统2.状态空间控制法3.数字控制4.非线性控制系统5.机器人驱动和控制1.讲授法:机器人运动控制102.基本组成、术语和结构图3.系统动力学4.多输入多输出系统5.状态空间控制法6.数字控制7.非线性控制系统8.机器人驱动和控制9.控制系统的稳定性,提高学生抗挫折能力;控制系统的准确性,提高学生的自主学习能力;控制系统的快速性,提高学生适应环境的能力6机器人驱动器和驱动系统1.引言1.综合项目练习课程目标2重点:1.驱动系统的特性2.驱动系统的比较3.液压驱动器4.气动装置5.电机难点:1.驱动系统的特性2.液压驱动器3.气动装置4.电机1.讲授法:机器人运动控制驱动器和驱动系统82.驱动系统的特性3.驱动系统的比较4.液压驱动器5.气动装置6.电机7.控制系统的准确性,提高学生的自主学习能力;控制系统的快速性,提高学生适应环境的能力四、课程考核(一)考核内容与考核方式表4课程目标、考核内容与考核方式对应关系课程目标考核内容所属学习模块/项目考核占比考核方式课程目标11.机器人位置运动学2/3/4/5/675%课堂表现、作业、闭卷考试2.机器人动力学3.机器人轨迹规划4.机器人运动控制5.机器人驱动器和驱动系统课程目标21.绪论1/525%课堂表现、作业、闭卷考试2.机器人驱动器和驱动系统表5课程目标与考核方式矩阵关系课程目标考核方式考核占比课堂表现9%平时作业21%闭卷考试70%课程目标175%75%75%75%=9%*75%+21%*75%+70%*75%课程目标225%25%25%25%=9%*25%+21%*25%+70%*25%(二)成绩评定1.平时成绩评定(1)课堂表现(30%):通过学生在课堂上的表现情况、发言与提问情况,来评价学生相关的能力;(2)作业完成情况(70%):围绕课程的学习目标进行作业的设计。如让学生简述对知识的认识,考核学生对于概念的理解情况,帮助学生将定义转化为自己的理解;2.期末成绩评定期末考核主要考察学生对课程内容的掌握情况,方式为闭卷考试。3.总成绩评定总成绩(100%)=平时成绩(30%)+期末成绩(70%)(三)评分标准表6评分标准(非试卷考核项目)考核项目评分标准优秀(100>x≥90)良好(90>x≥80)中等(80>x≥70)及格(70>x≥60)不及格(x<60)课堂表现能完成100%以内的课程任务。且没有迟到,按时出勤能完成90%以内的课程任务,且迟到2次以上能完成80%以内的课程任务,迟到4次以上能完成70%以内的课程任务,且迟到6次以上能完成60%以内
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