机器人系统设计与应用 教学大纲

《机器人系统设计与应用》教学大纲SyllabusofRobotSystem:DesignandApplication课程基本信息CourseInformation课程名称CourseName机器人系统设计与应用RobotSystem:DesignandApplication开课学院School机械与电气工程学院专业负责人MajorLeader田劼课程负责人TeamLeader赵建伟课程编码CourseCodeU2041500学分Credits2总学时TotalHours32理论学时LectureHours28实验学时ExperimentHours4自主学时OthersHours0实践周数PracticeWeeks适用专业Audience机器人工程授课语言LanguageofInstruction中文先修课程Prerequisite模拟电子技术B、数字电子技术B、传感器原理与技术、C语言程序设计课程简介CourseDescription《机器人系统设计与应用》是机器人工程专业的一门专业必修课。本课程包含机器人基础理论，关键技术，设计流程与工程应用等多部分内容。通过本课程的学习使学生能够熟悉、使用、研究和设计机器人，为从事机器人相关的工作奠定基础。主要任务是：学习机器人学必要的基础知识、机器人部件、系统和机器人应用的基本知识。The《RobotSystem:DesignandApplication》isacompulsorycourseforthemajorofrobotengineering.Thiscourseincludesrobotbasictheory,keytechnology,designprocessandengineeringapplication.Throughthestudyofthiscourse,studentscanbefamiliarwith,use,researchanddesignrobots,andlayafoundationfortheworkrelatedtorobots.Themaintaskistolearnthebasicknowledgenecessaryforrobotics,thebasicknowledgeofrobotcomponents,systemsandrobotapplications.一、课程目标（LearningOutcomes）课程目标毕业要求指标点目标1：从机器人应用的实际角度出发，阐述机器人技术的概念、运动和动力学规律和算法。3.1能够对所需解决的复杂机械工程问题进行分析和提炼，确定出具体的设计/开发需求和目标，并设计出解决方案。3.3掌握基本的创新方法，具备运用开发工具对机械工程领域的新产品、新艺、新技术和新设备进行研究、开发和设计的能力。5.1了解机械工程学科发展现状，能够在机械工程实践中初步掌握并使用现代工程技术、方法和工具。5.2能够初步运用现代信息技术工具对复杂机械工程问题进行预测与模拟，并了解其局限性。目标2：将机器人基础理论与应用技术相结合，力求反映国内外机器人研究领域的新进展。目标3：介绍机器人领域的新进展，激发学习兴趣，启迪创新思想。目标:4：使工科学生能真正的将理论学习与实际相结合，完成对机器人系统的四部分（机械系统、电气系统、控制系统、软件系统）的深刻认识，并学会机器人设计的方法。目标:5：掌握用“机器人技术”去观察、分析、解决问题。3.2能够在安全、环境、法律等现实约束条件下，通过技术经济评价对设计方案的可行性进行研究。目标:6：力争从科学前沿的高度，培养逻辑思维和创新思维能力，提高分析、解决实际工程应用问题的能力。二、教学内容（Topics）教学内容模块（章节）重点难点教学内容课程目标教学方式考核方式1绪论机器人的定义及其特点，机器人类型介绍1.1机器人的出现

1.2机器人的定义、组成和特征

1.3国内外机器人的发展

1.4各种典型的机器人

1.5机器带来的影响

1.6机器人展望目标1目标2目标3目标4讲授/讨论/案例分析/自主学习作业/考试2机器人应用技术机器人控制技术，机器人的模糊控制技术2.1机器人控制技术

2.2机器人的定位技术

2.3机器人基于多传感器的信息融合技术

2.4机器人的模糊控制技术

2.5机器人的路径规划技术目标1目标2目标3目标4讲授/讨论/案例分析/自主学习作业/考试3机器人系统设计基础结构设计，软件系统设计3.1行走机构设计

3.2底盘结构设计

3.3电动机选型

3.4机器人的机械臂机构设计

3.5机器人整体结构材料的选择原则

3.6机器人软件系统设计目标1目标2目标3目标4目标5讲授/讨论/案例分析/自主学习作业/考试4基于智能车的机器人本体设计系统硬件组成，控制程序编写4.1智能车的底盘的安装设计4.2系统硬件组成及安装说明4.3智能车的机械臂的设计4.4基于C语言的控制程序编写实例4.5智能车的车身结构设计目标1目标2目标3目标4目标5讲授/讨论/案例分析/自主学习作业/考试5机器人视觉系统图像处理技术，滤波算法5.1机器人视觉简述

5.2摄像机模型

5.3图像处理技术

5.4滤波算法概述

5.5基于摄像头的路径识别智能车控制系统设计目标2目标3目标4目标5讲授/讨论/案例分析/自主学习作业/考试6机器人传感器技术传感器和驱动器6.1传感器的作用

6.2传感器分类

6.3内部传感器

6.4外部传感器

6.5传感器的检测

6.6驱动器

6.7传感器编程应用案例目标2目标3目标4目标5目标6讲授/讨论/案例分析/自主学习作业/考试7机器人系统仿真搭建机器人仿真模型，搭建机器人仿真环境7.1基于SolidWorks的智能车建模

7.2机器人仿真系统

7.3搭建机器人仿真模型

7.4机器人仿真7.5搭建机器人仿真环境7.6典型机器人仿真案例分析目标2目标3目标4目标5目标6讲授/讨论/案例分析/自主学习作业/考试8机器人系统开发LabVIEW8.1LabVIEW简述

8.2创建项目

8.3部署应用程序

8.4基于LabVIEW的视觉应用案例目标2目标3目标4目标5目标6讲授/讨论/案例分析/自主学习作业/考试三、教学进度（ClassSchedule）教学内容模块（章节）学时分配理论学时实验学时自主学习小计绪论22机器人应用技术22机器人系统设计基础44基于智能车的机器人本体设计44机器人视觉系统44机器人传感器技术426机器人系统仿真44机器人系统开发426合计28432四、考核内容、方式及评分标准（ContentsandMethodofAssessment,GradingStandards）考核环节总成绩占比支撑课程目标平时作业1、每周布置2-3道题目，平均每次课1道题以上。10%目标1，2，3，4，5，62、成绩采用百分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3、考核学生对机器人技术基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有分析，简答、计算、绘图等。实验1、对机器人技术的发展趋势进行分析论述。2、分析典型机器人的特点及应用领域。30%目标1，2，3，4，5，6期末考试1、闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。60%目标1，2，3，4，5，63、主要考核学生对机器人技术基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有简答题、作图题、分析题、计算题等。评分标准考核环节<6060-7575-9090-100平时作业作业抄袭，未能按时完成，作图不规范，解题思路混乱独立思考、按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案准确独立思考、按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确独立思考、按时完成，作图规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确实验实验方案设计存在较大问题，未能有效解决实验目标，或系统实现存在严重缺陷。实验报告不完整，内容混乱或缺乏必要的分析，未能清楚阐述实验目的、过程和结果，问题解决方法不明确，数据不准确或存在错误。实验方案设计较为简单，能够完成基本的系统设计和实现，可能存在一些不够优化的地方。实验报告结构完整，内容能基本阐述实验过程和结果，但对某些部分的分析较为简略，存在对实验中问题的解决方法缺乏详细阐述的情况。实验方案设计合理，能够较好地实现机器人系统的设计目标。解决问题的思路清晰，但创新性和技术水平较为一般。实验报告结构完整，内容清晰。对实验过程和结果的分析较为全面，能准确地总结问题和解决方案，但在某些方面可能存在不足之处。实验方案设计合理，创新性强，能够独立完成系统的设计与实现。实验中使用的技术、算法或模型达到较高水平，解决问题的思路清晰、严谨。实验报告结构清晰，分析深入，能够全面地阐述设计思路、实验过程、实验结果及其分析。能够清楚地总结实验中遇到的问题及解决方案，报告内容充实，数据准确，条理清晰。考核环节权重考核环节目标1目标2目标3目标4目标5目标6平时作业30%40%40%30%30%20%实验10%20%20%10%10%20%考试60%40%40%60%60%60%总权重100%100%100%100%100%100%五、教材或参考资料（Textbooks&OtherMaterials）1.赵建伟.机器人系统设计及其应用技术【M】.清华大学出版社.2017年11月2.孟庆鑫，王晓东.机器人技术基础【M】.哈尔滨工业大学出版社.2006年09月

3.Craig，J.J.机器人学导论【M】.机械工业出版社，2006，6.

4.SKSAH