工業(yè)機(jī)器人技術(shù)課程教學(xué)大綱

1、PAGE PAGE 9工業(yè)機(jī)器人技術(shù)課程教學(xué)大綱課程編號(hào)：S4080370課程名稱：工業(yè)機(jī)器人技術(shù)課程英文名稱：INDUSSTRIALL ROBOOT TECCHNOLOOGY總學(xué)時(shí)：30 講課課學(xué)時(shí)：266 實(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：44 上機(jī)機(jī)學(xué)時(shí)：0學(xué) 分：2課程類型：限選選課開課單位：機(jī)電電工程學(xué)院機(jī)械械制造及自動(dòng)動(dòng)化系 授課對(duì)象：機(jī)電電工程學(xué)院機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)制造造及其自動(dòng)化專業(yè)業(yè)、其它相關(guān)專專業(yè)先修課程：線性性代數(shù)、測(cè)試技術(shù)及儀儀器開課時(shí)間：第七七學(xué)期教材與主要參考考書：尤波、王廣林等等編.工業(yè)機(jī)器器人技術(shù).校內(nèi)講義陳哲、吉熙章編編著.機(jī)器人技技術(shù)基礎(chǔ).機(jī)械工業(yè)出出版社 1994年年 蔡自興著.機(jī)機(jī)器

2、人學(xué).清華大學(xué)出出版社 2000年年一、課程教學(xué)目目的本課程將系統(tǒng)的的介紹機(jī)器人人技術(shù)的九個(gè)個(gè)重要組成部部分的基礎(chǔ)知知識(shí)，將綜合合運(yùn)用所學(xué)數(shù)數(shù)學(xué)、力學(xué)、電電子、機(jī)械、計(jì)計(jì)算機(jī)等多種種學(xué)科知識(shí)，分分析解決機(jī)器器人學(xué)中的主主要問題。培培養(yǎng)學(xué)生從事事多學(xué)科交叉叉滲透、綜合合運(yùn)用的科學(xué)學(xué)研究能力。二、教學(xué)內(nèi)容及及基本要求本課程的主要章章節(jié) 本課程程的主要內(nèi)容容有：機(jī)器人學(xué)基基礎(chǔ)知識(shí)，機(jī)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)學(xué)和動(dòng)力學(xué)，機(jī)機(jī)器人的軌跡跡控制和力控控制以及機(jī)器器人中的主要要技術(shù)，包括括機(jī)器人控制制器、機(jī)器人人伺服系統(tǒng)、機(jī)器人的語語言、機(jī)器人人的感覺系統(tǒng)統(tǒng)和機(jī)器人的的移動(dòng)技術(shù)等等。 本課程程的主要章節(jié)節(jié)有：第一章 機(jī)

3、器人人技術(shù)；（22學(xué)時(shí)）機(jī)器人學(xué)的發(fā)展展史及機(jī)器人人學(xué)教育、機(jī)機(jī)器人學(xué)的術(shù)術(shù)語和定義及及其與其他學(xué)學(xué)科的關(guān)系、機(jī)機(jī)器人的分類類和組成、操操作機(jī)幾何學(xué)學(xué)。第二章 機(jī)器人人坐標(biāo)系統(tǒng)；（4學(xué)時(shí)）位置與姿態(tài)、正正交坐標(biāo)系、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的表示法法、齊次變換換、機(jī)器人的的坐標(biāo)系統(tǒng)。第三章 位置運(yùn)運(yùn)動(dòng)學(xué)；（44學(xué)時(shí)）手部位姿與關(guān)節(jié)節(jié)變量的關(guān)系系正問題、關(guān)關(guān)節(jié)變量與手手部位姿的關(guān)關(guān)系逆問題。第四章 速度運(yùn)運(yùn)動(dòng)學(xué)；（22學(xué)時(shí)）操作機(jī)的微分運(yùn)運(yùn)動(dòng)、雅可比比矩陣及其變變換。第五章 軌跡控控制；（2學(xué)學(xué)時(shí)）軌跡的記錄與再再現(xiàn)、笛卡爾爾運(yùn)動(dòng)與軌跡跡設(shè)計(jì)、軌跡跡控制多項(xiàng)式式、笛卡爾控控制等。第六章 機(jī)器人人動(dòng)力學(xué)；（22學(xué)時(shí)）

4、動(dòng)力學(xué)方程的推推導(dǎo)、動(dòng)力學(xué)學(xué)方程的應(yīng)用用。第七章 力控制制與柔性機(jī)器器人；（3學(xué)學(xué)時(shí)）位置控制與力控控制策略、組組合控制策略略、柔性機(jī)器器人系統(tǒng)、力力和力矩的直直接敏感。第八章 機(jī)器人人中的主要技技術(shù)；（1學(xué)學(xué)時(shí)）現(xiàn)代機(jī)器人組成成和功能、機(jī)機(jī)器人的主要要技術(shù)、機(jī)器器人的分代與與技術(shù)內(nèi)容。第九章 機(jī)器人人控制器；（11學(xué)時(shí)）機(jī)器人控制器功功能與組成、機(jī)機(jī)器人控制方方式、機(jī)器人人的示教再現(xiàn)現(xiàn)控制、計(jì)算算機(jī)控制。第十章 機(jī)器人人伺服系統(tǒng)；（1學(xué)時(shí)）機(jī)器人伺服控制制的特點(diǎn)、伺伺服機(jī)構(gòu)的分分類、控制模模型、常用的的伺服控制方方法。第十一章 機(jī)器器人語言；（11學(xué)時(shí)）機(jī)器人語言的特特點(diǎn)和分類、VVAL語言

5、及及編程舉例。第十二章 機(jī)器器人的感覺技技術(shù)；（1學(xué)學(xué)時(shí)）感覺裝置分類及及技術(shù)內(nèi)容、光光軸編碼器、觸觸覺技術(shù)介紹紹、聽覺技術(shù)術(shù)介紹、視覺覺技術(shù)介紹。第十三章 機(jī)器器人移動(dòng)技術(shù)術(shù)；（1學(xué)時(shí)時(shí)）移動(dòng)機(jī)構(gòu)、移動(dòng)動(dòng)方向的誘導(dǎo)導(dǎo)方法、移動(dòng)動(dòng)機(jī)器人的追追蹤控制。第十四章 機(jī)器器人實(shí)例與發(fā)發(fā)展趨勢(shì)；（11學(xué)時(shí)）工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)統(tǒng)實(shí)例、機(jī)器器人發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)、機(jī)器人技技術(shù)在我國(guó)的的迅速發(fā)展。（二）其他教學(xué)學(xué)環(huán)節(jié)安排1、實(shí)驗(yàn)安排44學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有有：工業(yè)機(jī)器人結(jié)結(jié)構(gòu)及控制實(shí)實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)時(shí)）；工業(yè)機(jī)器人上上下料及裝配配實(shí)驗(yàn)（2學(xué)學(xué)時(shí)）；（三）考試權(quán)重重平時(shí)成績(jī)占100，實(shí)驗(yàn)成績(jī)績(jī)占10，期末考試試成績(jī)占80。（四）實(shí)

6、驗(yàn)項(xiàng)目目明細(xì)表序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)類型每組人數(shù)1工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)構(gòu)及控制2必修綜合22工業(yè)機(jī)器人上下下料及裝配實(shí)實(shí)驗(yàn)2必修設(shè)計(jì)2工業(yè)機(jī)器人技技術(shù)課程教教學(xué)設(shè)計(jì)（一）基本描述述課程編號(hào)：S440803770課程名稱：工業(yè)業(yè)機(jī)器人技術(shù)術(shù)英文譯名：INNDUSTRRIAL RROBOT TECHNNOLOGYY課程學(xué)時(shí)：300 講課：266 實(shí)驗(yàn)：4 上機(jī)：0 適用專業(yè)：機(jī)電電工程學(xué)院機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)制造造及其自動(dòng)化化專業(yè)、其他相關(guān)專業(yè)開課單位：機(jī)電電工程學(xué)院機(jī)機(jī)械制造及自自動(dòng)化系開課時(shí)間：第七七學(xué)期先修課程：線性性代數(shù)、機(jī)械工程測(cè)測(cè)試技術(shù)主要教材及參考考書：尤波、王廣林等等編.工業(yè)機(jī)器器人技術(shù)

7、.校內(nèi)講義陳哲、吉熙章編編著.機(jī)器人技技術(shù)基礎(chǔ).機(jī)械工業(yè)出出版社 1994年年 蔡自興著.機(jī)機(jī)器人學(xué).清華大學(xué)出出版社 2000年年（二）課程的性性質(zhì)、研究對(duì)對(duì)象及任務(wù)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)術(shù)是一門機(jī)械械工程學(xué)科中中機(jī)電控制及及其結(jié)合的專專業(yè)模塊課。本課課程研究對(duì)象象是分析解決決機(jī)器人學(xué)中中的主要問題題，為以后機(jī)機(jī)電結(jié)合的設(shè)設(shè)計(jì)和使用技技術(shù)打下基礎(chǔ)礎(chǔ)。本課程的的主要任務(wù)是是培養(yǎng)學(xué)生從從事多學(xué)科交交叉滲透、綜綜合運(yùn)用的科科學(xué)研究能力力。（三）教材的選選擇與分析近年來，國(guó)內(nèi)關(guān)關(guān)于工業(yè)機(jī)器器人技術(shù)方面面的教材和書書籍很多。本本課程選擇尤尤波、王廣林林等編寫的工業(yè)機(jī)器器人技術(shù)，參參考教材選擇擇陳哲、吉熙熙章編

8、著機(jī)機(jī)器人技術(shù)基基礎(chǔ)（機(jī)械工業(yè)出出版社）和蔡自興著著機(jī)器人學(xué)學(xué)（清華大學(xué)出出版社）。（四）本課程各各章的主要內(nèi)內(nèi)容與基本要要求、重點(diǎn)與與難點(diǎn)、學(xué)時(shí)時(shí)分配第一章 機(jī)器器人技術(shù)（22學(xué)時(shí)） 對(duì)機(jī)器人學(xué)這門門學(xué)科的產(chǎn)生生、發(fā)展以及及特點(diǎn)等方面面的背景有一一個(gè)概括地介介紹。包括機(jī)機(jī)器人學(xué)的發(fā)發(fā)展史及機(jī)器器人學(xué)教育、機(jī)機(jī)器人學(xué)的術(shù)術(shù)語和定義及及其與其他學(xué)學(xué)科的關(guān)系、機(jī)機(jī)器人的分類類和組成、操操作機(jī)幾何學(xué)學(xué)。基本要求：了解解機(jī)器人學(xué)的的發(fā)展史及機(jī)機(jī)器人學(xué)教育育、掌握機(jī)器人學(xué)學(xué)的術(shù)語和定定義，了解其與其其他學(xué)科的關(guān)關(guān)系、掌握機(jī)器人的的分類和組成成、操作機(jī)幾幾何學(xué)。重點(diǎn): 機(jī)器人人的分類和組組成、操作機(jī)機(jī)幾何

9、學(xué)。難點(diǎn): 操作機(jī)機(jī)幾何學(xué)第二章 機(jī)器器人坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)；（4學(xué)時(shí)）為了表示組成機(jī)機(jī)器人系統(tǒng)的的各個(gè)元部件件的位置和姿姿態(tài)，表示它它們之間的運(yùn)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，需需要采用一套套機(jī)器人坐標(biāo)標(biāo)系統(tǒng)。包括括位置與姿態(tài)態(tài)、正交坐標(biāo)標(biāo)系、轉(zhuǎn)動(dòng)的的表示法、齊齊次變換、機(jī)機(jī)器人的坐標(biāo)標(biāo)系統(tǒng)等知識(shí)識(shí)?；疽螅赫莆瘴瘴恢门c姿態(tài)態(tài)、正交坐標(biāo)標(biāo)系、轉(zhuǎn)動(dòng)的的表示法、齊齊次變換、機(jī)機(jī)器人的坐標(biāo)標(biāo)系統(tǒng)等知識(shí)識(shí)。重點(diǎn)與難點(diǎn): 正交坐標(biāo)系系、齊次變換換、機(jī)器人的坐坐標(biāo)系統(tǒng)重點(diǎn)與難點(diǎn): 齊次變換第三章 位置置運(yùn)動(dòng)學(xué)；（4學(xué)時(shí)）運(yùn)動(dòng)學(xué)處理運(yùn)動(dòng)動(dòng)的幾何學(xué)以以及與時(shí)間有有關(guān)的量，而而不考慮引起起運(yùn)動(dòng)的力，搞搞清機(jī)器人運(yùn)運(yùn)動(dòng)的幾何關(guān)關(guān)系是認(rèn)識(shí)機(jī)

10、機(jī)器人的首要要問題。基本要求：掌握握包括手部位位姿與關(guān)節(jié)變變量的關(guān)系正問題、關(guān)關(guān)節(jié)變量與手手部位姿的關(guān)關(guān)系逆問題。重點(diǎn)和難點(diǎn): 正問題和逆問問題第四章 速度度運(yùn)動(dòng)學(xué)；（77學(xué)時(shí)）操作機(jī)不僅需要要達(dá)到某個(gè)或或一系列的位位置，而且需需要按給定的的速度達(dá)到這這些位置，所所以要考慮速速度運(yùn)動(dòng)學(xué)。包包括操作機(jī)的的微分運(yùn)動(dòng)、雅雅可比矩陣及及其變換。基本要求：掌握握操作機(jī)的微微分運(yùn)動(dòng)、雅雅可比矩陣及及其變換。重點(diǎn)和難點(diǎn): 雅可比矩陣陣及其變換。第五章 軌跡跡控制；（2學(xué)時(shí)）在工程應(yīng)用中經(jīng)經(jīng)常需要使操操作機(jī)在空間間一系列的給給定點(diǎn)上平穩(wěn)穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)，因因此就涉及到到軌跡控制的的問題，屬于于運(yùn)動(dòng)學(xué)的范范疇。包括軌軌

11、跡的記錄與與再現(xiàn)、笛卡卡爾運(yùn)動(dòng)與軌軌跡設(shè)計(jì)、軌軌跡控制多項(xiàng)項(xiàng)式、笛卡爾爾控制等。基本要求：了解解軌跡的記錄錄與再現(xiàn)、掌掌握笛卡爾運(yùn)運(yùn)動(dòng)與軌跡設(shè)設(shè)計(jì)、軌跡控控制多項(xiàng)式、笛笛卡爾控制。重點(diǎn): 軌跡控控制多項(xiàng)式、笛卡爾控制制難點(diǎn): 軌跡控控制多項(xiàng)式第六章 機(jī)器器人動(dòng)力學(xué)；（2學(xué)時(shí)）在機(jī)器人動(dòng)力學(xué)學(xué)的基礎(chǔ)上考考慮力對(duì)具有有一定質(zhì)量或或慣量的物體體運(yùn)動(dòng)的影響響。包括動(dòng)力力學(xué)方程的推推導(dǎo)、動(dòng)力學(xué)學(xué)方程的應(yīng)用用?；疽螅赫莆瘴談?dòng)力學(xué)方程程的推導(dǎo)、了了解動(dòng)力學(xué)方方程的應(yīng)用。重點(diǎn)和難點(diǎn): 動(dòng)力學(xué)方程程的推導(dǎo)第七章 力控控制與柔性機(jī)機(jī)器人（3學(xué)時(shí)）為了考慮機(jī)器人人手部所施加加的力作用，需需要在位置控控制的基礎(chǔ)上

12、上引入力控制制以及組合控控制的概念。包包括位置控制制與力控制策策略、組合控控制策略、柔柔性機(jī)器人系系統(tǒng)、力和力力矩的直接敏敏感?；疽螅赫莆瘴瘴恢每刂婆c與力控制策略略、組合控制制策略、了解解柔性機(jī)器人人系統(tǒng)、力和和力矩的直接接敏感。重點(diǎn)和難點(diǎn):位位置控制與力力控制策略、組組合控制策略略。第八章 機(jī)器器人中的主要要技術(shù)；（1學(xué)時(shí)）機(jī)器人技術(shù)是研研究機(jī)器人工工程技術(shù)的學(xué)學(xué)問，期望用用機(jī)構(gòu)、傳感感器、驅(qū)動(dòng)器器及計(jì)算機(jī)等等把類人的功功能綜合起來來。包括現(xiàn)代代機(jī)器人組成成和功能、機(jī)機(jī)器人的主要要技術(shù)、機(jī)器器人的分代與與技術(shù)內(nèi)容?；疽螅毫私饨猬F(xiàn)代機(jī)器人人組成和功能能、機(jī)器人的的主要技術(shù)、機(jī)機(jī)器人的分

13、代代與技術(shù)內(nèi)容容。第九章 機(jī)器器人控制器；（1學(xué)時(shí)）機(jī)器人控制器相相當(dāng)于人的大大腦，它指揮揮機(jī)器人的動(dòng)動(dòng)作，并協(xié)調(diào)調(diào)機(jī)器人與生生產(chǎn)系統(tǒng)之間間的關(guān)系，它它是反映機(jī)器器人功能和水水平的核心部部分。包括機(jī)機(jī)器人控制器器功能與組成成、機(jī)器人控控制方式、機(jī)機(jī)器人的示教教再現(xiàn)控制、計(jì)計(jì)算機(jī)控制。基本要求：了解解機(jī)器人控制制器功能與組組成、機(jī)器人人控制方式、機(jī)機(jī)器人的示教教再現(xiàn)控制、計(jì)計(jì)算機(jī)控制。第十章 機(jī)器器人伺服系統(tǒng)統(tǒng)；（1學(xué)時(shí)）機(jī)器人伺服系統(tǒng)統(tǒng)主要由啟動(dòng)動(dòng)器、減速機(jī)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳傳感器及計(jì)算算機(jī)組成，作作用是控制機(jī)機(jī)器人的位姿姿、速度等跟跟隨目標(biāo)值變變化。包括機(jī)機(jī)器人伺服控控制的特點(diǎn)、伺伺服機(jī)構(gòu)的分分

14、類、控制模模型、常用的的伺服控制方方法?；疽螅毫私饨鈾C(jī)器人伺服服控制的特點(diǎn)點(diǎn)、伺服機(jī)構(gòu)構(gòu)的分類、控控制模型、常常用的伺服控控制方法。第十一章 機(jī)機(jī)器人語言；（1學(xué)時(shí)）對(duì)于機(jī)器人采用用示教的方式式，不存在語語言編程問題題，然而存在在停產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)長(zhǎng)，不適應(yīng)操操作對(duì)象和外外界環(huán)境變化化等缺點(diǎn)，因因此采用機(jī)器器人語言編程程，可使機(jī)器器人停產(chǎn)時(shí)間間很短，能實(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的的感覺控制。包包括機(jī)器人語語言的特點(diǎn)和和分類、VAAL語言及編編程舉例?；疽螅毫私饨鈾C(jī)器人語言言的特點(diǎn)和分分類、VALL語言。第十二章 機(jī)機(jī)器人的感覺覺技術(shù)；（1學(xué)時(shí)）機(jī)器人配置感覺覺裝置，賦予予它對(duì)作業(yè)對(duì)對(duì)象和環(huán)境的的檢測(cè)判斷功功

15、能，則機(jī)器器人就能適應(yīng)應(yīng)變化的情況況，靈活地改改變動(dòng)作程序序，自動(dòng)地進(jìn)進(jìn)行作業(yè)。包包括感覺裝置置分類及技術(shù)術(shù)內(nèi)容、光軸軸編碼器、觸觸覺技術(shù)介紹紹、聽覺技術(shù)術(shù)介紹、視覺覺技術(shù)介紹?；疽螅毫私饨飧杏X裝置分分類及技術(shù)內(nèi)內(nèi)容、光軸編編碼器、觸覺覺技術(shù)、聽覺覺技術(shù)、視覺覺技術(shù)。第十三章 機(jī)機(jī)器人移動(dòng)技技術(shù)；（1學(xué)時(shí)）移動(dòng)機(jī)器人的行行走部分包括括移動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)驅(qū)動(dòng)裝置、傳傳感探測(cè)器等等，它一方面面支撐機(jī)身、臂臂、手部等，另另一方面根據(jù)據(jù)要求在廣闊闊的空間內(nèi)運(yùn)運(yùn)動(dòng)，使機(jī)器器人的性能有有了飛躍性的的提高。包括括移動(dòng)機(jī)構(gòu)、移移動(dòng)方向的誘誘導(dǎo)方法、移移動(dòng)機(jī)器人的的追蹤控制?；疽螅毫私饨庖苿?dòng)機(jī)構(gòu)、移移動(dòng)方向的

16、誘誘導(dǎo)方法、移移動(dòng)機(jī)器人的的追蹤控制第十四章 機(jī)機(jī)器人實(shí)例與與發(fā)展趨勢(shì)；（1學(xué)時(shí)）介紹機(jī)器人實(shí)例例與發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)。包括工業(yè)業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)統(tǒng)實(shí)例、機(jī)器器人發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)、機(jī)器人技技術(shù)在我國(guó)的的迅速發(fā)展?；疽螅毫私饨夤I(yè)機(jī)器人人系統(tǒng)實(shí)例、機(jī)機(jī)器人發(fā)展趨趨勢(shì)、機(jī)器人人技術(shù)在我國(guó)國(guó)的迅速發(fā)展展（五）課程的講講授任課教師必須做做到下面幾點(diǎn)點(diǎn)：1）認(rèn)真?zhèn)湔n，做做好教案，熟熟練掌握課程程的基本內(nèi)容容。2）采用啟發(fā)式式、討論式的的教學(xué)方法，以以學(xué)生為中心心，活躍課堂堂氣氛，調(diào)動(dòng)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的的主動(dòng)性、積積極性，培養(yǎng)養(yǎng)學(xué)生邏輯思思維能力、分分析問題能力力和解決問題題能力。3）講課思路要要清晰，包括括：?jiǎn)栴}的提提出、解決問問題的條件、建建立模型、分分析解決問題題的思路、解解題和總結(jié)等等；概念要準(zhǔn)確，重重點(diǎn)要突出，理理論聯(lián)系實(shí)際際，要適時(shí)