《機器人技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)大綱

《機器人技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)大綱課程編號：13230412英文名稱：PrincipalsofRobotTechnology學(xué)分：3.5學(xué)時：總學(xué)時64學(xué)時，其中理論48學(xué)時，實踐16學(xué)時先修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)課程類別：專業(yè)方向課授課對象：機器人工程專業(yè)學(xué)生教學(xué)單位：機械與電氣工程學(xué)院修讀學(xué)期：第4學(xué)期一、課程描述和目標本課程是機器人工程專業(yè)的一門專業(yè)主干課，課程結(jié)合高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、自動控制原理，以實際工程應(yīng)用為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生運用機器人運動學(xué)、動力學(xué)分析方法解決機器人領(lǐng)域，特別是機器人技術(shù)方向的實際工程問題的能力。課程目標1：通過對機器人數(shù)理基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠理解工業(yè)機器人產(chǎn)品開發(fā)的軟硬件設(shè)計開發(fā)方法，并進行方案的對比和綜合。課程目標2：通過工業(yè)機器人的位姿和動力建模，能夠基于電路、控制等相關(guān)科學(xué)原理和數(shù)學(xué)模型方法正確表達機器人工程相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。課程目標3：通過對工業(yè)機器人基礎(chǔ)理論和軟件仿真的驗證學(xué)習(xí)，能夠根據(jù)具體的控制約束條件，制定研究方法和技術(shù)路線，設(shè)計實驗方案。課程目標對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標點課程目標權(quán)重1.4能夠?qū)⑾嚓P(guān)知識和數(shù)學(xué)模型方法用于機器人工程相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)工程問題解決方案的比較與綜合；課程目標1H2.2能基于電路、控制等相關(guān)科學(xué)原理和數(shù)學(xué)模型方法正確表達機器人工程相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題；課程目標2M4.2能夠根據(jù)具體的檢測、控制對象及其特征，制定研究方法和技術(shù)路線，設(shè)計實驗方案。課程目標3H（注：要求課程目標與畢業(yè)要求指標點應(yīng)是一一對應(yīng)支撐）三、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配1、理論教學(xué)內(nèi)容序號教學(xué)內(nèi)容基本要求及重、難點（含德育要求）學(xué)時教學(xué)方式對應(yīng)課程目標概論學(xué)習(xí)機器人的概述、發(fā)展史、研究內(nèi)容與發(fā)展趨勢；機器人的定義、特點、分類等基本概念?；疽螅豪斫鈾C器人機器人學(xué)三原則、主要研究內(nèi)容和主要發(fā)展趨勢，了解機器人的發(fā)展史。重點難點：機器人的主要研究內(nèi)容和發(fā)展趨勢德育要求：愛國情懷、國家成就2集中講授1、2、3機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)機器人的基本組成及技術(shù)參數(shù)；機器人的總體設(shè)計和選用準則；機器人的機械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)?；疽螅豪斫鈾C器人的基本組成和主要技術(shù)參數(shù)，理解機器人的總體設(shè)計原則，了解機器人的機械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)。重點難點：機器人主要技術(shù)參數(shù)、機器人設(shè)計和選用準則德育要求：安全意識。4集中講授、課堂演示1數(shù)理基礎(chǔ)學(xué)習(xí)機器人坐標系；機器人位置和姿態(tài)的表示；機器人坐標變換、齊次坐標變換、通用旋轉(zhuǎn)變換。基本要求：理解位置和姿態(tài)的表示，能理解和掌握機器人坐標變換、齊次坐標變換、通用旋轉(zhuǎn)變換。重點難點：機器人齊次坐標變換。德育要求：工匠精神8集中講授1、3機器人運動學(xué)學(xué)習(xí)機器人運行位置的描述；機器人正向運動學(xué)、正向運動學(xué)方程；機器人逆向運動學(xué)、逆向運動學(xué)方程。基本要求：理解和掌握機器人的運動學(xué)方程,掌握機器人的雅可比矩陣求解。重點難點：機器人運動學(xué)方程、雅可比矩陣求解。德育教育：學(xué)習(xí)科學(xué)家雅可比的敬業(yè)精神10集中講授、課堂演示1、3機器人動力學(xué)學(xué)習(xí)機器人剛體動力學(xué)；機器人動力學(xué)分析方法包括牛頓-歐拉力學(xué)分析和拉格朗日力學(xué)分析；機器人動力學(xué)方程?；疽螅豪斫夂驼莆諜C器人動力學(xué)的概念，掌握機器人拉格朗日力學(xué)分析方法和方程求解方法。了解牛頓-歐拉力學(xué)分析方法。重點難點：機器人動力學(xué)分析。德育教育：理論與實踐的辯證統(tǒng)一10集中講授1機器人控制基礎(chǔ)機器人控制系統(tǒng)的特點、功能、組成等基本概念；機器人控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及接口；機器人控制系統(tǒng)的應(yīng)用?；疽螅豪斫鈾C器人控制系統(tǒng)的應(yīng)用，掌握機器人控制系統(tǒng)的基本概念、硬件結(jié)構(gòu)及接口，了解機器人控制系統(tǒng)的應(yīng)用。重點難點：機器人控制系統(tǒng)的基本概念。思政元素：團隊協(xié)作8集中講授1機器人的視覺及其應(yīng)用機器人視覺系統(tǒng)的組成及其原理；視覺信息的處理；數(shù)字圖像的編碼。基本要求：理解機器人視覺系統(tǒng)的組成及其原理；了解視覺信息的處理和數(shù)字圖像的編碼。重點難點：視覺系統(tǒng)的原理思政元素：實踐創(chuàng)新6集中講授1合計482、實驗教學(xué)內(nèi)容序號實驗項目實驗內(nèi)容與要求學(xué)時類型對應(yīng)課程目標1工業(yè)機器人仿真環(huán)境搭建能安裝工業(yè)機器人的軟件開發(fā)環(huán)境，能利用機器人仿真軟件Robotstudio，實現(xiàn)工程項目的編寫、編譯、下載和仿真調(diào)試。要求：必修2驗證32手動操縱工業(yè)機器人結(jié)合實驗1，在工業(yè)機器人的工作范圍內(nèi)，能應(yīng)用示教器對工業(yè)機器人進行單軸運動、線性運動和重定位運動進行軟件仿真。要求：必修2驗證1、33工業(yè)機器人工具數(shù)據(jù)和工件坐標系結(jié)合實驗2，在工業(yè)機器人的工作范圍內(nèi)，能應(yīng)用示教器進行六點法建立工件坐標系，完成TCP點的設(shè)定，為后續(xù)機器人編程環(huán)境建立基礎(chǔ)。要求：必修4驗證1、34工業(yè)機器人關(guān)節(jié)運動編程實驗結(jié)合實驗2和3，應(yīng)用示教器進行程序模塊的創(chuàng)建和關(guān)節(jié)運動指令語法的應(yīng)用，使得機器人沿簡單直線或圓進行運動仿真。要求：必修4驗證1、35拓展實驗結(jié)合實驗1-4，根據(jù)工業(yè)機器人仿真裝置，利用示教器操縱工業(yè)機器人自動沿基礎(chǔ)圖形（圓形、方形、三角形、S彎、六邊形）路徑的創(chuàng)建和軟件編程。要求：必修4綜合1、3合計16注：實驗要求包括必修、選修；實驗類型包括演示、驗證、綜合、設(shè)計等。四、課程教學(xué)方法以課程目標為導(dǎo)向，以機器人競賽為載體，與章節(jié)具體理論知識點的實現(xiàn)相匹配，課內(nèi)采用虛擬仿真與理論知識相結(jié)合的教學(xué)方式，課后要求學(xué)生利用仿真軟件和在線學(xué)習(xí)網(wǎng)站資源對項目任務(wù)進行拓展或者舉一反三，采取教、學(xué)、做一體化的方法。理論學(xué)習(xí)：以集中講授為主，課堂演示為輔；實驗教學(xué)：以集中指導(dǎo)為主，個別答疑為輔；課外學(xué)習(xí)方法：以課前預(yù)習(xí)、學(xué)習(xí)在線課程資源和課后作業(yè)為主，其他文獻資源學(xué)習(xí)為輔。五、學(xué)業(yè)評價和課程考核（一）考核方式及具體要求1.課程成績構(gòu)成與要求課程考核注重形成性和終結(jié)性評價相結(jié)合，考核內(nèi)容主要由平時作業(yè)、實驗成績、課程論文、期末考核組成，均按百分制計分，其中期末考核成績占50%、平時作業(yè)成績占20%、實驗成績占20%、課程論文成績占10%。2.課程目標達成考核與評價序號教學(xué)環(huán)節(jié)課程目標1（分值）課程目標2（分值）課程目標3（分值）合計1平時作業(yè)10010202實驗成績10010203課程論文0100104期末考試3002050課程目標對應(yīng)分值501040100（二）考核與評價標準1.平時成績考核與評價標準分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分平時作業(yè)能夠通過仿真對機器人運動學(xué)、動力學(xué)等基礎(chǔ)理論知識進行驗證，自主學(xué)習(xí)態(tài)度積極。完成90%以上的作業(yè)，知識點理解到位。基本能夠通過仿真對機器人運動學(xué)、動力學(xué)等基礎(chǔ)理論知識進行驗證，自主學(xué)習(xí)態(tài)度較好。完成70%以上的作業(yè)，知識點理解較到位。能夠通過仿真驗對機器人運動學(xué)、動力學(xué)等基礎(chǔ)理論知識進行部分驗證，自主學(xué)習(xí)態(tài)度一般。完成60%以上的作業(yè)，知識點理解基本到位。不能通過仿真驗證機器人運動學(xué)、動力學(xué)等基礎(chǔ)理論知識，自主學(xué)習(xí)態(tài)度差。完成50%以下的作業(yè)，知識點理解有偏差。2.實驗成績與評價標準實驗成績能夠通過仿真對機器人運動學(xué)、動力學(xué)等基礎(chǔ)理論知識進行驗證，自主學(xué)習(xí)態(tài)度積極。實驗報告內(nèi)容完整，對工業(yè)機器人路徑跟蹤仿真技術(shù)的結(jié)果分析有理有據(jù)?；灸軌蛲ㄟ^仿真對機器人運動學(xué)、動力學(xué)等基礎(chǔ)理論知識進行驗證，自主學(xué)習(xí)態(tài)度較好。實驗報告內(nèi)容較完整，對工業(yè)機器人路徑跟蹤仿真技術(shù)的結(jié)果分析基本到位。能夠通過仿真驗對機器人運動學(xué)、動力學(xué)等基礎(chǔ)理論知識進行部分驗證，自主學(xué)習(xí)態(tài)度一般。實驗報告內(nèi)容基本完整，對工業(yè)機器人路徑跟蹤仿真技術(shù)的結(jié)果部分準確。不能通過仿真驗證機器人運動學(xué)、動力學(xué)等基礎(chǔ)理論知識，自主學(xué)習(xí)態(tài)度差。實驗報告不交或內(nèi)容不完整，沒有工業(yè)機器人路徑跟蹤仿真技術(shù)的結(jié)果分析。3.課程論文考核與評價標準分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分課程論文能夠?qū)I(yè)機器人產(chǎn)品的發(fā)展背景進行描述。可以運用自己的語言組織素材。格式規(guī)范。能夠?qū)I(yè)機器人產(chǎn)品的發(fā)展背景進行一般描述。大部分運用自己的語言組織素材。格式基本規(guī)范。能夠?qū)I(yè)機器人產(chǎn)品的發(fā)展背景進行粗略描述。有部分摘抄，格式略規(guī)范。不能對工業(yè)機器人產(chǎn)品的發(fā)展背景進行描述。大部分摘抄，格式不規(guī)范。4.期末試卷考核與評價標準根據(jù)課程目標及教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計期末考核試題，綜合檢驗學(xué)生對課程相關(guān)知識的掌握、綜合應(yīng)用及解決復(fù)雜問題的能力，根據(jù)考試題目設(shè)計相應(yīng)評分標準。六、教材與參考書（一）推薦教材1．《工業(yè)機器人技術(shù)基礎(chǔ)及其應(yīng)用》，戴鳳嬌喬棟主編，機械工業(yè)出版社，2020年1月版。2．《機器人技術(shù)基礎(chǔ)》，劉英朱銀龍主編，機械工業(yè)出版