《機器人檢測技術(shù)與傳感器》教學大綱

《機器人檢測技術(shù)與傳感器》教學大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：22140171課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學分：2學分學時：32學時（理論26學時，實驗6學時）先修課程：機器人工程學、機器人機械基礎、機器人驅(qū)動與運動控制等后續(xù)課程：機器人操作系統(tǒng)、機器人編程與系統(tǒng)集成等適用專業(yè)：機器人工程專業(yè)開課單位：智能工程學院一、課程說明《機器人檢測技術(shù)與傳感器》是機器人工程專業(yè)必修的一門專業(yè)必修課。本課程主要講述了與機器人有關的檢測方法，以及機器人傳感器的基礎知識和工作原理。通過本課程的學習，使學生掌握機器人感知外部世界的檢測方法和各種傳感器、儀表等自動化設備、計量測試技術(shù)等相關工作所必需的專業(yè)知識和能力。同時本課程在培養(yǎng)學生嚴肅認真的科學作風和抽象思維能力、分析計算能力、總結(jié)歸納能力等方面起重要作用。二、課程目標通過本課程的學習，使學生達到如下目標：課程目標1：了解機器人系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，掌握傳感器的主要性能參數(shù)，從機器人內(nèi)部傳感器和外部傳感器兩個方面掌握機器人常用傳感器的種類和工作原理，了解智能傳感器的構(gòu)成和關鍵技術(shù)，正確理解多傳感器信息融合的分類和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及移動機器人應用實例。課程目標2：能夠初步設計傳感器控制電路，能使用機器人內(nèi)外部傳感器進行實踐應用，掌握智能傳感器和無線傳感網(wǎng)絡的工作原理與實例分析，掌握焊接、移動、裝配機器人的應用實例，培養(yǎng)學生科學、嚴謹?shù)膭?chuàng)造性思維和研究性思維。課程目標3：通過課程學習，對機器人檢測技術(shù)與傳感器從整體上形成較清晰全面的了解，更重要的是培養(yǎng)學生積極思考、嚴謹創(chuàng)新的科學態(tài)度和解決實際問題的能力，塑造學生刻苦鉆研的使命感和愛國情懷，培養(yǎng)科學探索的工程素養(yǎng)。三、課程目標與畢業(yè)要求《機器人檢測技術(shù)與傳感器》課程教學目標對機器人工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學目標與畢業(yè)要求關系畢業(yè)要求指標點課程目標支撐強度1.工程知識：具有從事機器人工程領域所需的數(shù)學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識，并能夠綜合應用這些知識解決機器人工程領域復雜工程問題。1.2掌握機器人工程領域所需的電路分析、電子技術(shù)、計算機、機械等原理和思想，能將其知識方法用于復雜機器人工程問題的分析和表述；課程目標1：了解機器人系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，掌握傳感器的主要性能參數(shù)，從機器人內(nèi)部傳感器和外部傳感器兩個方面掌握機器人常用傳感器的種類和工作原理，了解智能傳感器的構(gòu)成和關鍵技術(shù)，正確理解多傳感器信息融合的分類和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及移動機器人應用實例。M3.設計/開發(fā)解決方案：能夠針對機器人工程領域復雜工程問題設計解決方案，設計滿足特定需求的硬件部件、智能算法、系統(tǒng)集成應用，并能夠在設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，并考慮社會、環(huán)境、健康、安全、法律、文化等因素。3.1能夠針對機器人工程領域的復雜工程問題提出網(wǎng)絡化、智能解決方案；課程目標2：能夠初步設計傳感器控制電路，能使用機器人內(nèi)外部傳感器進行實踐應用，掌握智能傳感器的工作原理與實例分析，掌握焊接、移動、裝配機器人的應用實例，培養(yǎng)學生科學、嚴謹?shù)膭?chuàng)造性思維和研究性思維。H4.研究：能基于科學原理并采用科學方法對人工智能及交叉應用領域的工程問題進行研究，包括實驗的設計、算法的研究、參數(shù)的優(yōu)化等，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。4.1能夠?qū)C器人工程問題存在的物理現(xiàn)象進行觀測和分析，并能明確其中的關聯(lián)因素和本質(zhì)特征；課程目標3：通過課程學習，對機器人檢測技術(shù)與傳感器從整體上形成較清晰全面的了解，更重要的是培養(yǎng)學生積極思考、嚴謹創(chuàng)新的科學態(tài)度和解決實際問題的能力，塑造學生刻苦鉆研的使命感和愛國情懷，培養(yǎng)科學探索的工程素養(yǎng)。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關畢業(yè)要求的關聯(lián)度。四、教學內(nèi)容、基本要求與學時分配1.理論部分理論部分的教學內(nèi)容、基本要求與學時分配見表2。表2教學內(nèi)容、基本要求與學時分配教學內(nèi)容教學要求，教學重點難點理論學時實驗學時對應的課程目標1.傳感器基礎知識與檢測技術(shù)1.1傳感器的定義和特點1.2傳感器的組成和分類1.3傳感器的特性分析1.4傳感器的誤差與標定1.5機器人與傳感器的發(fā)展趨勢思政1：我國傳感器的發(fā)展史，引入機器人強國戰(zhàn)略，闡述機器人領域科技進步對國家戰(zhàn)略強國的支撐作用，進一步激發(fā)學生家國情懷和愛國主義熱情。教學要求：了解傳感器的定義、作用、組成、分類和基本特點；重點：掌握傳感器的誤差與標定方法。難點：傳感器的靜態(tài)標定、動態(tài)標定。21、32.常用的傳感器2.1結(jié)構(gòu)型傳感器2.2物性型傳感器思政2：引入知名企業(yè)——河南漢威電子公司，一家有志氣、不斷創(chuàng)新的企業(yè)，培養(yǎng)學生的社會責任感和大國工匠精神，更加寬闊的視野思考和分析專業(yè)問題。教學要求：使學生掌握常用傳感器的主要性能參數(shù)。重點：結(jié)構(gòu)型、物性型傳感器的特性、組成和工作原理。難點：結(jié)構(gòu)型、物性型傳感器的特性、組成和工作原理。41、23.智能傳感器3.1智能傳感器的定義與特點3.2智能傳感器的構(gòu)成3.3智能傳感器的應用思政3：引入知名企業(yè)——霍尼韋爾公司，2020年的有十大創(chuàng)新，始終堅持不斷變化創(chuàng)新，重在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，有更加寬闊的視野和就業(yè)道路。教學要求：使學生了解智能傳感器的工作原理和應用。重點：智能傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)。難點：智能傳感器的特點及應用。41、2、34.機器人常用傳感器4.1機器人傳感器的分類和要求4.2常用內(nèi)部傳感器4.3常用外部傳感器思政4：波斯頓動力公司的發(fā)展史，向處在行業(yè)前端的公司學習，培養(yǎng)學生的社會責任感，更加寬闊的視野思考和分析專業(yè)問題。教學要求：使學生了解機器人常用的傳感器類型，掌握常用傳感器的工作原理。重點：常用內(nèi)部、外部傳感器的工作原理。難點：常用內(nèi)部、外部傳感器的實際應用。421、2、35.工業(yè)機器人常用傳感器5.1工業(yè)機器人基本知識5.2工業(yè)機器人的位置、位移傳感器5.3焊接機器人常用傳感器5.4管道機器人常用傳感器思政5：引入“戰(zhàn)略科學家，中國機器人之父——蔣新松院士”事跡，習近平總書記指出“青年興則國家興，青年強則國家強”，培養(yǎng)學生的愛國情懷。教學要求：使學生了解工業(yè)機器人傳感器的分類及應用。重點：工業(yè)機器人的位置、位移傳感器的種類和特性。難點：焊接機器人、管道機器人常用傳感器的種類和特性。442、36.移動機器人常用傳感器6.1移動機器人內(nèi)部傳感器6.2移動機器人外部傳感器思政6：中國自主知識產(chǎn)權(quán)無人駕駛拖拉機發(fā)展史。培養(yǎng)學生大國工匠精神，引導提高學生對農(nóng)業(yè)裝備領域的興趣，拓寬就業(yè)渠道。教學要求：使學生了解移動機器人傳感器的分類、特點、工作原理。重點：移動機器人內(nèi)部、外部傳感器的組成及工作原理。難點：移動機器人內(nèi)部、外部傳感器的組成及工作原理。42、37.多傳感器在焊接機器人中的應用7.1焊接機器人常用的傳感器7.2電弧傳感系統(tǒng)7.3超聲傳感跟蹤系統(tǒng)7.4視覺傳感跟蹤系統(tǒng)教學要求：使學生了解焊接機器人常用的傳感器種類，了解常用焊接傳感器的工作原理。重點：常用焊接傳感器的組成及工作原理。難點：電弧傳感器的組成及工作原理。21、38.機器人多傳感器信息融合8.1多傳感器信息融合概述8.2多傳感器數(shù)據(jù)融合的功能模型思政7：中國機器人之父——蔣新松院士。培養(yǎng)學生的愛國情懷，學生入黨積極性提高。教學要求：使學生了解多傳感器信息融合的特點和定義，掌握多傳感器信息融合的信息模型、算法和應用。重點：多傳感器信息融合的特點。難點：多傳感器信息融合的算法和應用。21、2、3合計2662.實驗部分實驗部分的教學內(nèi)容、基本要求與學時分配見表3。表3實驗項目、實驗內(nèi)容與學時實驗項目實驗內(nèi)容和要求實驗學時對應的課程目標1.條碼識別實驗內(nèi)容：通過視覺相機拍攝圖像，之后通過相機內(nèi)部處理與功能塊的處理，可以識別出二維碼，并且顯示出二維碼的內(nèi)容。實驗要求：掌握視覺的簡單操作，掌握視覺軟件的功能塊的使用，熟練調(diào)節(jié)鏡頭焦距曝光度，熟練使用視覺軟件。21、22.瑕疵檢測實驗內(nèi)容：通過攝像頭與視覺控制器可以檢測出手機或者其他物體上的裂紋與瑕疵。實驗要求：掌握視覺軟件里功能模塊的使用，掌握視覺程序的編輯方式，能夠自行調(diào)節(jié)鏡頭的光圈與焦距，掌握視覺控制器的工作方式。22、33.視覺數(shù)量檢測實驗內(nèi)容：通過視覺相機拍攝圖像，再通過相機內(nèi)部處理與功能塊的處理，可以識別出工件并且查找出相同的工件。實驗要求：掌握視覺軟件的簡單操作，掌握視覺軟件的功能塊的使用，熟練調(diào)節(jié)鏡頭焦距曝光度，熟練使用視覺軟件。22、3合計6五、教學方法及手段本課程采用課堂講授和討論相結(jié)合的方式。講授主要采用教師講解、演示、互動的教學形式。教師講解知識點，使學生對知識點形成直觀印象，并通過課堂教學雙方互相提問，與學生互動，鼓勵學生在課堂上發(fā)表自己的見解，加深對知識點的理解，注重理論指導的作用，積極探究達到最佳效果的典型做法。在教學環(huán)節(jié)引入多媒體演示，通過形象生動的視頻演示讓學生們了解機器人傳感器的實際應用所在。同時貫徹理論和實踐相結(jié)合的原則，給學生一定量的思考，并要求完成一定量的作業(yè)，以提高學生的理論水平，培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新精神。在實驗教學環(huán)節(jié)中，著重講授如何用科學的手段來完成理論的驗證；如何組織實驗、處理數(shù)據(jù)和分析實驗現(xiàn)象；介紹機器人視覺設備和儀器的原理、構(gòu)造和使用維護方法以及綜合實驗內(nèi)容的思路和方案設計等。通過任務式教學、討論式教學培養(yǎng)學生的設計的能力。培養(yǎng)學生自主學習能力、激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。在實驗前學生應復習和掌握與本實驗有關的教學內(nèi)容、認真閱讀實驗指導書；在實驗中要嚴格遵守實驗紀律，按操作規(guī)程使用儀器；實驗結(jié)束后，按規(guī)定對儀器進行維護保養(yǎng)；每完成一項實驗，要認真完成一份實驗報告。六、課程資源1.推薦教材：（1）遲明路,田坤.機器人傳感器[M].北京:電子工業(yè)出版社.2022年.2.參考書：（1）胡向東.傳感器與檢測技術(shù)（第3版）[M].北京:機械工業(yè)出版社.2018年.（2）徐宏偉.常用傳感器技術(shù)及應用[M].北京:電子工業(yè)出版社.2017年.（3）張春曉.智能機器人與傳感器[M].西安:西安電子科技大學出版社有限公司.2020年.（4）陳雯柏.智能機器人原理與實踐[M].北京:清華大學出版社.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）林濤,付崇閣,吉萌萌.基于改進的自注意力長短期記憶網(wǎng)絡的傳感器故障預檢測方法[J].計算機應用,2021,41(S1).（5）梅婕,魏圓圓,許桃勝.基于密度峰值多起始中心的融合聚類算法[J].計算機工程與應用,2021,57(22).4.網(wǎng)絡資源：（1）中國大學MOOC（慕課）國家精品課程在線學習平臺：/.（2）智慧樹在線教育平臺：/.（3）學堂在線國家精品課堂在線學習平臺：/七、課程考核對課程目標的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關系見表4。表4課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細則課程目標123過程性考核課堂表現(xiàn)8（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√√422實驗20（1）根據(jù)每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質(zhì)量單獨評分，滿分100分；（2）每次實驗單獨評分，取各次實驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√5155作業(yè)12（1）主要考核學生對各章節(jié)知識點的復習、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?42期末考核60（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核傳感器的靜態(tài)標定、動態(tài)標定、機器人對傳感器的要求及傳感器的特性、常用內(nèi)部、外部傳感器的工作原理，掌握智能、無線傳感器的實現(xiàn)技術(shù)、多傳感器信息融合的常用方法、位姿傳感器的組成及工作原理、電弧傳感器的組成及工作原理等內(nèi)容。（3）考試題型為：名詞解釋題、填空題、簡答題、繪圖題和分析計算題等?！獭獭?52510合計：100分404020八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、作業(yè)、實驗、期末考試等方式對學生進行考核評價。考核基本要求：考核總成績由期末試卷成績和過程性評價成績組成。其中：期末試卷成績?yōu)?00分（權(quán)重60%），試題類型為填空題、選擇題、判斷題、簡答題、計算題和分析題等類型，試卷中基本知識、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，綜合應用題、分析題不低于50%；出勤、作業(yè)評價、課堂討