《机器人设计》课程教学大纲（本科）

1、机器人设计Design of the Robot课程编号：03410126学 分：2学 时：32 （其中：讲课学时：28实验学时：4上机学时：0）先修课程：机械原理及设计、机械原理及设计（II）、机械工程测试技术、机电 传动控制、单片机原理及应用适用专业：机械设计制造及自动化教 材：机器人与柔性制造，马履中、周建忠，化学工业出版社，2007年11 月第1版一、课程性质与课程目标（一）课程性质本课程是本科机械设计制造及自动化专业的方向选修课，是机械设计方向本科生必 需选修的专业课。通过该课程的学习，不仅使学生了解工业机器人系统分析中常用的数 学方法，掌握机器人运动学和动力学分析的一般方法，了解机

2、器人系统中常用的零部 件和常用的驱动装置的设计方法与原理，并对机器人的轨迹规划和机器人关节控制的 一般方法进行了讲解。该课程不仅是适应社会的需求，而且该课程高度的综合性和设 计性，可使机械类学生对所学的诸多单科知识得到全面认识和综合运用，从而提高学 生的创新和工程实践能力。（二）课程目标课程目标1：掌握机器人设计的基础数学知识，机器人运动学和动力学分析一般方 法，培养学生具备机器人设计和分析的初步能力。课程目标2： 了解工业机器人的结构特点，机械系统常用的零部件的设计方法， 机器人的轨迹规划和关节控制的一般方法，培养学生对机器人零部件设计和控制系统 开发的应用能力。二、课程内容与教学要求第一章

3、绪论（一）课程内容（1）工业机器人与柔性制造系统简介；（2）工业机器人分类及性能简介。（二）教学要求了解工业机器人的作用、分类与各自特点、应用场合。（2）培养学生对工业机器人的正确理解、认识和兴趣。（三）重点与难点工业机器人的作用、分类与各自特点、应用场合第二章机器人数学基础（一）课程内容（1）机器人的坐标投影;（2）机器人的坐标变换；（3）机器人的影响系数矩阵。（二）教学要求了解坐标投影、共原点坐标系的坐标变换、不共原点坐标系的坐标变换的原理；（2）掌握影响系数矩阵的概念，运用影响系数可以对机器人系统进行机器人机构 的速度、加速度分析。（三）重点与难点（1）机器人坐标变换的原理；（2）影响系

4、数法的概念及其对机器人机构进行运动分析。第三章串联式机器人（一）课程内容（1）单开链机器人机构的结构分析；（2）单开链机器人机构的运动学分析（位置分析、速度分析、加速度分析）；（3）单开链机器人机构的工作空间及奇异位置分析；（4）单开链机器人机构的机器人动力学简介；（5）机器人轨迹规划。（二）教学要求（1）了解单开链机器人机构的结构分析，掌握单开链机器人机构自由度的求解；了解单开链机器人操作器的类型，掌握单开链机器人机构的运动学分析（机 构的正、反方程、速度、加速度分析）；了解单开链机器人机构工作空间与奇异位置的求解与判定方法；（4）初步了解单开链机器人机构的动力学分析方法、轨迹规划。（三）重

5、点与难点（1）单开链机器人机构自由度的计算；（2）单开链机器人机构的运动学分析。第四章 并联式工业机器人（一）课程内容（1）并联机器人的应用与研究；（2）并联机器人机构的结构分析（运动输出矩阵、自由度）；（3）并联式机器人机构运动学（位置分析、速度分析、加速度分析）。（二）教学要求了解并联机构的特点及目前研究的现状；了解六自由度并联机构的结构分析与自由度求解；（3）掌握并联机构运动学分析的方法；了解并联机构工作空间的计算方法。（三）重点与难点（1）并联机器人机构自由度的计算；（2）并联机器人机构的运动学分析。第五章工业机器人常用零部件（一）课程内容（1）工业机器人常用零部件的分类与性能要求；（

6、2）滚珠丝杠螺旋副简介；（3）移动导轨简介；（4）谐波齿轮减速器简介。（二）教学要求了解滚珠丝杠螺旋副工作原理、结构类型、轴向间隙的安排与预紧方式等；了解导轨的功能与要求，常用导轨的类型、各自特点及应用场合；了解谐波齿轮减速器的工作原理、性能特点及应用场合；（4）具备合理选用工业机器人常用零件的能力。（三）重点与难点（1）滚珠丝杠螺旋副工作原理、结构类型，常用导轨的类型、特点及应用场合；（2）谐波齿轮减速器的工作原理、性能特点及应用场合。第六章工业机器人的驱动（一）课程内容（1）步进电机及其驱动；（2）直流伺服电机及其驱动；（3）交流（AC）伺服电机其驱动；（4）其他驱动装置。（二）教学要求了

7、解步进电机、直流伺服电机、交流（AC）伺服电机的主要型式、工作原理 及其性能特点、应用场合；了解在智能机器人领域特别是微动机器人领域应用的常见智能驱动装置；（3）具备合理选用工业机器人驱动装置的能力。（三）重点与难点工业机器人各种驱动装置的工作原理、性能特点及合理选型。第七章工业机器人各类传感器简介（-）课程内容工业机器人系统中常用传感器。（二）教学要求了解机器人系统的各种传感器：位置传感器，位移、角度、距离测量传 感器，速度、加速度传感器，力和力矩传感器，视觉传感器等的基本型式及其相应 的工作原理；（2）具备合理选用工业机器人所需传感器的能力。（三）重点与难点工业机器人各种传感器的工作原理、

8、性能特点及合理选型。第十三章工业机器人在柔性制造中的应用（一）课程内容（1）串联式工业机器人系统在柔性制造中的应用；（2）并联式工业机器人系统中在工程实际中的应用。（二）教学要求（1）了解常用的串联机器人、并联机器人在工业系统中的应用；（2）对各种工业机器人具备初步选型的能力。（三）重点与难点各种工业机器人的性能特点及应用场合。三、本课程开设的实验项目哭佥项目编实验项目名称学时类型要求备注1机器人主体机构设计与综合2综合必做2机器人控制系统设计2综合必做实验1：机器人主体机构设计与综合实验目标及要求：以慧鱼机电产品模型为对象，学生通过综合设计机器人主体机构, 完成机器人综合性、创新性的设计训练

9、，增强学生对机构及机器人结构设计的感性认识, 使学生进一步巩固和加强对机器人设计课程中理论知识学习。实验2：机器人控制系统设计实验设备 内容及要求：通过学习设计并安装机器人驱动、传动及传感等系统，完成机器人控制系统初步设计，熟悉Robpro编程环境软件，并完成软件的编写和调试。 使学生了解一定的机器人控制系统设计的技能。四、课程学时分配与教学形式注：1.课程实践学时按相关专也培养计划列入表格;章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂 教学实 验上 机课程 实践小 计第一章22授课+讨论目标1、2第二章66授课+讨论目标1第二早66授课+讨论目标1第四章426授课+实验目标

10、1第五章44授课+讨论目标1、2第六章22授课+讨论目标1、2第七章224授课+实验目标1、2第十三章22授课+讨论目标2合计28432.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、项目、案例 等教学方法）等。五、课程考核考核形式考核要求考核权重支撑的课程目标平时成绩上课认真听讲，考勤20%目标1、2实验完成实验并提交实验报告20%目标1、2期末考试闭卷60%目标1、2注：1.分学期设置和考核的课程应按学期分别填写上表。.考核形式主要包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作业、小 论文、项目设计和作品等。.考核要求包括作业次数、考试方式（开卷、闭卷）、项

11、目设计要求等。.考核权重指该考核方式或途径在总成绩中所占比重。六、课程目标达成度评价七、大纲说明课程目标对应考核形式实际评测结果（学生达到的平均水平）对应 总分达成度课程目标1平时成绩、期末考试（平时成绩X 20%+期末考试 X 60%）/2100/2达成度=实际测评 结果/对应总分课程目标2平时成绩、实验成绩、 期末考试（平时成绩X 20%+期末考试 X 60%）/2+实验成绩X 20%100/2达成度=实际测评 结果/对应总分.采用多媒体教学，保证讲课进度的同时注意学生的掌握程度和课堂的气氛；。.每章布置思考题供学生理解教学内容。.本课程实验以机器人机构学与驱动控制系统设计为主,完成简单机器人系统的较 完整设计。八、参考书目及学习资料.工业机器人，韩建海主编，华中科技大学出版社，2015年，第三版.机器人技术基础，熊有伦主编，华中理工大学出版社，1996年.机器人学，蔡自兴著，清华大学出版社，2000年2017年9月28日课程简介课程编码：03410126课程名称：机器人设计英文名称：Design of the Robot学 分：2学 时：32（其中：讲课学时：28 实验学时：4上机学时：0）课程内容：机器人设计主要介绍工业机器人设计中常用的数学方法，包括串联 和并联机器人的分析和设计方法，介绍了机器人设计中常用的零部件、 驱动装置的设计和选用。通过该课程的学