机器人控制技术教学大纲

机器人控制技术教学大纲课程中文名称：机器人控制技术课程英文名称：RobotControlTechnology课程编号：204T0603学分：1学时：16（其中：讲课学时：16实验学时：0上机学时：0）先修课程：大学物理、自动控制理论、现代检测技术与传感器、电机与拖动适用专业：自动化课程类别：专业拓展课程/选修使用教材：蔡自兴,谢斌.《机器人学》第3版.清华大学出版社.2015.03开课单位：电气与新能源学院课程简介：《机器人控制技术》是一门涉及到控制、机械、电子、电机等多门学科的技术，涵盖了机器人运动学，动力学，力和位置控制，控制算法设计等内容，属于自动化领域知识的综合运用，为学生在各相关行业拓展工作做好准备。一、课程性质《机器人控制技术》是自动化专业教学计划中具有重要意义的专业选修课，它建立在大学物理、自动控制理论、现代检测技术与传感器、电机与拖动等课程知识的基础上，为自动化专业课程的学习打好坚实的基础。二、课程目标：课程目标1：通过本课程学习，强化学生的“四个自信”，帮助学生初步掌握科学的方法论和认识论，塑造学生正确的世界观、人生观和价值观。课程目标2：能将的机器人专业知识用于控制系统复杂工程问题，进行动力学、运动学建模求解与分析等。课程目标3：能将的机器人专业知识用于控制系统复杂工程问题，进行控制器设计以及控制效果分析等。课程目标4：能够针对与机器人技术相关的控制系统工程设计与产品开发的特定需求，通过程序设计，完成数据的采集、测试，并在设计中体现创新意识。三、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求毕业要求指标点课程目标对毕业要求的支撑关系1.工程知识1.2能够运用数学、自然科学、工程科学的知识对自动化系统工程的具体对象建立数学模型并求解。课程目标1课程目标22.问题分析2.4能运用基本原理，借助文献研究，分析过程的影响因素，获得有效结论。课程目标1课程目标33.设计/开发解决方案3.2能够针对电力系统工程设计与产品开发的特定需求，完成元件和系统的设计，在设计中体现创新意识。课程目标1课程目标4四、教学内容及要求第一章、绪论1.教学内容（1）机器人学的起源与发展（2）机器人的定义和特点（3）机器人的构成与分类（4）机器人学的研究领域2.重点难点：机器人系统的构成。3.课程思政融入点：建设新型社会，助力老年人健康生活，机器人技术起着重要的技术支撑作用。4.考核要点：机器人系统的构成。5.教学方法：基于雨课堂教学。6.作业安排：1.2、1.4、1.6。第二章、数学基础1.教学内容：（1）位姿和坐标系；（2）平移和旋转坐标系；（3）平移和旋转齐次坐标变换；（4）物体的变换和变换方程；（5）通用旋转变换2.重点难点：位姿和坐标系、平移和旋转坐标系。3.课程思政融入点：比较世界各国的特异机器人水平，激发学生的民族自豪感。4.考核要点：位姿和坐标系、平移和旋转坐标系。5.教学方法：基于雨课堂教学。6.作业安排：2.1、2.3、2.7。第三章、机器人运动学1．教学内容：（1）机器人运动方程的表示；（2）机器人运动方程的求解2.重点难点：机器人运动方程的表示；机器人运动方程的求解。3.课程思政融入点：从求解算法入手，分析其对运算精度、速度的影响，培养学生的求真务实的精神。4.考核要点：机器人运动方程的求解。5.教学方法：基于雨课堂教学。6.作业安排：3.1、3.5、3.8。第四章、机器人动力学1．教学内容（1）刚体的动力学方程；（2）机械手动力学方程的计算与简化。2.重点难点：拉格朗日方程和牛顿-欧拉方程。3.课程思政融入点：介绍拉格朗日、牛顿和欧拉的国籍，唤起学生的爱国情怀，争取更多的中国人在世界各个领域崭露头角。4.考核要点：拉格朗日方程和牛顿-欧拉方程。5.教学方法：基于雨课堂教学。6.作业安排：4.4、4.5、4.7。第五章、机器人位置和力控制1．教学内容（1）机器人控制与传动概述；（2）机器人的位置控制；（3）机器人的力和位置混合控制。2.重点难点：机器人的位置控制。3.课程思政融入点：从位置控制算法入手，分析其对运算精度、速度的影响，培养学生的求真务实的精神。4.考核要点：机器人的位置控制。5.教学方法：基于雨课堂教学。6.作业安排：5.1、5.5、5.6。第六章、机器人高级控制1．教学内容（1）机器人变结构控制；（2）机器人的自适应控制；（3）机器人的智能控制。2.重点难点：机器人自适应控制。3.课程思政融入点：从自适应控制算法入手，分析其对运算精度、速度的影响，培养学生的求真务实的精神。4.考核要点：机器人自适应控制。5.教学方法：基于雨课堂教学。6.作业安排：6.3、6.6、6.9。第七章、机器人传感器1．教学内容（1）机器人传感器概述；（2）内传感器；（3）外传感器；（4）机器人视觉装置。2.重点难点：机器人的视觉装置。3.课程思政融入点：从自适应控制算法入手，分析其对运算精度、速度的影响，培养学生的求真务实的精神。4.考核要点：位移传感器、触觉传感器。5.教学方法：基于雨课堂教学。6.作业安排：7.1、7.4、7.7。第八章、机器人程序设计1．教学内容（1）机器人编程要求与语言类型；（2）机器人语言系统结构和基本功能；（3）常用的机器人编程语言；（4）机器人的离线编程（5）基于Matlab的机器人学仿真2.重点难点：基于Matlab的机器人学仿真。3.课程思政融入点：程序设计是动手能力的进一步提升，培养学生的工程师求是的态度。4.考核要点：基于Matlab的机器人学仿真。5.教学方法：基于雨课堂教学。6.作业安排：8.1、8.5、8.8五、教学内容对课程目标的支撑关系章节教学内容学时分配支撑的课程目标讲课实验实践第一章绪论21、2第二章机器人数学基础21、2、3第三章机器人运动学21、2、3、4第四章机器人动力学21、2、3、4第五章机器人位置和力控制21、2、3、4第六章机器人高级控制21、2、3、4第七章机器人传感器21、2、3、4第八章机器人程序设计21、2、3、4六、考核方式及成绩评定标准1.课程考核方式：开卷考试占60%，平时成绩占40%。平时成绩包括课堂表现和雨课堂30%、课程作业10%。期末考试采用开卷笔试。支撑毕业要求课程目标考核与评价方式合计平时成绩（40%）期末考试（60%）课堂表现30%课程作业10%开卷考试课程目标155指标点1.2课程目标2152035指标点2.4课程目标3102030指标点3.2课程目标4102030总分占比%40601002.课程考核评分标准课程目标考核要求评分标准高于预期达到预期低于预期优秀良好合格不合格1.通过本课程学习，强化学生的“四个自信”，帮助学生初步掌握科学的方法论和认识论，塑造学生正确的世界观、人生观和价值观。（5分）平时表现543<32.能将的机器人专业知识用于控制系统复杂工程问题，进行动力学、运动学建模求解与分析等。（35分）课堂表现课程作业期末考试31-3527-3021-26<213.能将的机器人专业知识用于控制系统复杂工程问题，进行控制器设计以及控制效果分析等。（30分）课堂表现课程作业期末考试27-3024-2618-23<184.能够针对与机器人技术相关的控制系统工程设计与产品开发的特定需求，通过程序设计，完成数据的采集、测试，并在设计中体现创新意识。（30分）课堂表现课程作业期末考试27-3024-2618-23<18七、参考书目：1、蔡自兴,谢斌.《机器