《机器人应用技术》教学大纲

《机器人应用技术》教学大纲

适用范围：202X版本科人才培养方案

课程代码：22159011

课程性质：专业选修课

学分：2学分

学时：32学时（理论24学时,实验8学时）

先修课程：高等数学、线性代数、机械原理和理论力学等

后续课程：机电一体化系统设计、机电综合创新设计

适用专业：机械电子工程专业、机械电子工程专业（专升本）

开课单位：智能工程学院

一、课程说明

《机器人应用技术》是机械电子工程专业的专业选修课。本课程主要是学习机器人学的

基础知识，包括机器人的机械结构、运动学、动力学、咨制基础以及机器人常用传感器等。

注重机械人学的运动学、动力学部分的学习，包括齐次"标变换、D-H参数法等内容，培养

学生能够将简单的实际问题抽象为数学模型并加以分析的能力。

二、课程目标

通过本课程的学习，使学生达到如下目标：

课程目标I：能正确运用机器人技术参数、机械结构、机器人运动学与动力学、机器人

控制技术、机器人传感器等主要内容知识分析工程需求，具备机器人产品设计与开发、运动

学及动力学建模与仿真、机器人控制等能力；了解工业机器人发展历史、发展趋势、其它应

用等。

课程目标2：掌握工业机器人分类、机械结构组成、坐标系变换、动力学建模等基本知

识，能够合理选择机器人种类和设计机器人应用方案。

课程目标3：引导学生利用科学辩证法看待和解决问题；激发学生科技报国的家国情怀

和使命担当，培养学生的大国工匠精神、团队协作能力及创新创业思维；树立正确的劳动观

念，形成良好的劳动习惯，具有劳动精神和劳动能力。

三、课程目标与毕业要求

《机器人应用技术》课程教学目标对机械电子工程专业毕业要求的支撑见表L

表1课程教学目标与毕业要求关系

支撑

毕业要求指标点课程目标

强度

1.工程知识：能够将数1.1掌握数学知识并能课程目标1:掌握机器人学的基

M

学、自然科学、工程基将其用于解决机械电础知以，包括机器人机械机构组

础和机械电子工程专业子工程问题。成、运动学、动力学、控制基础

知识用于解决复杂工程等内容。

问题。

2.问题分析：能够应用

2.2能应用数学、自然

数学、自然科学和工程课程目标2：能够对于实际较为

科学和工程科学的基

科学的基本原理，识别、复杂的机器人系统，通过数学的

本原理和方法，对机械

表达、并通过文献研究方法建立其模型，并加以分析；M

设计、制造及其自动化

分析复杂的机械电子领培养学生不怕困难，勇于迎接挑

领域/系统的复杂工程

域工程问题，以获得有战的科学精神。

问题进行识别和描述。

效结论。

注：表中“H（高）、M（中）、L（弱）”表示课程与相关毕业要求的关联度。

四、教学内容、基本要求与学时分配

1.理论部分

理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。

表2教学内容、基本要求与学时分配

理论实验对应的课

教学内容教学要求，教学重点难点

学时学时程目标

1.概述

1.1机器人概述

1.2机器人的分类

1.3工业机器人的

组成与技术参数教学要求：（1）了解机器人的由来及发展；

1.4春秋时期的木（2）掌握机器人的分类、组成以及主要技

鸟、三国时期的木牛术参数。21、3

流马、张衡发明的重点：机器人的分类、组成。

“候风地动仪”-难点：机器人的技术参数。、

几千年的文明史和

悠久的传统文化，进

而激发学生的爱国

情怀。

2.机器人的机械结

构

2.1驱动机构教学要求：（1）掌握机器人的机械结构组

2.2机身和臂部结成；

构（2）熟悉机器人的驱动机构组成及原理；

2.3腕部结构（3）熟悉机器人其他各部分机构的组成及

422、3

2.4手部结构原理。

2.5行走机构重点；机器人的机械结构组成、驱动机构

2.6中国第一台弧焊以及其他各部分机构。

机器人华宇I型背后难点：机器人的驱动机构。

的故事一自主创新

精神、责任与担当。

3.机器人的运动学教学要求：（1）掌握机器人的位置和姿态

3.1概述的表示方法；

3.2物体在空间中（2）掌握机器人位姿描述、坐标变换、齐

641、3

的位姿描述次坐标变换；

3.3其次坐标变换（3）掌握机器人的连杆D-H参数，并可以

3.4变换方程的建简单实际应用的正运动学求解。

立重点：机器人的齐次坐标变换、D-H参数。

3.5RPY角和欧拉角难点：D-H参数。

3.6机器人连杆D-H

参数及其坐标变换

3.7中国在机器人运

动学研究方面的最

新成果和技术，致敬

默默无私奉献的国

家科技工作者

4.机器人的动力学

初步教学要求：（1）掌握速度雅克比矩阵、力

4.1速度雅克比矩雅克比矩阵；

阵及速度分析（2）掌握利用拉格朗日法对机器人的简单

421、2

4.2力雅克比矩阵动力学问题求解

及静力分析重点：速度雅克比矩阵、力雅克比矩阵。

4.3动力学分析难点：机器人动力学分析。

5.机器人的控制基

础教学要求：（1）掌握机器人的控制系统与

5.1机器人的控制控制方式；

系统和控制方式（2）熟悉单关节机器人模型的建立过程；

41、2

5.2单关节机器人（3）了解基于关节坐标的控制。

模型和控制重点：单关节机器人模型与控制。

5.3基于关节坐标难点：基于关节坐标的控制。

的控制

6.机器人的感觉系

统

6.1机器人传感器

教学要求：（1）熟悉机器人传感技术；

概述

（2）了解不同的内、外传感器在机器人中

6.2位置和位移传

应用。21、3

感器

重点：机器人传感技术、内、外传感器。

6.3速度传感器

难点：内、外传感器。

6.4中天智领人机交

互系统一一核心技

术应牢牢掌握

7.机器人在不同应

用领域的举例

7.1机器人的应用

准则和步骤教学要求：了解机器人在不同领域的应用。

重点：焊接、喷涂机器人系统及应用。2、

7.2焊接机器人系12

统及应用难点：焊接、喷涂机器人系统及应用。

7.3喷涂机器人机

系统应用

合计248

2.实验部分

实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。

表3实验项目、实验内容与学时

对应的课

实验项目实验内容和要求实验学时

程目标

实验内容：介绍机器人的各种机构组成及

机械结构组成。

1.机构认识实验21、3

实验要求：清楚观察机器人的传动机构组

成。

实验内容：利用仿真软件学习齐次坐标变

换、D-H参数得建立以及求解正、逆运动

2.机器人运动学实

学问题。41、2、3

验

实验要求：对实验室机器人进行粗略测

绘，并建立起其D-H参数

实验内容：利用仿真软件对机器人进行简

单的动力学分析并求解。

3.机器人动力学实

实验要求：己知六关节机器人的位移、速21、2

验

度以及加速度，求解加在各个关机的驱动

力矩。

合计8

五、教学方法及手段

本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例、实验等教学手段完成课程教学任务和相关能

力的培养。使学生掌握仿机器人学的基础知识，同时使学生具备对简单的实际的机器人系统

建立其模型并加以分析的能力。

在实验教学环节中，通过任务式教学、讨论式教学加深学生对机器人机构、运动学、动

力学的认识，培养学生自主学习能力、激发学生的创新忍维。

六、课程资源库

I.教材：韩建海著.《工业机器人》（第四版）[M].武汉：华中科技大学出版社,2022年

2.参考书：

（1）芮延年主编.《机器人技术及其应用》[M].北京：化学工业出版社,2008年.

（2）张宪民主编.《机器人技术及其应用》（第2版）[M].北京：机械工业出版社,2017

年.

（3）杨杰忠主编.《工业机器人技术及其应用》[M].北京：机械工业出版社,2017年.

3.期刊：

（1）范李平，熊威，吴喜春等.一种高压开关室悬挂轨道式智能巡检机器人的设计与应

用[J].电气开关.2021,59（04）:14-18.

（2）堇鹏涛.焊接机器人在结构件生产制造中的应用[J].陕西煤炭.2021,40（Sl）:

158-160.

（3）林雅峰.一种轨道式巡检机器人系统技术开发与应用[J].机械制造与自动化.

2021,50（04）:162-165.

（4）罗传孝,刘辉,张子彬.焊接机器人的选择和应用[J].科学技术创新.2021X24）:

173-174.

（5）A.S.M.,AkhtarH.F.,HabibahH.Robotapplicationsforautism:acomprehensive

review[J].DisabilityandRehabilitation:AssistiveTechnology.2021,16（6）.

4.网络资源：

（1）hilD：〃www』/course/1452.hlml.东南大学《机器人技术》精品专业课.

（2）hilD：〃/中国机器人网.

七、课程考核对课程目标的支撑

课程成绩由过程性考核成绩和期末课程报告成绩两部分构成，具体考核/评价细则

及对课程口标的支撑关系见表4o

表4课程考核对课程目标的支撑

考核占谒限目标

考核/评价细则

环节比12工

课

（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考VVV

堂

核,满分100分。

表8

（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比

现332

例计入课程总评成绩。

（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告VV

过质量单独评分，满分100分；

实

程（2）每次实验单独评分，取各次实验成渍的平均值

验12

性作为此环节的最终成绩。552

考（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计

核入课程总评成绩。

（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和VV

掌握程度，满分100分;

作（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为

20

业此环节的最终成绩。884

（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计

入课程总评成绩。

（1）报告成绩100分，以报告成绩乘以其在总评成J

末

期绩中所占的比例计入课程总评成绩。

程

课（2）主要考核机器人机械结构、运动学、动力学、

60

告

报控制基础、传感器等内容。203010

（3）报告内容为：背景现状、内容设计、总结、参

考文献、报告质量格式等。

合计：100分364618

八、考核与成绩评定

1.考核方式及成绩评定

考核方式：本课程主要以课堂表现、实验、作业、期末课程报告等方式对学生进行

考核评价。

考核基本要求：考核总成绩由期末课程报告和过程性考核成绩组成。其中：期末课

程报告成绩为100分（权重60%）,包括背景现状、内容设计、总结、参考文献、报告

质量格式等；课堂表现、实验、作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）o

2.过程性考核成绩的标准

过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。

表5过程性考核方式评价标准

所占

考核方式比重100x^9090>x28080X27070>x260x<60

（%）

积极参与教认真参与

偶尔参与教上课不认

学活动，踊跃教学活动，上课不认

学活动，回真，偶尔参

课堂表现20回答问题，准回答问题真，不参与

答问题准确与教学活

确率大于准确率大教学活动。

率大于70%。动。

90%o于80%。

作业完整，思作业完整，不交作业2不交作业4不交作业5

路清晰，准确准确率大次以内，准次以内，准次以上，准

作业50

率大于90%,于80%,字确率大于确率大于确率小于

字迹工整。迹工整。70%.60%.60%o