《机器人控制》课程教学大纲

《机器人控制》教学大纲

课程英文名称：RobotControlTechnology

课程编号：0700201学分：32学时：2.0

一、课程教学对象

信息工程学院电子信息工程专业本科生。

二、课程性质、目的和任务

本课程属于专业选修课。机器人是典型的机电一体化装置，它不是机械、电

子的简单组合，而是机械、电子、控制、检测、通信和计算机的有机融合，通过

本课程的学习，使学生对机器人的机器人机构设计有所了解；掌握运动分析、控

制的基础理论和技术要点；培养学生综合运用所学基础理论和专业知识进行创新

设计的能力。通过课程学习，使学生掌握机器人运动控制、规划和编程方法。

三、对先修知识和技能的要求

本课程的学时分布在第3、4、5、6、7学期，要求选课学生应修完上一学期

必要的专业课程，分阶段地具备一定层次的电子系统的分析、设计，C语言编程

的能力和信号处理算法的分析、应用的能力。

四、课程的主要内容、基本要求和学时分配建议

本课程主要采用学生实践的教学方式，总共32学时，不设理论授课学时，

全部为实训学时，分布在第3学期到第7学期，学时分配如表1所示。

表1课程学时分配表

第3第4第5第6第7

学期学学学学学

期期期期期

学时

66668

数

本课程采取“以项目为导向''的"导师制I”的教学方式，学生以3〜5人组成项

目小组，针对项目要求，基于机器人组件平台，完成机器人结构的设计，搭建,

硬件电路的设计、制作、组装，驱动程序的设计、编制、测试等工作，实现项目

所要求的功能。在此过程中，导师的任务是方向指引、理论解释、解答疑难，在

导师的指导下，学生项目小组独立完成整个项目过程，以此训练学生的自主学习

能力、实践动手能力、理论知识的应用能力、创新设计能力以及团队协作精神。

项目内容的安排遵循从易到难、循序渐进、与专业教学计划的其它课程紧密

相结合的原则，激发学生的学习积极性，将其它课程的知识应用于工程实践，循

序渐地逐步提高有关传感、信号处理、控制、通信的硬件、软件和算法的设计及

应用能力。

表2是基于机器人组件平台的参考实训项目，具体项目要求由导师拟定，不

局限于以下内容。

表2参考实训项目

序号实训项目实训内容实训目的及要求学时

目的：初步训

（1）利用机器人组件搭建

练学生搭建机器人

轮式、履带式或爬虫式的

组件及控制程序编

机器人，包括结构的设计、

制的能力。

搭建，硬件的制作、组装

要求：项目小组

等。

机器人的巡航控制通力合作，独立完第3学期

1（2）编程实现机器人的一

与函数实现成项目，撰写项目6学时

些基本动作：向前、向后、

报告，详细说明系

左转、右转和原地旋转等；

统结构、硬件和软

（3）编程实现机器人的逐

件的设计方案，以

步加速或减速运动；

及描述系统性能及

（4）编程实现机器人按预

任务完成情况。

先设定的函数运动。

目的：训练学

（1）利用机器人组件搭建

生有关传感、信号

机器人的被动导航轮式、履带式或爬虫式的第4学期

2处理、控制等电子

控制机器人，包括结构的设计、6学时

系统的设计及应用

搭建，硬件的制作、组装

的能力。

等。

(2)搭建光敏传感或要求：项目小组

CCD摄像电路，以获取环通力合作，独立完

境信息成项目，撰写项目

(3)编程实现机器人的行报告，详细说明系

走，在行走过程中根据环统结构、硬件和软

境情况控制行走轨迹，如：件的设计方案，以

始终躲避阴影，跟随最强及描述系统性能及

光照方向；或跟随小球等任务完成情况。

一些移动的物体。

(1)利用机器人组件搭建

轮式、履带式或爬虫式的目的：进一步

机器人，包括结构的设计、训练学生有关传

搭建，硬件的制作、组装感、信号处理、控制

等。等电子系统的设计

(2)搭建红外/超声发射及应用的能力，初

和接收装置；步尝试运动规划的

(3)编程实现机器人的行方法。

机器人的主动导航走，在行走过程中终沿着要求:项目第5学期

3

控制实验场地上指定的路径行小组通力合作，独6学时

进，并可以主动绕开行进立完成项目，撰写

方向上的障碍物。项目报告，详细说

(4)距离检测实验：利用明系统结构、硬件

红外/超声发射和接收装和软件的设计方

置计算、检测机器人在行案，以及描述系统

进过程中距离障碍的距性能及任务完成情

离。况。

(5)机器人走迷宫实验：

设计算法并编程，使机器

人在主动导航控制下走出

任意设置的迷宫。

序号实训项目实训内容实训目的及要求学时

(1)利用机器人组件两轮

目的：训练学

机器人，包括结构的设计、

生有关传感、信号

搭建，硬件的制作、组装

处理、控制等电子

等。

系统的设计及应用

(2)编程实现机器人的行

的能力，并初步尝

走，控制两轮机器人以被

试机器人姿态控制

动导航或主动导航或预设

的方法。

路径的方式行走。第6学期

4两轮自平衡机器人要求：项目小组

(3)以数字加速传感器等6学时

通力合作，独立完

各种传感方式获取两轮机

成项目，撰写项目

流人的平衡状态及趋势。

报告，详细说明系

(4)自平衡控制实验：根

统结构、硬件和软

据两轮机器人当前的运动

件的设计方案，以

恣态，设计自平衡控制算

及描述系统性能及

法并编制相应的程序，使

任务完成情况。

两轮机器人在行走的过程

中保持平衡。

在本阶段，学生己完目的：训练学

成了专业培养计划中大部生有关传感、信号

分课程，而且通过前面四处理、控制、通信的

个阶段的训练，学生机器硬件、软件和算法第7学期

5创新性的综合项目

人平台的硬件体系和编程的设计及应用综合8学时

方法、技巧已相当熟悉。能力。

所以，本阶段可以安排学要求：导师只规

牛.完成一些创新性的综合定基本的项目要

项目。如：求，发挥学生的无

＞写书法机器人限创意及自主能动

＞16关节的仿生机器狗性，学生独立完成

＞垃圾分拣机器人需求分析、项目规

＞多方位可调机械手划、机器人结构搭