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1、工业机器人技术课程教学大纲课程编号：S4080370课程名称：工业机器人技术课程英文名称：INDUSSTRIALL ROBOOT TECCHNOLOOGY总学时：30 讲课课学时：266 实实验学时：44 上机机学时：0学 分：2课程类型：限选选课开课单位：机电电工程学院机械械制造及自动动化系 授课对象：机电电工程学院机机械设计制造造及其自动化专业业、其它相关专专业先修课程：线性性代数、测试技术及仪仪器开课时间：第七七学期教材与主要参考考书：尤波、王广林等等编.工业机器器人技术.校内讲义陈哲、吉熙章编编著.机器人技技术基础.机械工业出出版社 1994年年 蔡自兴著.机机器人学.清华大学出出版社
2、 2000年年一、课程教学目目的本课程将系统的的介绍机器人人技术的九个个重要组成部部分的基础知知识，将综合合运用所学数数学、力学、电电子、机械、计计算机等多种种学科知识，分分析解决机器器人学中的主主要问题。培培养学生从事事多学科交叉叉渗透、综合合运用的科学学研究能力。二、教学内容及及基本要求（一） 本课程的主要章章节 本课程程的主要内容容有：机器人学基基础知识，机机器人运动学学和动力学，机机器人的轨迹迹控制和力控控制以及机器器人中的主要要技术，包括括机器人控制制器、机器人人伺服系统、机器人的语语言、机器人人的感觉系统统和机器人的的移动技术等等。 本课程程的主要章节节有：第一章 机器人人技术；（
3、22学时）机器人学的发展展史及机器人人学教育、机机器人学的术术语和定义及及其与其他学学科的关系、机机器人的分类类和组成、操操作机几何学学。第二章 机器人人坐标系统；（4学时）位置与姿态、正正交坐标系、转转动的表示法法、齐次变换换、机器人的的坐标系统。第三章 位置运运动学；（44学时）手部位姿与关节节变量的关系系正问题、关关节变量与手手部位姿的关关系逆问题。第四章 速度运运动学；（22学时）操作机的微分运运动、雅可比比矩阵及其变变换。第五章 轨迹控控制；（2学学时）轨迹的记录与再再现、笛卡尔尔运动与轨迹迹设计、轨迹迹控制多项式式、笛卡尔控控制等。第六章 机器人人动力学；（22学时）动力学方程的推
4、推导、动力学学方程的应用用。第七章 力控制制与柔性机器器人；（3学学时）位置控制与力控控制策略、组组合控制策略略、柔性机器器人系统、力力和力矩的直直接敏感。第八章 机器人人中的主要技技术；（1学学时）现代机器人组成成和功能、机机器人的主要要技术、机器器人的分代与与技术内容。第九章 机器人人控制器；（11学时）机器人控制器功功能与组成、机机器人控制方方式、机器人人的示教再现现控制、计算算机控制。第十章 机器人人伺服系统；（1学时）机器人伺服控制制的特点、伺伺服机构的分分类、控制模模型、常用的的伺服控制方方法。第十一章 机器器人语言；（11学时）机器人语言的特特点和分类、VVAL语言及及编程举例。
5、第十二章 机器器人的感觉技技术；（1学学时）感觉装置分类及及技术内容、光光轴编码器、触触觉技术介绍绍、听觉技术术介绍、视觉觉技术介绍。第十三章 机器器人移动技术术；（1学时时）移动机构、移动动方向的诱导导方法、移动动机器人的追追踪控制。第十四章 机器器人实例与发发展趋势；（11学时）工业机器人系统统实例、机器器人发展趋势势、机器人技技术在我国的的迅速发展。（二）其他教学学环节安排1、实验安排44学时，实验内容有有：工业机器人结结构及控制实实验（2学时时）；工业机器人上上下料及装配配实验（2学学时）；（三）考试权重重平时成绩占100，实验成绩绩占10，期末考试试成绩占80。（四）实验项目目明细表
6、序号实验项目名称学时实验要求实验类型每组人数1工业机器人结构构及控制2必修综合22工业机器人上下下料及装配实实验2必修设计2工业机器人技技术课程教教学设计（一）基本描述述课程编号：S440803770课程名称：工业业机器人技术术英文译名：INNDUSTRRIAL RROBOT TECHNNOLOGYY课程学时：300 讲课：266 实验：4 上机：0 适用专业：机电电工程学院机机械设计制造造及其自动化化专业、其他相关专业开课单位：机电电工程学院机机械制造及自自动化系开课时间：第七七学期先修课程：线性性代数、机械工程测测试技术主要教材及参考考书：尤波、王广林等等编.工业机器器人技术.校内讲义陈哲
7、、吉熙章编编著.机器人技技术基础.机械工业出出版社 1994年年 蔡自兴著.机机器人学.清华大学出出版社 2000年年（二）课程的性性质、研究对对象及任务工业机器人技术术是一门机械械工程学科中中机电控制及及其结合的专专业模块课。本课课程研究对象象是分析解决决机器人学中中的主要问题题，为以后机机电结合的设设计和使用技技术打下基础础。本课程的的主要任务是是培养学生从从事多学科交交叉渗透、综综合运用的科科学研究能力力。（三）教材的选选择与分析近年来，国内关关于工业机器器人技术方面面的教材和书书籍很多。本本课程选择尤尤波、王广林林等编写的工业机器器人技术，参参考教材选择择陈哲、吉熙熙章编著机机器人技术
8、基基础（机械工业出出版社）和蔡自兴著著机器人学学（清华大学出出版社）。（四）本课程各各章的主要内内容与基本要要求、重点与与难点、学时时分配第一章 机器器人技术（22学时） 对机器人学这门门学科的产生生、发展以及及特点等方面面的背景有一一个概括地介介绍。包括机机器人学的发发展史及机器器人学教育、机机器人学的术术语和定义及及其与其他学学科的关系、机机器人的分类类和组成、操操作机几何学学。基本要求：了解解机器人学的的发展史及机机器人学教育育、掌握机器人学学的术语和定定义，了解其与其其他学科的关关系、掌握机器人的的分类和组成成、操作机几几何学。重点: 机器人人的分类和组组成、操作机机几何学。难点: 操
9、作机机几何学第二章 机器器人坐标系统统；（4学时）为了表示组成机机器人系统的的各个元部件件的位置和姿姿态，表示它它们之间的运运动关系，需需要采用一套套机器人坐标标系统。包括括位置与姿态态、正交坐标标系、转动的的表示法、齐齐次变换、机机器人的坐标标系统等知识识。基本要求：掌握握位置与姿态态、正交坐标标系、转动的的表示法、齐齐次变换、机机器人的坐标标系统等知识识。重点与难点: 正交坐标系系、齐次变换换、机器人的坐坐标系统重点与难点: 齐次变换第三章 位置置运动学；（4学时）运动学处理运动动的几何学以以及与时间有有关的量，而而不考虑引起起运动的力，搞搞清机器人运运动的几何关关系是认识机机器人的首要要
10、问题。基本要求：掌握握包括手部位位姿与关节变变量的关系正问题、关关节变量与手手部位姿的关关系逆问题。重点和难点: 正问题和逆问问题第四章 速度度运动学；（77学时）操作机不仅需要要达到某个或或一系列的位位置，而且需需要按给定的的速度达到这这些位置，所所以要考虑速速度运动学。包包括操作机的的微分运动、雅雅可比矩阵及及其变换。基本要求：掌握握操作机的微微分运动、雅雅可比矩阵及及其变换。重点和难点: 雅可比矩阵阵及其变换。第五章 轨迹迹控制；（2学时）在工程应用中经经常需要使操操作机在空间间一系列的给给定点上平稳稳的运动，因因此就涉及到到轨迹控制的的问题，属于于运动学的范范畴。包括轨轨迹的记录与与再
11、现、笛卡卡尔运动与轨轨迹设计、轨轨迹控制多项项式、笛卡尔尔控制等。基本要求：了解解轨迹的记录录与再现、掌掌握笛卡尔运运动与轨迹设设计、轨迹控控制多项式、笛笛卡尔控制。重点: 轨迹控控制多项式、笛卡尔控制制难点: 轨迹控控制多项式第六章 机器器人动力学；（2学时）在机器人动力学学的基础上考考虑力对具有有一定质量或或惯量的物体体运动的影响响。包括动力力学方程的推推导、动力学学方程的应用用。基本要求：掌握握动力学方程程的推导、了了解动力学方方程的应用。重点和难点: 动力学方程程的推导第七章 力控控制与柔性机机器人（3学时）为了考虑机器人人手部所施加加的力作用，需需要在位置控控制的基础上上引入力控制制
12、以及组合控控制的概念。包包括位置控制制与力控制策策略、组合控控制策略、柔柔性机器人系系统、力和力力矩的直接敏敏感。基本要求：掌握握位置控制与与力控制策略略、组合控制制策略、了解解柔性机器人人系统、力和和力矩的直接接敏感。重点和难点:位位置控制与力力控制策略、组组合控制策略略。第八章 机器器人中的主要要技术；（1学时）机器人技术是研研究机器人工工程技术的学学问，期望用用机构、传感感器、驱动器器及计算机等等把类人的功功能综合起来来。包括现代代机器人组成成和功能、机机器人的主要要技术、机器器人的分代与与技术内容。基本要求：了解解现代机器人人组成和功能能、机器人的的主要技术、机机器人的分代代与技术内容
13、容。第九章 机器器人控制器；（1学时）机器人控制器相相当于人的大大脑，它指挥挥机器人的动动作，并协调调机器人与生生产系统之间间的关系，它它是反映机器器人功能和水水平的核心部部分。包括机机器人控制器器功能与组成成、机器人控控制方式、机机器人的示教教再现控制、计计算机控制。基本要求：了解解机器人控制制器功能与组组成、机器人人控制方式、机机器人的示教教再现控制、计计算机控制。第十章 机器器人伺服系统统；（1学时）机器人伺服系统统主要由启动动器、减速机机传动机构、传传感器及计算算机组成，作作用是控制机机器人的位姿姿、速度等跟跟随目标值变变化。包括机机器人伺服控控制的特点、伺伺服机构的分分类、控制模模型
14、、常用的的伺服控制方方法。基本要求：了解解机器人伺服服控制的特点点、伺服机构构的分类、控控制模型、常常用的伺服控控制方法。第十一章 机机器人语言；（1学时）对于机器人采用用示教的方式式，不存在语语言编程问题题，然而存在在停产时间长长，不适应操操作对象和外外界环境变化化等缺点，因因此采用机器器人语言编程程，可使机器器人停产时间间很短，能实实现机器人的的感觉控制。包包括机器人语语言的特点和和分类、VAAL语言及编编程举例。基本要求：了解解机器人语言言的特点和分分类、VALL语言。第十二章 机机器人的感觉觉技术；（1学时）机器人配置感觉觉装置，赋予予它对作业对对象和环境的的检测判断功功能，则机器器人
15、就能适应应变化的情况况，灵活地改改变动作程序序，自动地进进行作业。包包括感觉装置置分类及技术术内容、光轴轴编码器、触触觉技术介绍绍、听觉技术术介绍、视觉觉技术介绍。基本要求：了解解感觉装置分分类及技术内内容、光轴编编码器、触觉觉技术、听觉觉技术、视觉觉技术。第十三章 机机器人移动技技术；（1学时）移动机器人的行行走部分包括括移动机构、驱驱动装置、传传感探测器等等，它一方面面支撑机身、臂臂、手部等，另另一方面根据据要求在广阔阔的空间内运运动，使机器器人的性能有有了飞跃性的的提高。包括括移动机构、移移动方向的诱诱导方法、移移动机器人的的追踪控制。基本要求：了解解移动机构、移移动方向的诱诱导方法、移
16、移动机器人的的追踪控制第十四章 机机器人实例与与发展趋势；（1学时）介绍机器人实例例与发展趋势势。包括工业业机器人系统统实例、机器器人发展趋势势、机器人技技术在我国的的迅速发展。基本要求：了解解工业机器人人系统实例、机机器人发展趋趋势、机器人人技术在我国国的迅速发展展（五）课程的讲讲授任课教师必须做做到下面几点点：1）认真备课，做做好教案，熟熟练掌握课程程的基本内容容。2）采用启发式式、讨论式的的教学方法，以以学生为中心心，活跃课堂堂气氛，调动动学生学习的的主动性、积积极性，培养养学生逻辑思思维能力、分分析问题能力力和解决问题题能力。3）讲课思路要要清晰，包括括：问题的提提出、解决问问题的条件
17、、建建立模型、分分析解决问题题的思路、解解题和总结等等；概念要准确，重重点要突出，理理论联系实际际，要适时反反映本学科发发展的前沿理理论和技术，特特别是将本单单位的科研成成果引入课堂堂。4）教学手段要要完备，根据据教学内容的的要求，恰当当运用图片、挂挂图、CAII课件和多媒媒体等。（六）实验和作作业本课程是一门理理论性、实践践性都很强的的专业模块课，实实验教学是培培养学生的动动手能力和创创新精神的重重要教学环节节。共安排了了4学时实验。具具体的实验如如下：工业机器人结结构及控制实实验（2学时时）；工业机器人上上下料及装配配实验（2学学时）；（七）考核办法法平时成绩占100，实验占110，期末考试试成绩占80。9