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1、机器人机构学教学大纲一、课程信息课程名称：机器人机构学课程类别：素质选修课/专业基础课课程性质：选修/必修计划学时：64计划学分：4先修课程：无选用教材：机器人机构学，刘宇、徐文福主编，2022年，电子工业出版社教材。适用专业：本课程适合作为高等学校机器人工程相关专业的本科生课程，也可作为研究 生和机器人工程技术人员的参考课程。课程负责人：二、课程简介该课程作为一节致力于开展机器人创新设计及应用的本科生专业基础课程，必须突出理 论和实际应用的平衡。通过对系统的学习，学生不仅可以掌握机器人机构拓扑结构分析的相 关理论，而且能够以功能为导向，运用相关方法，开发特定功能和性能的新机构。这就意味 着学
2、生将会在机器人机构的原始创新和集成创新方面取得进步，进而为建设创新型社会做出 贡献。三、课程教学要求序号专业毕业要求课程教学要求关联程度1工程知识首先对机器人机构学分析的重要工具一一螺旋理论、线 矢量、运动螺旋、力螺旋及螺旋相关性和相逆性进行了阐 述，并以此为基础，深入地讲述了机器人机构拓扑结构分 析的基本理论和方法，主要包括串联机器人机构、单回路 机器人机构及并联机器人机构的拓扑结构特征与综合。 接下来，对动平台输出为3T-0R和0T-3R的两类并联机 器人进行了重点介绍。最后，叙述了腿式移动机器人和轮 式移动机器人的运动机构。L2问题分析机器人机构是机器人的骨架和执行器，决定了机器人的 作
3、业机理，是实现预期功能和性能的前提，在机器人设 计方面占据优先主导地位。因此，尽管机构学本身相对 传统，但在机器人工程专业教学方面依然为重中之重。H3设计/开发解决方案主要围绕机器人机构的结构进行分析，寻求机器人外在 功能和机构结构之间的内在规律和联系。串联机器人机 构拓扑结构特征与综合、单回路机器人机构拓扑结构特 征与综合、并联机器人机构拓扑结构特征与综合，主要H解决有固定基座机器人机构的拓扑结构设计与分析问 题。4研究L5使用现代工具L6工程与社会学生能够意识到学习机器人机构学的重要性，不仅要有 良好的思想道德素质、科学文化素质、专业技能和健康 的身体，而且要有良好的心理素质，勇于承担责任
4、，能 够承受失败与挫折等。L7环境和可持续发展L8职业规范L9个人和团队1 .学会个人发展和团队合作，提高个人和团队的综合素 质。2 .学会与他人合作和沟通，建立良好的人际关系和团 队合作氛围。H10沟通1 .学会进行有效的沟通和表达，与客户、同事和上级保 持良好的沟通和协作。2 .学会进行跨文化沟通和合作，提高国际化视野和跨 文化交流能力。M11项目管理L12终身学习1 .学会进行自我学习和自我提升，不断提高自身的专 业水平和创新能力。2 .学会进行终身学习和职业发展规划，不断拓展职业 领域和发展空间。H、课程教学内容注：“课程教学要求”栏中内容为针对该课程适用专业的专业毕业要求与相关教学要
5、求的具 体描述。“关联程度”栏中字母表示二者关联程度。关联程度按高关联、中关联、低关联三 档分别表示为“H” 或L”。”课程教学要求”及“关联程度”中的空白栏表示该课程 与所对应的专业毕业要求条目不相关。章节名称主要内容重难点关键词学时类型1绪论现代机械系统 机器人机构学了解现代机械系统的组成 以及机器人设计的一般过 程；了解机器人机构学以及主 要特点、研究的基本问题 等；2理论+ 实操犯2螺旋理论基 础点、线、面的齐次表示 点、线、面的相互关系及 两直线的互矩 线矢量及螺旋螺旋的代数运算 刚体的瞬时螺旋运动 刚体上作用的力螺旋了解空间点、线、面的矢量； 掌握点、线、面之间的相互 关系；了解并
6、掌握线矢量和旋量， 以及它们的性质和代数运 算。7理论+ 实操3螺旋的相关 性和相逆性螺旋系及其基本定理螺旋的相关性串联机器人螺旋运动方 程螺旋的相逆性了解螺旋系的概念；了解并掌握螺旋的相关性 和相逆性；掌握螺旋的相逆性以及反 螺旋的概念。8理论+ 实操4串联机器人 机构拓扑结 构特征与综 合串联机器人机构拓扑结 构特征串联机器人机构运动输 出特征方程串联机器人机构运动输 出特征矩阵运算串联机器人机构的拓扑 结构综合掌握串联机器人机构拓扑 结构组成及其符号表示； 掌握串联机器人机构的活 动度公式，串联机器人机构 运动输出特征方程，串联机 器人机构运动输出特征矩 阵运算，串联机器人机构的 拓扑结
7、构综合等。8理论+ 实操5单回路机器 人机构拓扑 结构特征与 综合单回路机器人机构过约 束性及其分类普通过约束回路秩的判 定单回路机器人机构的活 动度与运动副特性一般过约束回路拓扑结 构综合特殊过约束回路研究简 介了解从特殊过约束回路的 研究现状；掌握无过约束回路与一般 过约束回路机构的秩与其 结构组成之间的内在联 系。7理论+ 实操6并联机器人 机构拓扑结 构特征与综 合并联机器人机构结构组 成机构活动度并联机器人机构运动输 出多回路机构耦合度活动度类型与控制解耦 原理主动副位置及其判定 并联机器人机构拓扑结 构综合方法了解并掌握非独立运动输 出皆为常量的并联机器人 机构的拓扑结构特征；掌握
8、并联机器人机构拓扑 结构与功能之间的内在联 系与规律。10理论+ 实操73T-0R并联 机器人机构 拓扑结构综 合与分类支路结构类型与支路组 合3T-0R并联机器人机构 拓扑结构综合3T-0R并联机器人机构 拓扑结构类型及其分类了解并掌握支路结构类型 与支路组合；掌握3T-0R并联机器人机构 拓扑结构综合、3T-0R并联 机器人机构拓扑结构类型 及其分类等。8理论+ 实操80T-3R并联 机器人机构 拓扑结构综 合与分类支路结构类型与支路组 合0T-3R并联机器人机构 拓扑结构综合0T-3R并联机器人机构 拓扑结构类型及其分类了解并掌握支路结构类型 与支路组合；掌握0T-3R并联机器人机构 拓
9、扑结构综合；掌握0T-3R并联机器人机构 拓扑结构类型及其分类等。6理论+ 实操9移动机器人 的运动机构概述运动的关键问题腿式移动机器人轮式移动机器人轮腿混合移动机器人了解移动机器人的概述； 掌握运动的关键问题； 掌握移动机器人可应用于 的各种领域等。8理论+ 实操五、考核要求及成绩评定序号成绩类别考核方式考核要求权重(%)备注1期末成绩期末考试考试50百分制，60分为及格2平时成绩课后作业9次40优、良、中、及格、不及格3平时表现出勤情况10两次未参加课程则无法获得学分注：此表中内容为该课程的全部考核方式及其相关信息。六、学生学习建议(-)学习方法建议1 .通过开展课堂讨论、实践活动，增强的
10、团队交流能力，学会如何与他人合作、沟通、 协调等等。2 .通过思考，加深自己的兴趣，巩固知识点。3 .进行练习和实践，提高自己的技能和应用能力，加深对知识的理解和记忆。(二)学生课外阅读参考资料机器人机构学，刘宇、徐文福主编，2022年，电子工业出版社教材。七、课程改革与建设该课程在数理模型的基础上，考虑机构的运动学和动力学性能，建立了机构拓扑结构和 功能之间的内在联系，形成一套行之有效的机构设计方法，从而降低了机构设计的经验性因 素。平时对学生的考核内容包括出勤情况、学生的课后作业、课堂讨论等方面，占期末总评 的50%。期末考试成绩占期末总评的50%。制订人签字：教研室主 任签字：院部负责人 签字：修订时 间：年月日