1、機器人技術及其應用實驗指導書（第1版試用）周高峰 編寫機械電子工程教研室2014年9月學生實驗規則1、實驗前，學生要認真閱讀實驗指導書中內容，以求對實驗目的、內容、方法和步驟有初步的了解。2、遵守實驗室的各項規章制度，聽從教師的指導，實驗時必須嚴肅、認真、細致。3、要求在教師指導下，獨立按時完成規定的實驗內容。4、實驗過程中，學生不得無故遲到、早退、曠課、有事須請假批準。5、遵守操作規則，注意安全。6、愛護實驗中用到的相關設備與工具，丟失損失東西，及時報告，照價賠償。7、實驗結束，應將設備、儀器關閉，工具清理干凈，搞好當天衛生。目 錄實驗一 機器人機械機構1一、實驗目的1二、實驗屬性1三、實驗

2、設備、儀器1四、實驗要求1五、實驗原理1六、實驗步驟2七、討論題思考題與實驗報告3附件1：實驗一 機器人機械機構實驗報告4附件2：實驗一 機器人機械機構實驗預習報告5實驗二機器人運動學6一、實驗目的6二、實驗屬性6三、實驗設備、儀器6四、實驗要求6五、實驗原理6六、實驗步驟7七、討論題思考題與實驗報告8附件3：實驗二 機器人運動學實驗報告8附件4：實驗二 機器人運動學實驗預習報告10實驗三 機器人感覺11一、實驗目的11二、實驗屬性11三、實驗設備、儀器11四、實驗要求11五、實驗原理11六、實驗步驟14七、討論題思考題與實驗報告14附件5：實驗三 機器人感覺實驗報告15附件6：實驗三 機器人

3、感覺實驗預習報告16實驗四 機器人視覺17一、實驗目的17二、實驗屬性17三、實驗設備、儀器17四、實驗要求17五、實驗原理17六、實驗步驟19七、討論題思考題與實驗報告19附件7：實驗四 機器人視覺實驗報告19附件8：實驗四 機器人視覺實驗預習報告21機器人技術及其應用教學大綱22機器人技術及其應用實驗教學大綱27實驗一 機器人機械機構一、實驗目的1了解機器人的基本機械結構組成與分類；2知道機器人的主要技術參數；3掌握機器人的機構運動；4掌握機器人的驅動方式。二、實驗屬性驗證性實驗。理解和知道機器人的機械結構組成，及其驅動方式。三、實驗設備、儀器機器人、計算機操作臺、工件傳輸線、工件、堆垛機

4、、料架四、實驗要求1學生在實驗課前必須認真預習教科書與實驗指導書中的相關內容，為實驗做好充分準備。2要求學生綜合利用前期課程及本門課程中所學的相關知識點，了解機器人機械機構的基本知識，學習機械原理、流體傳動、電工學、機械設計、機電傳動控制等課程的相關內容，培養學生在機器人技術方面綜合分析與設計機器人機械結構的能力。五、實驗原理明確機器人的種類，繪制出所觀察機器人的圖形符號，例如移動符號、回轉機構符號、機座等到。在此基礎上，明確所觀察機器人的主要參數，包括：自由度、工作空間、工作速度、工作載荷、控制方式、驅動方式、精度、重復精度和分辨率。給出機器人的機械結構組成，同時知道相應機械結構的運動，例如

5、手臂、手腕的運動。接著討論所觀察機器人的機身和臂部機構、手腕機構和手部機構。在明確了以上內容的基礎上，給出相應機器人的驅動方式及其對應的驅動機構。啟動相應的機械手，觀察實際的機械手中機械結構的運動過程，以檢驗所分析的機械結構工作原理是否正確。所觀察的機器手，如下圖所示。機器手1示意圖機械手2示意圖六、實驗步驟第一步 觀察機械手1或機械手2所示的實際機械手種類，繪制出所觀察機械手的圖形符號，然后再根據所繪制的圖形符號反推其相應的機械結構是否符合自己所觀察的機器人的機械結構。第二步 閱讀機器人技術及其應用和機器人技術及其應用實驗指導書中的相關內容，討論并明確自己所觀察機械手的主要參數。第三步 從機

6、械手指末端開始到機身結束，逐步分解整個機械手所含有的機械結構及其相應的運動方式，包括手部、腕部和機身的機械結構與運動方式。第四步 啟動機械手，認真觀察機械手中各個機械結構的運動方式和過程，檢驗你們的分析與推斷是否正確。第五步 給出你所觀察機器人的想法、缺陷與改進之處。七、討論題思考題與實驗報告1據你所知，除了你所觀察的機器人之外，生活或工業之中還有哪些機械手？2工業機械手中最常用的驅動方式是什么？3簡述你所觀察機械手的機身和臂部的機械結構，由哪幾部分組成，其作用是什么？4實驗報告表格見附件1和附件2。附件1：實驗一 機器人機械機構實驗報告實 驗 報 告班 級機電112指導教師評語姓 名梁俊實驗

7、地點八號實驗樓實驗名稱機器人機械結構實驗日期設備、 工具、 材料實驗目的與要求設備名稱柔性制造系統1.了解機器人的基本機械結構組成與分類；2.知道機器人的主要技術參數；3.掌握機器人的機構運動和驅動方式。要求：課前預習教科書與實驗指導書相關內容，了解機械結構和和原理的知識。輔助設備計算機工作臺輔助材料電纜線工量具螺絲刀、鉗子、萬用表實驗總結： 通過本次實驗我們知道一個工件毛胚如何從儲存室被取出，然后放上傳送裝置并經過傳送帶兩邊的各類傳感器進行檢測、辨別、分類特別是工件如何在傳送的過程中進行定位和改變方向。機械手臂是本實驗的重點，其通過各個關節的自由的進行靈活的抓取工件，并放入數控機床進行各種加

8、工。帶工件加工完成后自動取出進行下一道工序直至在被放入儲存倉。在這整個過程中柔性制造系統是其統一的控制系統，其能適應加工對象的變化和實現高度的自動化，完全實現無人操作大大的減輕了勞動量。它將微電子、計算機和系統工程等技術等有機的結合在一起進行全自動化的生產，并實現一定范圍內多種工件的成批高效的生產，同時還能及時的改變所加工的產品以滿足市場的需求。附件2：實驗一 機器人機械機構實驗預習報告實 驗 預 習 報 告班 級機電112 指導教師評語姓 名梁俊實驗地點八號實驗樓實驗名稱機器人機械結構預習日期主要內容提要：1.機器人的組成與分類：機器人是自動執行工作的機器裝置。它由執行機構，檢測裝置，驅動裝

9、置，控制系統，和一些復雜的機械組成。分類：家務型機器人，操作型機器人，搜救機器人，數控型機器人，感覺控型機器人，適應控制型機器人，智能機器人。2.機器人的主要技術參數：自由度，工作空間，工作速度，工作載荷，控制方式，驅動方式，精度、重復精度和分辨率。3.機器人運動及其驅動機構：手臂的運動包括垂直運動，徑向移動，回轉運動手腕的運動包括手腕的旋轉，手腕的彎曲，手腕側擺。實驗二機器人運動學一、實驗目的1測定和理解機器人變換矩陣；2理解機器人運動方式。3理解機器人位置與關節變量的關系；4理解雅可比矩陣在機器人中的作用。二、實驗屬性驗證性實驗。觀察機器人的運動過程，分析機器人的變換矩陣，以及位置與速度的

10、雅可比矩陣。三、實驗設備、儀器機器人、計算機操作臺、工件四、實驗要求1學生在實驗課前需要預先復習機器人常規的運動方式，明確機器人運動學的基本問題，尤其是位置與關節變量的關系。2要求學生綜合利用前期課程及本門課程中所學的相關知識點，了解大學普通物學、機械原理、線性代數、空間解析幾何等課程內容。復習機器人技術及其應用課本中有關機器人位置的表示方法，空間坐標變換方法、姿態變換、齊次變換、坐標變換矩陣的一般表示等內容，培養學生在機器人技術方面綜合分析機器人動力學的能力。五、實驗原理明確并確定機器人關節變量空間和機器人末端執行器的位置與姿態的關系，給出機器人的固定參考坐標系，同時理解機器人相對于固定坐標

11、系的運動幾何學關系，說明機器人末端執行器位置和姿態與關節變量空間之間的關系。在此基礎上，表示機器人末端執行的變換坐標矩陣，同時復習或學習指尖速度與關節速度之間的關系矩陣即雅可比矩陣。在明確了以上內容的基礎上，結合機器人的運動過程即空間運動軌跡，確定所操作機器人的末端執行器相對于固定參考坐標系的變換矩陣，即空間坐標變換矩陣。操作機器人，使手臂部旋轉和移動，觀察機器人的運動過程是否與所給的變換矩陣一致。在此基礎上，確定手爪與關節速度之間的雅可比矩陣，即與平移有關的雅可比矩陣或者與旋轉速度有關的雅可比矩陣。所觀察的機器手運動軌跡，示意圖所示如下所示。6自由度機械手示意圖六、實驗步驟第一步 當機器人從

12、一個位置到達另一位置的過程中，明確機器人的姿態，分析確定末端執行器的變換矩陣，從而確定末端執行器的位置與速度變化。第二步 給出機器人相對于固定坐標系的運動幾何關系，確定末端執行器的位置與速度的關系。第三步 給出機械手在運動過程中，相應關節的坐標變換矩陣，以及末端執行的坐標變換矩陣。第四步 列出手爪位置與各個關節變量之間的正運動學方程，即確定手爪在某一運動過程中的雅可比矩陣。第五步 重復機械手的運動過程，再次檢驗和修正對機械手運動過程的分析。七、討論題思考題與實驗報告1據你的實驗觀察，機械手運動過程軌跡是否可以重復？2機械手末端執行器（通常為手爪）的坐標變換矩陣是依據什么得到的？3機器人末端執行

13、器的位置與速度之間的關系是通過什么來體現的？4實驗報告表格見附件3和附件4。附件3：實驗二 機器人運動學實驗報告實 驗 報 告班 級機電112指導教師評語姓 名梁俊實驗地點八號實驗樓實驗名稱機器人機械結構實驗日期設備、 工具、 材料實驗目的與要求設備名稱柔性制造系統1測定和理解機器人變換矩陣；2理解機器人運動方式。3理解機器人位置與關節變量的關系；4理解雅可比矩陣在機器人中的作用。要求：復習機器人常規運動方式明確運動學基本問題，和位置與關節的變量關系，了解物理、線代、機械原理等知識。輔助設備計算機工作臺輔助材料電纜線工量具螺絲刀、鉗子、萬用表實驗總結： 機器人的運動學主要是運用線性代數矩陣分析

14、，從而控制末端執行器的各個動作操作。通過特定數據分析提高其運動的準確性。對于執行器的位置方向是用3維笛卡爾坐標系XYZ描述的。而對于復雜矩陣的處理是通過計算機進行處理。對于各運動構件上笛卡爾坐標系的變換關系，采用齊次坐標變換，以此導出末端執行器完成各個動作。對于機器人的機械手臂是由多個自由度的機構組成，自由度越多完成的動作越復雜。笛卡爾坐標的3維矢量空間與關節變量決定的n維矢量空間的相互變換，是在機器人運動分析的過程中的基本方法。附件4：實驗二 機器人運動學實驗預習報告實 驗 預 習 報 告班 級機電112 指導教師評語姓 名梁俊實驗地點八號實驗樓實驗名稱機器人運動學預習日期主要內容提要：1.

15、機器人運動學的問題：對于給定的機器人，已知桿件幾何參數和關節角矢量求機器人末端執行器相對于參考坐標系的位置和姿態。2.已知機器人桿件的幾何參數，給定機器人末端執行器相對于參考坐標系的期望位置和姿態，機器人能否使其末端執行器達到這個預期的位姿？如能達到，那么機器人有幾種不同形態可滿足同樣的條件？2.機器人位置與關節變量的關系：從幾何的觀點來處理手指位置與關節變量的關系稱為運動學。引入手爪位置r和關節變量，那么我們可以用一個矢量來表示這個關系r=f().3.機器人運動學的表示及其坐標變換矩陣:首先先建立坐標系，基坐標系為（O1-x1y1z1）手爪坐標系為（O2-x2y2z2）是由O1指向O2的位置

16、矢量，是由面1看面2的變換矩陣。那么坐標的變換矩陣為。實驗三 機器人感覺一、實驗目的1了解機器人內部傳感器和外部傳感器；2理解機器人外部傳感器的工作原理及其轉換方法；3理解機器人外部傳感器在機器人中的作用。二、實驗屬性驗證性實驗。理解傳感器在機器人中的作用，熟悉和識別具體的外部傳感器如觸覺傳感器和距離傳感器。三、實驗設備、儀器機器人、計算機操作臺、工件、工件傳輸線、料架四、實驗要求1學生在實驗課前需要預先復習機器人內外部傳感器，明確機器人傳感器的分類及其作用，并了解位置傳感器、角度傳感器、姿態傳感器、觸覺傳感器的基本工作原理。2要求學生綜合利用前期課程及本門課程中所學的相關知識點，了解或復習機

17、械原理、工程力學、傳感器技術基礎、電工學、電子電路等課程內容。同時復習機器人技術及其應用課本中有關機器人傳感器的內容如力覺傳感器、接近覺傳感器等，培養學生在機器人技術方面分析機器人利用不同傳感器與周圍環境的具體溝通方式和途徑的能力，同時也培養學生對檢測知識的應用與檢測電路的設計能力。五、實驗原理啟動機器人使其沿著某一固定軌跡運動，觀察機器人的動作變化。在此基礎上，每個動作中相應傳感器的作用，正確理解機器人傳感器及分析相應的信號轉換過程及其可能轉換電路。在明確了以上內容的基礎上，結合機器人的具體動作過程和姿態變化過程，確定主要傳感器的工作原理如接近覺傳感器、腕力傳感器、指力傳感器和關節傳感器等傳

18、感器的工作原理。操作機器人，使機械手重復原來的過程，觀察是如何機器人感覺外部信息的。在此基礎上，利用機械原理、機械設計等知識確定機器人的具體機械傳感結構，以及相應機械傳感機構在電路中所對應的元件如電阻、電容、電感和可變電源等。接觸覺傳感器如下圖所示。壓覺傳感器工作原理示意圖實際觸覺傳感器的照片如下圖所示。觸覺壓力傳感器柔性觸覺傳感器柔性薄膜觸覺傳感器如下圖所示。柔性薄膜觸覺傳感器接近開關六、實驗步驟第一步 啟動機器人，使其沿著某一軌跡運動，觀察在此過程中機器人的動作變化，并注意細節動作和狀態的變化。第二步 確定機器人在某一軌跡運動過程中所有的傳感器，同時討論和明確相應傳感器的作用。第三步 推測

19、相應傳感器的可能信號轉換電路，并利用相關動作解釋和證明所確定的信號轉換電路。第四步 結合機器人的具體動作過程和姿態變化過程，將相應傳感器與機器人傳感器相對應，如角度傳感器、位置傳感器、姿態傳感器、接觸覺傳感器、壓覺傳感器、滑覺傳感器、力覺傳感器和機器人距離傳感器。第五步 給出機器人中的接近覺傳感器、力覺傳感器、角度傳感器和姿態傳感器的具體工作原理。第六步 集體討論和分析將機器人傳感器在電路中對應的電子元件。第七步 再次重復機器人的動作和運動軌跡，驗證對相關機器人傳感器的分析和推斷。七、討論題思考題與實驗報告1機器人傳感器在機器人工作過程中的作用？2機器人外部傳感器都有哪些，請說明滑覺傳感器的工

20、作原理？3接近開關是否屬于接近覺傳感器？請說明電容式接近開關的檢測原理。4實驗報告表格見附件5和附件6。附件5：實驗三 機器人感覺實驗報告實 驗 報 告班 級機電112指導教師評語姓 名梁俊實驗地點八號實驗樓實驗名稱機器人機械結構實驗日期設備、 工具、 材料實驗目的與要求設備名稱柔性制造系統1.了解機器人內部傳感器和外部傳感器。2.理解機器人外部傳感器的工作原理及其轉換方法；3.理解機器人外部傳感器在機器人中的作用。要求：復習機器人內外部傳感器明確其作用復習機械原理、工程力學、傳感器技術基礎。輔助設備計算機工作臺輔助材料電纜線工量具螺絲刀、鉗子、萬用表實驗總結： 所謂的機器人的感覺其實就是傳感

21、器，幾乎所有的機器人都是由內外傳感器所組成，而這傳感器又構成機器人獲取信息的窗口。機器人擁有智能首先必須感知周圍的環境能力。二是采取合適的方法將信息綜合處理。這樣才能達到預期的動作。其內部的不管是內部傳感器還是外部的傳感器都是檢測并采集信號并將其傳送到中央處理器進行分析的結果。通過本次實驗我們知道對于機器人的“感覺”應該具有精度高、可重復性好、可靠性高、抗干擾能力強、體積小等特點。同時通過這次實驗加深我們對機器人的了解，更進一步的掌握了各部件之間的功能特性，并且對其特有的感覺系統有了更深的了解，明白了其各個傳感部分的協調處理機制，和機器人能夠智能化的根本原因。 附件6：實驗三 機器人感覺實驗預

22、習報告實 驗 預 習 報 告班 級機電112 指導教師評語姓 名梁俊實驗地點八號實驗樓實驗名稱機器人感覺實驗預習日期主要內容提要：1.機器人傳感器的分類：內部傳感器包括位移、速度、加速度、和應力的通用性傳感器。外部傳感器負責距離、接近程度和接觸程度之類的變量如接近覺、觸覺和力覺傳感器。按完成的功能來分類可分為非接觸傳感器和接觸傳感器。2.機器人外部傳感器：對機器人工作環境及工作對象進行檢測的傳感器。外傳感器主要包括觸覺、力覺、壓覺、視覺和聽覺等傳感器，可以使機器人具有自校正能力及對環境變化的反應能力。3.機器人力覺傳感器與接近傳感器用來檢測機器人自身力與外部環境力之間相互作用力的傳感器。力覺傳

23、感器經常裝于機器人關節處，通過檢測彈性體變形來間接測量所受力。接近傳感器，是代替限位開關等接觸式檢測方式，以無需接觸檢測對象進行檢測為目的的傳感器的總稱。它能檢測對象的移動信息和存在信息轉換為電。氣信號。實驗四 機器人視覺一、實驗目的1了解視覺傳感器的組成與工作原理。2理解視覺傳感器的信息轉換與處理。3機器人視覺傳感器的應用。二、實驗屬性驗證性實驗。了解機器人視覺系統的組成及其工作原理，機器人對視覺信息的轉換與處理。三、實驗設備、儀器機器人、計算機操作臺、工件、圖像傳感器、VAL機器人編程軟件四、實驗要求1學生在實驗課前需要預先復習機器人的視覺系統，明確機器人視覺系統在機器人工作過程中的作用，

24、并了解CCD的基本工作原理。2要求學生綜合利用前期課程及本門課程中所學的相關知識點，了解或復習電工學（下冊）（秦曾煌主編）、傳感器技術基礎尤其是圖像傳感器、光電檢測技術、電子電路、圖像識別等課程內容。同時復習機器人技術及其應用課本中有關機器人視覺系統的內容，培養學生在機器人視覺技術方面正確理解和分析機器人對空間圖像信息的獲取、分離與編碼方法，能夠正確使用和構建機器人視覺系統的能力。五、實驗原理啟動帶有視覺系統的機器人，并對其進行調試，使機器人處于正常工作狀態。在此基礎上，保持機器人不動，將某一物體放置于機器面前，觀察機器人對物體的圖像識別與反應。在明確了以上內容的基礎上，使機器人開始運動，將某

25、一物體放置于遠處，命令機器人拿取物體，觀察機器人是如何對周圍物體信息進行獲取、分離、判斷與反應的。使機器人停止運動，在原有的基礎上利用機器人語言如AUTOPASS、LUNA等，對機器人的視覺系統和動作軌跡進行編程，以便改變機器人的運動軌跡及其對周圍圖像的識別控制算法。在此基礎上，將相應程序寫入機器人中，使機器人開始運動，觀察機器人新的運動軌跡及其對周圍信息的獲取、分離與編碼方式是否發生了改變，同時驗證機器人的活動方式與反應方式是否與自己所預定的方式相同。機器人離線編程系統的基本構成如下圖所示。機器人離線系統編程框架圖機器人編程系統的組成如下圖所示。機器人編程系統的構成系統設計邏輯框圖機器人運動

26、軌跡程序如下（僅供參考）。利用VAL語言編程示例如下。將物體從位置1（PICK位置）搬運至位置（PLACE位置）EDIT DEMO 啟動編輯狀態PROGRAM DEMO VAL響應1 ？OPEN 下一步手張開2 ？APPRO PICK 50 運動至距PICK位置50mm處3 ？SPEED 30 下一步降至30%滿速4 ？MOVE PICK 運動至PICK位置5 ？CLOSE 閉合手6 ？DEPART 70 沿閉合手方向后退70mm7 ？APPROS PLACE 75 沿直線運動至距離PLACE位置75mm處8 ？ SPEED 20 下一步降至20%滿速9 ？ MOVES PLACE 沿直線運動

27、至PLACE位置10 ？OPEN 在下一步之前手張開11 ？DEPART 50 自PLACE 位置后退50mm12 ？E 退出編譯狀態返回監控狀態六、實驗步驟第一步 啟動一帶有視覺系統的機器人，并調試該機器人使其處于正常工作狀態。第二步 使機器人保持不動，某一給定物體放置于機器人面前，觀察機器人對物體的識別與動作過程。第三步 再將給定的物體置于遠處，使機器人對周圍環境和特定物體進行識別，特定物體圖像信息獲取、分離與編碼。利用VAL語言或AUTOPASS語言編程機器人的運動軌跡，并寫入機器人中。第四步 觀察機器人對遠處特定物體的拾取過程。第五步 對機器人的運動過程軌跡和圖像信息進行再次編程，改變

28、機器人的運動軌跡和動作。將相應程序寫入機器人中，并進行調試。第六步 命令機器人拾取遠處給定物體，觀察其動作過程，尤其是機器人對給定物體圖像信息的獲取、識別、分離與編碼過程。第七步 將相應現象記錄下來，整理并填寫實驗報告。機器人視頻信號采集與轉換系統框圖如下圖所示。機器人視頻信號采集與轉換系統框圖七、討論題思考題與實驗報告1機器人視覺系統的構成及其工作原理？2機器人是如何獲取、識別外部信息的？3除了課本中所列的機器人語言之外，機器人語言還有哪些？利用機器人語言如何對機器人的運動軌跡進行編程？4實驗報告表格見附件7和附件8。附件7：實驗四 機器人視覺實驗報告實 驗 報 告班 級機電112指導教師評

29、語姓 名梁俊實驗地點八號實驗樓實驗名稱機器人機械結構實驗日期設備、 工具、 材料實驗目的與要求設備名稱柔性制造系統1. 了解視覺傳感器的組成與工作原理。2.理解視覺傳感器的信息轉換與處理。3.機器人視覺傳感器的應用。要求：復習機器人的視覺系統，明確機器人視覺系統在機器人工作過程中的作用，并了解CCD的基本工作原理，了解或復習電工學。輔助設備計算機工作臺輔助材料電纜線工量具螺絲刀、鉗子、萬用表實驗總結： 機器人視覺使機器人具有視覺感知功能的系統，是機器人系統組成的重要部分之一。機器人視覺可以通過視覺傳感器獲取環境的二維圖像，并通過視覺處理器進行分析和解釋，進而轉換為符號，讓機器人能夠辨識物體，并

30、確定其位置。過此次的機器視覺實驗，讓我加深了對機器視覺這門課程的了解，并對此產生了濃厚的興趣。機器人通過視覺傳感器檢測采集信號然后送入機器人的大腦進行處理，執行操作。此次實驗我們不僅深刻的了解到機器人的視覺系統和其處理一些情況的機制。同時還認識到平時所使用的一些設備，還有一些實驗的方法及原理。每套設備都有它們自身的特點，應用于不同的場合，去處理不同的問題。附件8：實驗四 機器人視覺實驗預習報告實 驗 預 習 報 告班 級機電112 指導教師評語姓 名梁俊實驗地點八號實驗樓實驗名稱機器人視覺實驗預習日期主要內容提要：1.機器人視覺系統的組成及其工作原理：硬件系統：景物和距離傳感器，視頻信號數字化

31、設備，視頻信號快速處理器計算機及其外設，機器人或機械手及其控制器。軟件系統：計算機系統軟件計算機視覺信息處理算法，機器人控制軟件。原理：CCD原理通過傳感器轉換成電信號，在空間采集和幅值化后，就形成樓一幅數字圖像。2.圖像信息的獲取、分離與編碼：3.機器人視覺系統在工業、生活中的應用機器人技術及其應用教學大綱機器人技術及應用教學大綱課程名稱：機器人技術及應用課程編號：DB英文名稱：Robot Technology and its Application總學時/學分：30/2理論學時：26實驗學時：4上機學時：0課外學時：0先修課程：高等數學、工程力學、線性代數、電工電子技術、機械設計、微型機及

32、單片機應用技術、可編程控制器應用開課學期：第7學期一、教學目標和基本要求：1 教學目標 在高等數學、線性代數、工程力學、機械設計、可編程控制器應用等課程的基礎上，主要講授機器人的機械結構、運動學與動力學、機器人控制基礎、機器人感覺與視覺、機器人的智能控制、機器人語言和機器人的應用等內容。培養學生綜合運用所學基礎理論和專業知識進行創新設計的能力，為學生后續生產實習、課程設計、畢業設計和未來工作打下基礎。2 基本要求通過本課程的學習，使得學生基本熟悉這門技術以及其發展狀況，正確理解機器人學的基本內容，掌握開發機器人的基本理論知識；通過自學方式，了解機器人不同領域的應用等相關內容，為今后從事光機電一

33、體化與系統設計、制造的研究工作打下基礎。二、課程簡要說明：本課程是高等學校機械電子工程專業和儀器儀表專業的一門重要的專業必修課，它是一門高度交叉的前沿學科。它要求學生首先要學習高等數學、線性代數、工程力學、機械設計、微型機及單片機應用技術、可編程控制器應用等基礎課程，又要經過機械設計、電工技術等實驗環節的鍛煉，在此基礎上學習本課程。通過本課程的學習，使得學生正確理解機器人學的基本內容，掌握開發機器人的基本理論知識；通過自學方式，了解機器人不同領域的應用等相關內容。本課程主要為機械電子工程專業的學生后續課程設計、生產實習、畢業實習、畢業設計等內容的順利進行打下良好的基礎，同時也為其今后從事光機電

34、一體化與系統設計、制造的研究工作打下基礎。 本課程的主要內容包括：緒論，主要講授機器人的發展史、研究領域和內容；機器人的機械結構，主要講授機器人的基本機械結構，包括機器人的組成和分類、主要技術參數、機械結構與運動、驅動機構；機器人運動學，主要講授機器人運動學的基本問題和雅可比矩陣；機器人的動力學初步，主要講授機器人的靜力學和動力學方程；機器人的控制基礎，主要講授伺服電動機的原理與特性、伺服電動機調速的基本原理、電動機驅動、其傳遞函數、單關節機器人的伺服系統建模與控制、交流伺服電動機的調速、控制系統的硬件結構及接口；機器人的感覺，主要講授振動量及其檢測系統、機械阻抗測量、振動信號頻譜分析；溫度量

35、測量技術，主要講授機器人傳感技術、內部傳感器和外部傳感器；機器人的視覺及其應用，主要講授機器人的視覺組成及其原理、視覺信息處理以及數字圖像編碼；智能機器人與智能控制，主要講授智能機器人的體系結構和控制系統、智能控制基礎與模糊控制、神經網絡控制等；機器人語言，主要講授機器人編程語言的類別與基本特性、動作語言、對象語言等；機器人在不同領域的應用，主要講授當前主要的具體機器人如工業機器人、軍用機器人、水下機器人等。因受學時所限，本課程的神經網絡控制、機器人應用領域等部分內容由學生根據需要自學完成，不作為考核內容。本課程將在機器人的機械結構、運動學、控制等方面安排6個學時實驗，要求學生選做4個學時的實

36、驗。三、教學重點、難點：1教學重點（1）機器人的機械結構；（2）機器人運動學；（3）機器人動力學初步；（4）機器人控制基礎與智能控制；（5）機器人的感覺；（6）機器人的視覺；（7）機器人語言；2教學難點（1）機器人機械結構；（2）機器人運動學；（3）機器人控制；四、課程章節主要內容及學時分配:第1章 緒論（2學時）第一節 機器人的發展史；第二節 機器人研究領域和內容。第2章 機器人的機械結構（4學時）第一節 機器人的組成和分類；第二節 機器人的主要技術參數；第三節 機器人的機械結構與運動；第四節 機器人的驅動機構。第3章 機器人運動學（4 學時）第一節 概述；第二節 機器人運動學的基本問題；第

37、三節 機器人的雅可比矩陣。第4章 機器人的動力學初步（2學時）第一節 概述；第二節 機器人的靜力學；第三節 機器人動力學方程式。第5章 機器人的控制基礎（6學時）第一節 概述；第二節 伺服電動機的原理與特性；第三節 伺服電動機調速的基本原理；第四節 電動機驅動及其傳遞函數；第五節 單關節機器人的伺服系統建模與控制；第六節 交流伺服電動機的調速；第七節 機器人控制系統的硬件結構及接口；第八節 機器人控制系統舉例。第六章 機器人的感覺（4學時）第一節 概述；第二節 機器人的視覺；第三節 機器人內部傳感器；第四節 機器人外部傳感器。第7章 機器人的視覺及其應用（4學時）第一節 概述；第二節 機器人的

38、視覺系統組成及其工作原理；第三節 視覺信息的處理；第四節 數字圖像的編碼；第五節 機器人視覺系統應用舉例。第8章 智能機器人與智能控制（4學時）第1節 概述；第2節 智能機器人的體系結構和控制系統；第3節 智能控制的基礎；第4節 模糊控制原理與模糊控制機器人；第5節 神經網絡控制原理與神經網絡控制機器人。第9章 機器人語言（4學時）第一節 概述；第二節 機器人編程語言的類別和基本特性；第三節 動作級語言；第四節 對象級語言。第10章 機器人在不同應用領域的舉例（4學時）第一節 概述；第二節 工業機器人；第三節 軍用機器人；第四節 水下機器人；第五節 空間機器人；第六節 服務機器人；第七節 農業

39、機器人；第八節 仿人機器人。實驗一（4學時，任選2學時）課內實驗教學大綱見實踐教學大綱匯編一、機器人的機械結構（2學時）二、機器人運動學（2學時）實驗二（4學時，任選2學時）課內實驗教學大綱見實踐教學大綱匯編一、機器人感覺（2學時）二、機器人視覺（2學時）五、教材名稱及主要參考書：1謝存禧，張鐵 主編. 機器人技術及其應用M. 北京：機械工業出版社，2012.2蔣剛，龔迪琛等編著. 工業機器人M. 成都：西南交通大學出版社，20113孟慶鑫，王曉東主編. 機器人技術基礎M. 哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2006.4蔡自興等. 機器人學M. 北京：清華大學出版社，2000.六、課程考核方式考試撰寫人：周高峰審訂人：崔陸軍尚會超大綱制定委員會主任：趙則祥制訂日期：2014-09-02機器人技術及其應用實驗教學大綱機器人技術及其應用實驗教學大綱課程名稱：機器人技術及其應用課程編號：英文名稱：Robotic Technology and its application總學時/學分：45/3理論學時：36實驗學時：8適用專業：機械電子工程 開課學期：第7學期一、實驗教學的性質和任務本課程是高等學校機械電子工程專業和儀器儀表專業的一門重要的專業必修課，它是一門高度交叉的前沿學科。它要求學生首先要學習高等數學、線性代數、工