《機器人技術基礎》教學大綱課程編號：13230412英文名稱：PrincipalsofRobotTechnology學分：3.5學時：總學時64學時，其中理論48學時，實踐16學時先修課程：高等數學、線性代數課程類別：專業方向課授課對象：機器人工程專業學生教學單位：機械與電氣工程學院修讀學期：第4學期一、課程描述和目標本課程是機器人工程專業的一門專業主干課，課程結合高等數學、線性代數、自動控制原理，以實際工程應用為導向，培養學生運用機器人運動學、動力學分析方法解決機器人領域，特別是機器人技術方向的實際工程問題的能力。課程目標1：通過對機器人數理基礎的學習，學生能夠理解工業機器人產品開發的軟硬件設計開發方法，并進行方案的對比和綜合。課程目標2：通過工業機器人的位姿和動力建模，能夠基于電路、控制等相關科學原理和數學模型方法正確表達機器人工程相關領域的復雜工程問題。課程目標3：通過對工業機器人基礎理論和軟件仿真的驗證學習，能夠根據具體的控制約束條件，制定研究方法和技術路線，設計實驗方案。課程目標對畢業要求的支撐關系畢業要求指標點課程目標權重1.4能夠將相關知識和數學模型方法用于機器人工程相關領域專業工程問題解決方案的比較與綜合；課程目標1H2.2能基于電路、控制等相關科學原理和數學模型方法正確表達機器人工程相關領域的復雜工程問題；課程目標2M4.2能夠根據具體的檢測、控制對象及其特征，制定研究方法和技術路線，設計實驗方案。課程目標3H（注：要求課程目標與畢業要求指標點應是一一對應支撐）三、教學內容、基本要求與學時分配1、理論教學內容序號教學內容基本要求及重、難點（含德育要求）學時教學方式對應課程目標概論學習機器人的概述、發展史、研究內容與發展趨勢；機器人的定義、特點、分類等基本概念。基本要求：理解機器人機器人學三原則、主要研究內容和主要發展趨勢，了解機器人的發展史。重點難點：機器人的主要研究內容和發展趨勢德育要求：愛國情懷、國家成就2集中講授1、2、3機器人的結構設計學習機器人的基本組成及技術參數；機器人的總體設計和選用準則；機器人的機械結構和驅動機構。基本要求：理解機器人的基本組成和主要技術參數，理解機器人的總體設計原則，了解機器人的機械結構和驅動機構。重點難點：機器人主要技術參數、機器人設計和選用準則德育要求：安全意識。4集中講授、課堂演示1數理基礎學習機器人坐標系；機器人位置和姿態的表示；機器人坐標變換、齊次坐標變換、通用旋轉變換。基本要求：理解位置和姿態的表示，能理解和掌握機器人坐標變換、齊次坐標變換、通用旋轉變換。重點難點：機器人齊次坐標變換。德育要求：工匠精神8集中講授1、3機器人運動學學習機器人運行位置的描述；機器人正向運動學、正向運動學方程；機器人逆向運動學、逆向運動學方程。基本要求：理解和掌握機器人的運動學方程,掌握機器人的雅可比矩陣求解。重點難點：機器人運動學方程、雅可比矩陣求解。德育教育：學習科學家雅可比的敬業精神10集中講授、課堂演示1、3機器人動力學學習機器人剛體動力學；機器人動力學分析方法包括牛頓-歐拉力學分析和拉格朗日力學分析；機器人動力學方程。基本要求：理解和掌握機器人動力學的概念，掌握機器人拉格朗日力學分析方法和方程求解方法。了解牛頓-歐拉力學分析方法。重點難點：機器人動力學分析。德育教育：理論與實踐的辯證統一10集中講授1機器人控制基礎機器人控制系統的特點、功能、組成等基本概念；機器人控制系統的硬件結構及接口；機器人控制系統的應用。基本要求：理解機器人控制系統的應用，掌握機器人控制系統的基本概念、硬件結構及接口，了解機器人控制系統的應用。重點難點：機器人控制系統的基本概念。思政元素：團隊協作8集中講授1機器人的視覺及其應用機器人視覺系統的組成及其原理；視覺信息的處理；數字圖像的編碼。基本要求：理解機器人視覺系統的組成及其原理；了解視覺信息的處理和數字圖像的編碼。重點難點：視覺系統的原理思政元素：實踐創新6集中講授1合計482、實驗教學內容序號實驗項目實驗內容與要求學時類型對應課程目標1工業機器人仿真環境搭建能安裝工業機器人的軟件開發環境，能利用機器人仿真軟件Robotstudio，實現工程項目的編寫、編譯、下載和仿真調試。要求：必修2驗證32手動操縱工業機器人結合實驗1，在工業機器人的工作范圍內，能應用示教器對工業機器人進行單軸運動、線性運動和重定位運動進行軟件仿真。要求：必修2驗證1、33工業機器人工具數據和工件坐標系結合實驗2，在工業機器人的工作范圍內，能應用示教器進行六點法建立工件坐標系，完成TCP點的設定，為后續機器人編程環境建立基礎。要求：必修4驗證1、34工業機器人關節運動編程實驗結合實驗2和3，應用示教器進行程序模塊的創建和關節運動指令語法的應用，使得機器人沿簡單直線或圓進行運動仿真。要求：必修4驗證1、35拓展實驗結合實驗1-4，根據工業機器人仿真裝置，利用示教器操縱工業機器人自動沿基礎圖形（圓形、方形、三角形、S彎、六邊形）路徑的創建和軟件編程。要求：必修4綜合1、3合計16注：實驗要求包括必修、選修；實驗類型包括演示、驗證、綜合、設計等。四、課程教學方法以課程目標為導向，以機器人競賽為載體，與章節具體理論知識點的實現相匹配，課內采用虛擬仿真與理論知識相結合的教學方式，課后要求學生利用仿真軟件和在線學習網站資源對項目任務進行拓展或者舉一反三，采取教、學、做一體化的方法。理論學習：以集中講授為主，課堂演示為輔；實驗教學：以集中指導為主，個別答疑為輔；課外學習方法：以課前預習、學習在線課程資源和課后作業為主，其他文獻資源學習為輔。五、學業評價和課程考核（一）考核方式及具體要求1.課程成績構成與要求課程考核注重形成性和終結性評價相結合，考核內容主要由平時作業、實驗成績、課程論文、期末考核組成，均按百分制計分，其中期末考核成績占50%、平時作業成績占20%、實驗成績占20%、課程論文成績占10%。2.課程目標達成考核與評價序號教學環節課程目標1（分值）課程目標2（分值）課程目標3（分值）合計1平時作業10010202實驗成績10010203課程論文0100104期末考試3002050課程目標對應分值501040100（二）考核與評價標準1.平時成績考核與評價標準分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分平時作業能夠通過仿真對機器人運動學、動力學等基礎理論知識進行驗證，自主學習態度積極。完成90%以上的作業，知識點理解到位。基本能夠通過仿真對機器人運動學、動力學等基礎理論知識進行驗證，自主學習態度較好。完成70%以上的作業，知識點理解較到位。能夠通過仿真驗對機器人運動學、動力學等基礎理論知識進行部分驗證，自主學習態度一般。完成60%以上的作業，知識點理解基本到位。不能通過仿真驗證機器人運動學、動力學等基礎理論知識，自主學習態度差。完成50%以下的作業，知識點理解有偏差。2.實驗成績與評價標準實驗成績能夠通過仿真對機器人運動學、動力學等基礎理論知識進行驗證，自主學習態度積極。實驗報告內容完整，對工業機器人路徑跟蹤仿真技術的結果分析有理有據。基本能夠通過仿真對機器人運動學、動力學等基礎理論知識進行驗證，自主學習態度較好。實驗報告內容較完整，對工業機器人路徑跟蹤仿真技術的結果分析基本到位。能夠通過仿真驗對機器人運動學、動力學等基礎理論知識進行部分驗證，自主學習態度一般。實驗報告內容基本完整，對工業機器人路徑跟蹤仿真技術的結果部分準確。不能通過仿真驗證機器人運動學、動力學等基礎理論知識，自主學習態度差。實驗報告不交或內容不完整，沒有工業機器人路徑跟蹤仿真技術的結果分析。3.課程論文考核與評價標準分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分課程論文能夠對工業機器人產品的發展背景進行描述。可以運用自己的語言組織素材。格式規范。能夠對工業機器人產品的發展背景進行一般描述。大部分運用自己的語言組織素材。格式基本規范。能夠對工業機器人產品的發展背景進行粗略描述。有部分摘抄，格式略規范。不能對工業機器人產品的發展背景進行描述。大部分摘抄，格式不規范。4.期末試卷考核與評價標準根據課程目標及教學內容，設計期末考核試題，綜合檢驗學生對課程相關知識的掌握、綜合應用及解決復雜問題的能力，根據考試題目設計相應評分標準。六、教材與參考書（一）推薦教材1．《工業機器人技術基礎及其應用》，戴鳳嬌喬棟主編，機械工業出版社，2020年1月版。2．《機器人技術基礎》，劉英朱銀龍主編，機械工業出版