1、- PAGE 4 -機(jī)器人及其控制 課程教學(xué)大綱一、課程的基本信息適應(yīng)對(duì)象：本科，自動(dòng)化專業(yè)課程代碼：21E01627學(xué)時(shí)分配： 32=26理論+6實(shí)驗(yàn)賦予學(xué)分：2先修課程：線性代數(shù)，電路分析，PLC原理與應(yīng)用，自動(dòng)控制原理二、課程性質(zhì)與任務(wù)是自動(dòng)化專業(yè)選修課，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)分析、控制和使用的技術(shù)要點(diǎn)和基礎(chǔ)理論。機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化裝置，它不是機(jī)械、電子的簡(jiǎn)單組合，而是機(jī)械、電子、控制、檢測(cè)、通信和計(jì)算機(jī)的有機(jī)融合，通過(guò)這門課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)機(jī)器人有一個(gè)全面、深入的認(rèn)識(shí)。培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。三、教學(xué)目的與要求本課程系統(tǒng)

2、的介紹了機(jī)器人設(shè)計(jì)、控制、編程和使用的理論基礎(chǔ)和技術(shù)要點(diǎn)，包括工業(yè)機(jī)器人的一般概論，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)，靜力/動(dòng)力學(xué)分析，工業(yè)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，工業(yè)機(jī)器人的控制和工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用等內(nèi)容。通過(guò)課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握工業(yè)機(jī)器人的基本原理、基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)工業(yè)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方法有初步了解，并相應(yīng)的掌握一些實(shí)用工業(yè)機(jī)器人控制及規(guī)劃和編程方法。四、教學(xué)內(nèi)容與安排（一）理論教學(xué)內(nèi)容第1章 緒論【教學(xué)內(nèi)容】工業(yè)機(jī)器人的定義、應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展；工業(yè)機(jī)器人的組成、分類及技術(shù)參數(shù)?！窘虒W(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】教學(xué)重點(diǎn)：工業(yè)機(jī)器人的定義、應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展教學(xué)難點(diǎn)：工業(yè)機(jī)器人的組成、分類及技術(shù)參數(shù)【基本要求】了解機(jī)器人的發(fā)展歷史，

3、工業(yè)機(jī)器人的組成第2章 機(jī)器人本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)【教學(xué)內(nèi)容】1.機(jī)器人的外形結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)2.機(jī)身和臂部機(jī)構(gòu)3.驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4.手部機(jī)構(gòu)5.機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)6.機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求【教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)】教學(xué)重點(diǎn)：機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求；教學(xué)難點(diǎn)：機(jī)器人的外形結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)；【基本要求】理解機(jī)器人的概念和分類掌握機(jī)器人本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成，機(jī)器人的外形結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)、機(jī)身和臂部機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)了解機(jī)器人的手部機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)；理解機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求。第3章 驅(qū)動(dòng)方法【教學(xué)內(nèi)容】1.液壓驅(qū)動(dòng)2.氣壓驅(qū)動(dòng)3.直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)4.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)5.交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)【教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)】教學(xué)重點(diǎn)：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；教學(xué)難點(diǎn)：步進(jìn)

4、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；【基本要求】學(xué)習(xí)機(jī)器人的交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)方法。第4章 機(jī)器人位置與姿態(tài)描述【教學(xué)內(nèi)容】1.齊次坐標(biāo)、齊次(H)變換2.變換方程的建立3.機(jī)器人位置與姿態(tài)矩陣【教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)】教學(xué)重點(diǎn)：機(jī)器人位置與姿態(tài)矩陣的定義；教學(xué)難點(diǎn)：變換方程的建立；【基本要求】理解齊次坐標(biāo)、齊次變換的概念，學(xué)會(huì)變換方程的建立方法重點(diǎn)掌握機(jī)器人位置與姿態(tài)矩陣的定義、幾何意義。第5章 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)【教學(xué)內(nèi)容】1.連桿坐標(biāo)系和連桿參數(shù)2.機(jī)器人連桿坐標(biāo)系變換矩陣3.典型機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正問(wèn)題解4.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解5.雅可比矩陣定義、物理意義、矢量積法構(gòu)造【教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)】教學(xué)重點(diǎn)：連桿

5、坐標(biāo)系和連桿參數(shù)、典型機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正問(wèn)題解、雅可比矩陣定義、物理意義、矢量積法構(gòu)造；教學(xué)難點(diǎn)：連桿原理【基本要求】理解連桿坐標(biāo)系、連桿參數(shù)、機(jī)器人連桿坐標(biāo)系變換矩陣、雅可比矩陣的概念。學(xué)會(huì)典型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)正問(wèn)題求解方法掌握機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的D-H方法。掌握雅可比矩陣的定義、物理意義、學(xué)習(xí)矢量積法構(gòu)造雅可比矩陣的基本原理。了解機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的基本方法。第6章 機(jī)器人的控制【教學(xué)內(nèi)容】1.概述2.單關(guān)節(jié)機(jī)器人控制建模與控制系統(tǒng)3.多關(guān)節(jié)機(jī)器人的控制4.機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及接口【教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)】教學(xué)重點(diǎn)：?jiǎn)侮P(guān)節(jié)機(jī)器人控制建模與控制系統(tǒng)。【基本要求】學(xué)習(xí)機(jī)器人的控制方式掌握單關(guān)節(jié)機(jī)器人控制建

6、模與控制原理理解多關(guān)節(jié)機(jī)器人的控制原理。（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容以下共列出2個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其中實(shí)驗(yàn)1必做，實(shí)驗(yàn)2選做。實(shí)驗(yàn)1 機(jī)械結(jié)構(gòu)和路徑設(shè)計(jì)（6課時(shí)）【實(shí)驗(yàn)任務(wù)】 HYPERLINK /tutorial/1/createmechanism.html t _blank 創(chuàng)建機(jī)械結(jié)構(gòu)， HYPERLINK /tutorial/2/createpathfromcurve.html t _blank 創(chuàng)建曲線路徑?！緦?shí)驗(yàn)要求】在RobotStudio里創(chuàng)建機(jī)械結(jié)構(gòu). 機(jī)械結(jié)構(gòu)可以是機(jī)器人, 外軸, 工具或裝備.在RobotStudio里創(chuàng)建曲線路徑，學(xué)習(xí)如何放置夾具和工件, 并校驗(yàn)所有目標(biāo)為機(jī)器人可達(dá)范圍

7、內(nèi). 如何在RobotStudio里創(chuàng)建整體系統(tǒng)使用碰撞設(shè)置校驗(yàn)機(jī)器人路徑無(wú)阻礙.實(shí)驗(yàn)2 RobotStudio常用指令練習(xí)（6課時(shí)）【實(shí)驗(yàn)任務(wù)】利用RobotStudio軟件提供的例程，學(xué)習(xí)RAPID常用指令的使用?！緦?shí)驗(yàn)要求】在RobotStudio里實(shí)現(xiàn)機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，線性運(yùn)動(dòng)，圓弧運(yùn)動(dòng)，絕對(duì)位置運(yùn)動(dòng)。.五、教學(xué)設(shè)備和設(shè)施硬件平臺(tái)：多媒體系統(tǒng)，微機(jī)軟件平臺(tái)：機(jī)器人仿真軟件 六、課程考核與評(píng)估考試成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和期末考查組成。課程考核與評(píng)估方法：平時(shí)成績(jī)20%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)20%，期末課程論文60%。七、附錄郭洪紅. 工業(yè)機(jī)器人技術(shù). HYPERLINK /press/823/ 西安電子科技大學(xué)出版社，2006朱世強(qiáng)、王宣銀 編著. 機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用. 浙江大學(xué)出版社，2001韓建海 主編. 工業(yè)機(jī)器人. 華中科技大學(xué)出版社，2009吳振彪、王正家 主編. 工業(yè)機(jī)器人（第二版）,華中科技大學(xué)出版社，2006蔡自興編著. 機(jī)器人學(xué)基礎(chǔ). 機(jī)械工業(yè)出版社,2009八、學(xué)時(shí)分配學(xué)時(shí)分配情況