本課程的目的是使學(xué)生了解機(jī)器人系統(tǒng)的基本組成、特點和工作原理，掌握機(jī)器人學(xué)的基本理論和分析方法，了解機(jī)器人子系統(tǒng)如驅(qū)動器、傳感器以及模糊控制等的特點及應(yīng)用。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解相關(guān)學(xué)科理論和技術(shù)在機(jī)器人技術(shù)中的應(yīng)用、拓寬知識面，提高機(jī)電一體化設(shè)計的能力。

二、 教學(xué)基本要求

1. 掌握建立機(jī)器人的運動學(xué)方程的方法。

2. 基本掌握軌跡規(guī)劃方法和模糊邏輯控制方法。

3. 了解機(jī)器人中經(jīng)常使用的驅(qū)動器的特點，在應(yīng)用中能夠正確選用。

三、 各章節(jié)內(nèi)容及學(xué)時分配

第一章 基礎(chǔ)知識（2學(xué)時）

教學(xué)目的與要求

通過本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生主要掌握機(jī)器人的組成、自由度、坐標(biāo)形式、參考坐標(biāo)系等基礎(chǔ)知識。

教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié) 引言

第二節(jié) 什么是機(jī)器人

第三節(jié) 機(jī)器人的分類

第四節(jié) 什么是機(jī)器人學(xué)

第五節(jié) 機(jī)器人的發(fā)展歷史

第六節(jié) 機(jī)器人的優(yōu)缺點

第七節(jié) 機(jī)器人組成部件

第八節(jié) 機(jī)器人自由度

第九節(jié) 機(jī)器人關(guān)節(jié)

第十節(jié) 機(jī)器人的坐標(biāo)

第十一節(jié) 機(jī)器人的參考坐標(biāo)系

第十二節(jié) 機(jī)器人的編程模式

第十三節(jié) 機(jī)器人的性能指標(biāo)

第十四節(jié) 機(jī)器人的工作空間

第十五節(jié) 機(jī)器人語言

第十六節(jié) 機(jī)器人應(yīng)用

第十七節(jié) 小結(jié)

考核要求

了解：機(jī)器人的發(fā)展歷史、組成、應(yīng)用。

理解：機(jī)器人的編程模式、性能指標(biāo)、工作空間等概念。

掌握：機(jī)器人的自由度、坐標(biāo)形式、參考坐標(biāo)系等基礎(chǔ)知識。

第二章 機(jī)器人位置運動學(xué)（10學(xué)時）

教學(xué)目的與要求

本章的學(xué)習(xí)目的，在于使學(xué)生掌握表述多自由度機(jī)器人在空間的運動的方法，以及如何用D-H法建立機(jī)器人的正逆運動學(xué)方程。

要求學(xué)生掌握用矩陣表示點、向量、坐標(biāo)系及變換方法；特定類型機(jī)器人的正逆運動學(xué)方程（直角坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo)、球坐標(biāo)）、RPY姿態(tài)角及歐拉角； D-H法建立機(jī)器人的正逆運動學(xué)方程。

教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié) 引言

第二節(jié) 機(jī)器人機(jī)構(gòu)

第三節(jié) 機(jī)器人運動學(xué)的矩陣表示

第四節(jié) 齊次變換矩陣

第五節(jié) 變換的表示

第六節(jié) 變換矩陣的逆

第七節(jié) 機(jī)器人的正逆運動學(xué)

第八節(jié) 機(jī)器人正運動學(xué)方程的D-H表示法

第九節(jié) 機(jī)器人的逆運動學(xué)解

第十節(jié) 機(jī)器人的逆運動學(xué)編程

第十一節(jié) 小結(jié)

考核要求

理解：變換的表示方法及機(jī)器人的正逆運動學(xué)的研究內(nèi)容。

掌握：用矩陣表示點、向量、坐標(biāo)系及變換方法；特定類型機(jī)器人的正逆運動學(xué)方程（直角坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo)、球坐標(biāo)）、RPY姿態(tài)角及歐拉角； D-H法建立機(jī)器人的正逆運動學(xué)方程。

第三章 微分運動和速度（3學(xué)時）

教學(xué)目的與要求

通過本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握坐標(biāo)系的微分運動、機(jī)器人機(jī)構(gòu)的微分運動以及兩者之間的關(guān)系。

教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié) 引言

第二節(jié) 微分關(guān)系

第三節(jié) 雅可比矩陣

第四節(jié) 坐標(biāo)系的微分運動

第五節(jié) 微分變化的解釋

第六節(jié) 坐標(biāo)系之間的微分變化

第七節(jié) 機(jī)器人及機(jī)器人手坐標(biāo)系的微分運動

第八節(jié) 雅可比矩陣的計算

第九節(jié) 如何建立雅可比矩陣和微分算子之間的關(guān)聯(lián)

第十節(jié) 雅可比矩陣求逆

第十一節(jié) 小結(jié)

考核要求

理解：雅可比矩陣的概念。

掌握：坐標(biāo)系的微分運動、機(jī)器人機(jī)構(gòu)的微分運動以及兩者之間的關(guān)系。

第五章 軌跡規(guī)劃（3學(xué)時）

教學(xué)目的與要求

通過本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解機(jī)器人規(guī)劃的作用和任務(wù)，理解路徑與軌跡的概念及關(guān)節(jié)空間描述與直角坐標(biāo)空間描述的含義。基本掌握機(jī)器人關(guān)節(jié)空間描述與直角坐標(biāo)空間的軌跡規(guī)劃方法。機(jī)器人軌跡規(guī)劃方法。

教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié) 引言

第二節(jié) 路徑與軌跡

第三節(jié) 關(guān)節(jié)空間描述與直角坐標(biāo)空間描述

第四節(jié) 軌跡規(guī)劃的基本原理

第五節(jié) 關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃

第六節(jié) 關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃

第七節(jié) 連續(xù)軌跡記錄

第八節(jié) 小結(jié)

考核要求

了解：機(jī)器人規(guī)劃的作用和任務(wù)。

理解：路徑與軌跡的概念及關(guān)節(jié)空間描述與直角坐標(biāo)空間描述的含義。

掌握：機(jī)器人關(guān)節(jié)空間描述與直角坐標(biāo)空間的軌跡規(guī)劃方法。

第六章 驅(qū)動器（2學(xué)時）

教學(xué)目的與要求

通過本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解常用驅(qū)動器的特點，在應(yīng)用中能夠根據(jù)實際需要選用，理解常用驅(qū)動器的工作原理。

教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié) 引言

第二節(jié) 驅(qū)動系統(tǒng)的性能

第三節(jié) 驅(qū)動系統(tǒng)的比較

第四節(jié) 液壓驅(qū)動器

第五節(jié) 氣動裝置

第六節(jié) 電動機(jī)

第七節(jié) 電機(jī)的微處理器控制

第八節(jié) 磁致伸縮驅(qū)動器

第九節(jié) 形狀記憶金屬

第十節(jié) 減速器

第十一節(jié) 小結(jié)

考核要求

了解：常用驅(qū)動器的特點，在應(yīng)用中能夠根據(jù)實際需要選用。

理解：常用驅(qū)動器的工作原理。

第八章 模糊邏輯控制（2學(xué)時）

教學(xué)目的與要求

通過本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解模糊邏輯控制方法的特點及應(yīng)用領(lǐng)域，理解論域、元素、集合、模糊集合、隸屬度等概念，掌握機(jī)器人的模糊邏輯控制方法。

教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié) 引言

第二節(jié) 模糊控制需要什么

第三節(jié) 清晰值與模糊值

第四節(jié) 模糊集合：隸屬度與真值度

第五節(jié) 模糊化

第六節(jié) 模糊推理規(guī)則庫

第七節(jié) 清晰化

第八節(jié) 模糊邏輯控制的全自動洗衣機(jī)

第九節(jié) 小結(jié)

考核要求

了解：模糊邏輯控制方法的特點及應(yīng)用領(lǐng)域。

理解：論域、元素、集合、模糊集合、隸屬度等概念。

掌握：機(jī)器人的模糊邏輯控制方法。

四、 實驗

（1）機(jī)器人認(rèn)知及示教設(shè)計（2學(xué)時）

掌握示教的方法；設(shè)計機(jī)器人的示教過程。

（2）機(jī)器人運動學(xué)分析及控制（2學(xué)時）

掌握機(jī)器人的運動學(xué)方程的建立；會運用方程求解運動學(xué)的正解和反解，并實現(xiàn)機(jī)器人的運動控制。

（3）運動控制系統(tǒng)及C語言編程控制（2學(xué)時）

掌握工業(yè)機(jī)器人的伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的控制；學(xué)會使用高級語言（VC、VB）對機(jī)器人的控制方法；理解動態(tài)連接庫的概念；利用所給的動態(tài)連接庫，編寫機(jī)器人抓取作業(yè)程序。

（4）機(jī)器人搬運物件（2學(xué)時）

 掌握機(jī)器人搬運路線的規(guī)劃方法；設(shè)計機(jī)器人裝配作業(yè)的工作過程，并編程實現(xiàn)。