《機器人學》課程教學大綱一、課程簡介課程中文名機器人學課程英文名Robotics雙語授課□是eq\o\ac(□,√)否課程代碼24112106課程學分3總學時數48（含勞動教育1學時）課程類別□通識教育課程□公共基礎課程eq\o\ac(□,√)專業教育課程□綜合實踐課程□教師教育課程課程性質eq\o\ac(□,√)必修□選修□其他課程形態□線上eq\o\ac(□,√)線下□線上線下混合式□社會實踐□虛擬仿真實驗教學考核方式eq\o\ac(□,√)閉卷□開卷□課程論文□課程作品□匯報展示□報告eq\o\ac(□,√)課堂表現□階段性測試eq\o\ac(□,√)平時作業□其他（可多選）開課學院機器人工程學院開課系(教研室)機器人工程面向專業機器人工程開課學期第5學期先修課程線性代數、電路分析、工程力學、機械設計基礎、電機控制技術后續課程機器人操作系統、工業機器人技術及應用、機器人建模與仿真選用教材范凱.機器人學基礎[M].北京：機械工業版社，2019.普通高等教育人工智能與機器人工程專業“十三五”規劃教材參考書目樊澤明吳娟任靜余孝軍袁學兵.機器人學基礎[M].北京：機械工業版社，2021.課程資源無課程簡介機器人學引論是機器人工程專業的一門核心專業課程。課程內容主要包括：機器人運動學，機器人動力學，機器人控制，機器人軌跡規劃和機器人驅動器和驅動系統。課程主要系統地向學生介紹機器人工程設計及應用的基礎理論知識、機器人設計、機器人控制及機器人編程等方面的知識。通過本課程的學習，使學生掌握機器人研究、開發專門知識，能夠從事機器人工程相關工程技術的開發、產品制造和設備維護等工作。二、課程目標表1課程目標序號具體課程目標課程目標1掌握機器人工程領域相關數學知識和工程數值計算方法，能夠采用建模、仿真等技術，將其應用到機器人領域復雜工程問題中課程目標2能夠在數據和模型分析的基礎上，運用工程知識的基本原理，綜合考慮環境、社會可持續發展的影響和合理性評判，分析并判斷解決問題方案的可行性。表2課程目標與畢業要求對應關系畢業要求指標點課程目標畢業要求3：設計/開發解決方案：能夠設計針對機器人工程領域復雜工程問題的解決方案，設計機器人硬件部件、軟件系統及智能算法或機器人系統生產工藝流程，并能夠在設計環節中體現創新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環境等因素。【M】指標點3.3：能夠考慮社會、健康、安全、法律、文化和環境等因素，對設計和方案的合理性及可行性進行分析、論證。課程目標1畢業要求7：研究：能夠基于科學原理并采用科學方法對機器人工程及相關領域復雜工程問題進行研究，包括設計實驗、分析與解釋數據、并通過信息綜合得到合理有效的結論。【L】指標點7.2：能夠評價針對復雜機器人工程問題的工程實踐對于環境、社會可持續發展的影響。課程目標2課程學習內容與方法（一）理論學習內容及要求表3課程目標、學習內容和教學方法對應關系序號課程模塊學習內容學習任務課程目標學習重點難點教學方法學時1緒論1.機器人的概念1.單元項目練習課程目標1重點：機器人的概念機器人的分類難點：1.什么是機器人學講授法：引入新課42.機器人的分類3.什么是機器人學4.機器人的發展歷史及應用5.《大國重器》及《中國制造2025》等案例。2機器人位置運動學1.機器人機構1.單元項目練習課程目標1重點：1.機器人運動學的矩陣表示2.齊次變換矩陣3.變換矩陣的逆4.機器人的正逆運動學5.位置的正逆運動學方程6.姿態的正逆運動學方程7.位姿的正逆運動學方程8.機器人正運動學方程的D-H表示法9.控制系統的準確性,提高學生的自主學習能力；控制系統的快速性,提高學生適應環境的能力難點：1.機器人的正逆運動學2.位置的正逆運動學方程3.姿態的正逆運動學方程4.位姿的正逆運動學方程講授法：介紹機器人正逆運動學及其方程102.機器人運動學的矩陣表示3.齊次變換矩陣4.變換的表示5.變換矩陣的逆6.機器人的正逆運動學7.位置的正逆運動學方程8.姿態的正逆運動學方程9.位姿的正逆運動學方程10.機器人正運動學方程的D-H表示法11.機器人的逆運動學解12.控制系統的準確性,提高學生的自主學習能力；控制系統的快速性,提高學生適應環境的能力3機器人動力學1.引言1.單元項目練習課程目標1重點：1.有效轉動慣量2.多自由度機器人的動力學方程3.機器人的靜力分析4.坐標系間力和力矩的變換5.控制系統的準確性,提高學生的自主學習能力難點1.多自由度機器人的動力學方程2.機器人的靜力分析3.坐標系間力和力矩的變換講授法：介紹機器人運動學82.拉格朗日力學的簡單回顧3.有效轉動慣量4.多自由度機器人的動力學方程5.機器人的靜力分析6.坐標系間力和力矩的變換7.控制系統的準確性,提高學生的自主學習能力4機器人軌跡規劃1.引言1.單元項目練習課程目標1重點：1.路徑與軌跡2.軌跡規劃的基本原理3.關節空間的軌跡規劃4.直角坐標空間的軌跡規劃5.連續軌跡記錄難點：1.軌跡規劃的基本原理2.關節空間的軌跡規劃3.直角坐標空間的軌跡規劃講授法：介紹機器人軌跡規劃方法82.路徑與軌跡3.關節空間描述與直角坐標空間描述4.軌跡規劃的基本原理5.關節空間的軌跡規劃6.直角坐標空間的軌跡規劃7.連續軌跡記錄8.控制系統的準確性,提高學生的自主學習能力；控制系統的快速性,提高學生適應環境的能力5機器人運動控制1.引言1.綜合項目練習課程目標2重點：1.系統動力學2.多輸入多輸出系統3.狀態空間控制法4.數字控制5.非線性控制系統6.機器人驅動和控制難點：1.多輸入多輸出系統2.狀態空間控制法3.數字控制4.非線性控制系統5.機器人驅動和控制1.講授法：機器人運動控制102.基本組成、術語和結構圖3.系統動力學4.多輸入多輸出系統5.狀態空間控制法6.數字控制7.非線性控制系統8.機器人驅動和控制9.控制系統的穩定性,提高學生抗挫折能力；控制系統的準確性,提高學生的自主學習能力；控制系統的快速性,提高學生適應環境的能力6機器人驅動器和驅動系統1.引言1.綜合項目練習課程目標2重點：1.驅動系統的特性2.驅動系統的比較3.液壓驅動器4.氣動裝置5.電機難點：1.驅動系統的特性2.液壓驅動器3.氣動裝置4.電機1.講授法：機器人運動控制驅動器和驅動系統82.驅動系統的特性3.驅動系統的比較4.液壓驅動器5.氣動裝置6.電機7.控制系統的準確性,提高學生的自主學習能力；控制系統的快速性,提高學生適應環境的能力四、課程考核（一）考核內容與考核方式表4課程目標、考核內容與考核方式對應關系課程目標考核內容所屬學習模塊/項目考核占比考核方式課程目標11.機器人位置運動學2/3/4/5/675%課堂表現、作業、閉卷考試2.機器人動力學3.機器人軌跡規劃4.機器人運動控制5.機器人驅動器和驅動系統課程目標21.緒論1/525%課堂表現、作業、閉卷考試2.機器人驅動器和驅動系統表5課程目標與考核方式矩陣關系課程目標考核方式考核占比課堂表現9%平時作業21%閉卷考試70%課程目標175%75%75%75%=9%*75%+21%*75%+70%*75%課程目標225%25%25%25%=9%*25%+21%*25%+70%*25%（二）成績評定1.平時成績評定（1）課堂表現（30%）：通過學生在課堂上的表現情況、發言與提問情況，來評價學生相關的能力；（2）作業完成情況（70%）：圍繞課程的學習目標進行作業的設計。如讓學生簡述對知識的認識，考核學生對于概念的理解情況，幫助學生將定義轉化為自己的理解；2.期末成績評定期末考核主要考察學生對課程內容的掌握情況，方式為閉卷考試。3.總成績評定總成績（100%）=平時成績（30%）+期末成績（70%）（三）評分標準表6評分標準（非試卷考核項目）考核項目評分標準優秀(100>x≥90)良好(90>x≥80)中等(80>x≥70)及格(70>x≥60)不及格(x<60)課堂表現能完成100%以內的課程任務。且沒有遲到，按時出勤能完成90%以內的課程任務，且遲到2次以上能完成80%以內的課程任務，遲到4次以上能完成70%以內的課程任務，且遲到6次以上能完成60%以內