機器人系統設計與應用 教學大綱

《機器人系統設計與應用》教學大綱SyllabusofRobotSystem:DesignandApplication課程基本信息CourseInformation課程名稱CourseName機器人系統設計與應用RobotSystem:DesignandApplication開課學院School機械與電氣工程學院專業負責人MajorLeader田劼課程負責人TeamLeader趙建偉課程編碼CourseCodeU2041500學分Credits2總學時TotalHours32理論學時LectureHours28實驗學時ExperimentHours4自主學時OthersHours0實踐周數PracticeWeeks適用專業Audience機器人工程授課語言LanguageofInstruction中文先修課程Prerequisite模擬電子技術B、數字電子技術B、傳感器原理與技術、C語言程序設計課程簡介CourseDescription《機器人系統設計與應用》是機器人工程專業的一門專業必修課。本課程包含機器人基礎理論，關鍵技術，設計流程與工程應用等多部分內容。通過本課程的學習使學生能夠熟悉、使用、研究和設計機器人，為從事機器人相關的工作奠定基礎。主要任務是：學習機器人學必要的基礎知識、機器人部件、系統和機器人應用的基本知識。The《RobotSystem:DesignandApplication》isacompulsorycourseforthemajorofrobotengineering.Thiscourseincludesrobotbasictheory,keytechnology,designprocessandengineeringapplication.Throughthestudyofthiscourse,studentscanbefamiliarwith,use,researchanddesignrobots,andlayafoundationfortheworkrelatedtorobots.Themaintaskistolearnthebasicknowledgenecessaryforrobotics,thebasicknowledgeofrobotcomponents,systemsandrobotapplications.一、課程目標（LearningOutcomes）課程目標畢業要求指標點目標1：從機器人應用的實際角度出發，闡述機器人技術的概念、運動和動力學規律和算法。3.1能夠對所需解決的復雜機械工程問題進行分析和提煉，確定出具體的設計/開發需求和目標，并設計出解決方案。3.3掌握基本的創新方法，具備運用開發工具對機械工程領域的新產品、新藝、新技術和新設備進行研究、開發和設計的能力。5.1了解機械工程學科發展現狀，能夠在機械工程實踐中初步掌握并使用現代工程技術、方法和工具。5.2能夠初步運用現代信息技術工具對復雜機械工程問題進行預測與模擬，并了解其局限性。目標2：將機器人基礎理論與應用技術相結合，力求反映國內外機器人研究領域的新進展。目標3：介紹機器人領域的新進展，激發學習興趣，啟迪創新思想。目標:4：使工科學生能真正的將理論學習與實際相結合，完成對機器人系統的四部分（機械系統、電氣系統、控制系統、軟件系統）的深刻認識，并學會機器人設計的方法。目標:5：掌握用“機器人技術”去觀察、分析、解決問題。3.2能夠在安全、環境、法律等現實約束條件下，通過技術經濟評價對設計方案的可行性進行研究。目標:6：力爭從科學前沿的高度，培養邏輯思維和創新思維能力，提高分析、解決實際工程應用問題的能力。二、教學內容（Topics）教學內容模塊（章節）重點難點教學內容課程目標教學方式考核方式1緒論機器人的定義及其特點，機器人類型介紹1.1機器人的出現

1.2機器人的定義、組成和特征

1.3國內外機器人的發展

1.4各種典型的機器人

1.5機器帶來的影響

1.6機器人展望目標1目標2目標3目標4講授/討論/案例分析/自主學習作業/考試2機器人應用技術機器人控制技術，機器人的模糊控制技術2.1機器人控制技術

2.2機器人的定位技術

2.3機器人基于多傳感器的信息融合技術

2.4機器人的模糊控制技術

2.5機器人的路徑規劃技術目標1目標2目標3目標4講授/討論/案例分析/自主學習作業/考試3機器人系統設計基礎結構設計，軟件系統設計3.1行走機構設計

3.2底盤結構設計

3.3電動機選型

3.4機器人的機械臂機構設計

3.5機器人整體結構材料的選擇原則

3.6機器人軟件系統設計目標1目標2目標3目標4目標5講授/討論/案例分析/自主學習作業/考試4基于智能車的機器人本體設計系統硬件組成，控制程序編寫4.1智能車的底盤的安裝設計4.2系統硬件組成及安裝說明4.3智能車的機械臂的設計4.4基于C語言的控制程序編寫實例4.5智能車的車身結構設計目標1目標2目標3目標4目標5講授/討論/案例分析/自主學習作業/考試5機器人視覺系統圖像處理技術，濾波算法5.1機器人視覺簡述

5.2攝像機模型

5.3圖像處理技術

5.4濾波算法概述

5.5基于攝像頭的路徑識別智能車控制系統設計目標2目標3目標4目標5講授/討論/案例分析/自主學習作業/考試6機器人傳感器技術傳感器和驅動器6.1傳感器的作用

6.2傳感器分類

6.3內部傳感器

6.4外部傳感器

6.5傳感器的檢測

6.6驅動器

6.7傳感器編程應用案例目標2目標3目標4目標5目標6講授/討論/案例分析/自主學習作業/考試7機器人系統仿真搭建機器人仿真模型，搭建機器人仿真環境7.1基于SolidWorks的智能車建模

7.2機器人仿真系統

7.3搭建機器人仿真模型

7.4機器人仿真7.5搭建機器人仿真環境7.6典型機器人仿真案例分析目標2目標3目標4目標5目標6講授/討論/案例分析/自主學習作業/考試8機器人系統開發LabVIEW8.1LabVIEW簡述

8.2創建項目

8.3部署應用程序

8.4基于LabVIEW的視覺應用案例目標2目標3目標4目標5目標6講授/討論/案例分析/自主學習作業/考試三、教學進度（ClassSchedule）教學內容模塊（章節）學時分配理論學時實驗學時自主學習小計緒論22機器人應用技術22機器人系統設計基礎44基于智能車的機器人本體設計44機器人視覺系統44機器人傳感器技術426機器人系統仿真44機器人系統開發426合計28432四、考核內容、方式及評分標準（ContentsandMethodofAssessment,GradingStandards）考核環節總成績占比支撐課程目標平時作業1、每周布置2-3道題目，平均每次課1道題以上。10%目標1，2，3，4，5，62、成績采用百分制，根據作業完成準確性、是否按時上交、是否獨立完成評分。3、考核學生對機器人技術基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有分析，簡答、計算、繪圖等。實驗1、對機器人技術的發展趨勢進行分析論述。2、分析典型機器人的特點及應用領域。30%目標1，2，3，4，5，6期末考試1、閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。60%目標1，2，3，4，5，63、主要考核學生對機器人技術基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有簡答題、作圖題、分析題、計算題等。評分標準考核環節<6060-7575-9090-100平時作業作業抄襲，未能按時完成，作圖不規范，解題思路混亂獨立思考、按時完成，作圖比較規范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準確獨立思考、按時完成，作圖比較規范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準確獨立思考、按時完成，作圖規范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準確實驗實驗方案設計存在較大問題，未能有效解決實驗目標，或系統實現存在嚴重缺陷。實驗報告不完整，內容混亂或缺乏必要的分析，未能清楚闡述實驗目的、過程和結果，問題解決方法不明確，數據不準確或存在錯誤。實驗方案設計較為簡單，能夠完成基本的系統設計和實現，可能存在一些不夠優化的地方。實驗報告結構完整，內容能基本闡述實驗過程和結果，但對某些部分的分析較為簡略，存在對實驗中問題的解決方法缺乏詳細闡述的情況。實驗方案設計合理，能夠較好地實現機器人系統的設計目標。解決問題的思路清晰，但創新性和技術水平較為一般。實驗報告結構完整，內容清晰。對實驗過程和結果的分析較為全面，能準確地總結問題和解決方案，但在某些方面可能存在不足之處。實驗方案設計合理，創新性強，能夠獨立完成系統的設計與實現。實驗中使用的技術、算法或模型達到較高水平，解決問題的思路清晰、嚴謹。實驗報告結構清晰，分析深入，能夠全面地闡述設計思路、實驗過程、實驗結果及其分析。能夠清楚地總結實驗中遇到的問題及解決方案，報告內容充實，數據準確，條理清晰。考核環節權重考核環節目標1目標2目標3目標4目標5目標6平時作業30%40%40%30%30%20%實驗10%20%20%10%10%20%考試60%40%40%60%60%60%總權重100%100%100%100%100%100%五、教材或參考資料（Textbooks&OtherMaterials）1.趙建偉.機器人系統設計及其應用技術【M】.清華大學出版社.2017年11月2.孟慶鑫，王曉東.機器人技術基礎【M】.哈爾濱工業大學出版社.2006年09月

3.Craig，J.J.機器人學導論【M】.機械工業出版社，2006，6.

4.SKSAH