课程简介
《机器人技术》课程教学大纲

《机器人技术》课程教学大纲

(Robot Technology)

一、基本信息

课程编号:

课程类别:专业必修课

适用层次:研究生

适用专业:控制工程

开课学期:第一学期

总学分:3学分

总学时:48学时

考核方式:考试

二、课程教育目标

本课程是控制工程专业研究生的一门专业必修课。通过本课程的学习,使学生能够了解机器人系统的基本构成,掌握机器人的环境感知和运动控制所涉及的相关技术,具有利用机器人技术解决实际工程问题的能力。

三、教学内容与要求

1.理论教学内容

⑴机器人技术概论

教学内容:机器人的起源与发展历程,机器人技术的发展现状和未来发展趋势,机器人系统的基本构成。

基本要求:了解机器人技术的发展过程。

教学重点:机器人系统的基本构成。

教学难点:机器人的控制系统模型。

⑵机器人的运动学建模与控制技术

教学内容:机器人的二维和三维运动学模型,常用的机器人运动控制方法。

基本要求:掌握机器人的位姿表示方法和典型的运动学模型。

教学重点:机器人的运动学建模和坐标变换,常用的机器人运动控制方法。

教学难点:机器人的自由度与运动学约束。

⑶机器人常用传感器与信号处理技术

教学内容:机器人常用传感器的基本原理,基本的数字信号处理和融合技术。

基本要求:掌握机器人常用的传感器类型和基本原理。

教学重点:基本的数字信号处理技术。

教学难点:常用的数据融合方法。

⑷图像处理与机器人视觉

教学内容:数字摄像机、全景摄像机的基本原理,基本的数字图像处理和特征提取方法,目标的检测与识别,光流传感器的基本原理和视觉里程计。

基本要求:掌握基本的图像处理方法和常用的机器学习算法。

教学重点:数字图像的特征提取与匹配,目标的检测和识别。

教学难点:光流法的基本原理和视觉里程计的实现。

⑸机器人定位技术

教学内容:机器人的姿态估计,卡尔曼滤波器,粒子滤波器,机器人定位,SLAM技术。

基本要求:掌握基本的卡尔曼滤波器设计方法。

教学重点:基于卡尔曼滤波器的机器人定位技术。

教学难点:粒子滤波器设计和SLAM技术。

⑹机器人的路径规划与导航

教学内容:机器人的避障方法,机器人路径规划和导航技术。

基本要求:掌握基本的机器人避障和路径规划方法。

教学重点:典型的机器人避障算法与实现。

教学难点:导航系统的体系结构设计。

⑺工业机器人

教学内容:工业机器人的种类,工业机器人的基本结构与控制方法,工业机器人的系统集成,工业机器人的智能化。

基本要求:掌握工业机器人的种类和基本结构。

教学重点:机器人TCP标定方法,工业机器人的控制方法,工业机器人常用的通信协议。

教学难点:工业机器人的系统集成技术,基于视觉系统的工业机器人的智能化技术。

(8)虚拟现实与机器人仿真

教学内容:计算机三维图形学的基本概念,虚拟现实仿真系统的一般组成,常用的虚拟视景仿真引擎,机器人仿真系统的设计与实现。

基本要求:掌握虚拟现实仿真系统的基本概念和常用技术。

教学重点:利用虚拟现实技术设计移动机器人和工业机器人的仿真系统。

教学难点:机器人仿真系统的软件设计与实现。

2.实验教学内容

实验课程总学时为12,实验教学内容详见计算机控制技术实验教学大纲。

四. 作业、练习的安排与要求

学生的课外作业以课后习题为主,每章平均1-3道题。习题包括基本概念、系统分析、软件编程及综合题等。通过课外作业,使学生掌握基本概念,掌握系统的分析和设计方法,对于重点应该掌握的控制算法要求能够进行软件编程和数字仿真。

五.学时分配

章节

主 要 内 容

各个教学环节学时分配

备注

理论课

实验课

习题课

讨论课

小计

1

机器人技术概论

6

2

机器人的运动学建模与控制技术

6

3

机器人常用传感器与信号处理技术

6

4

图像处理与机器人视觉

6

5

机器人定位技术

6

6

机器人的路径规划与导航

6

7

工业机器人

6

8

虚拟现实与机器人仿真

6

合 计

48

六. 相关联的课程

预修课程为大学物理、自动控制原理、面向对象程序设计等。

需要掌握基本的运动学概念,自动控制系统的结构,控制器设计方法,Java程序设计等。

七. 教材与教学参考书

1.建议教材

[1]自主移动机器人导论.李人厚等.西安交通大学出版社

2.建议参考书目

[1]移动机器人系统:建模、估计与控制.韩建达等. 科学出版社

[2]自主移动机器人行为建模与控制.连晓峰等.机械工业出版社

[3]机器人学导论:分析、控制及应用.孙增圻等. 电子工业出版社

[4]虚拟现实视景仿真技术.高颖等. 西北工业大学出版社

八. 成绩评定

本课程为考试课。总成绩采用百分制,可分为理论考核和平时成绩,其比例建议为:

理论考试占:70%;平时成绩占:30%。