《机器人技术》教学大纲
一、课程基本信息
课程代码：050361 课程名称：机器人技术 英文名称：Robot Techniques 课程类别：专业选修课 学 时： 36 学 分： 2
适用对象: 机械电子工程专业（本科） 考核方式：考查
先修课程：《微机原理》，《电工电子学》，《 机械设计基础》，《可编程控制器原理》 二、课程简介
机器人学是一门高度交叉的前沿学科，机器人技术是集力学、机械学、生物学、人类学、计算机科学与工程、控制论与控制工程学、电子工程学、人工智能、社会学等多学科知识之大成，是一项综合性很强的新技术。通过该课程的学习，使得学生基本熟悉这门技术以及其发展状况，为今后从事光机电一体化与系统设计、制造的研究工作打下基础。
Robotics is a new interdiscipline, Robot techniques include mechanics, mechanics, biology, anthropology, computer science, project, cybernetics and controlling engineering, electronic engineering, artificial intelligence, sociology,etc., It is a comprehensive technology. Through studying this course, the students can be familiar with this technology and the development state, and make the foundation in optical, mechanical and electronic integration and research work including system design and manufacture in the future. 三、课程性质与教学目的
本课程是机械电子工程的专业选修课，通过本课程的学习，使学生掌握机器人机构设计、运动分析、控制和使用的技术要点和基础理论。机器人是典型的机电一体化装置，它不是机械、电子的简单组合，而是机械、电子、控制、检测、通信和计算机的有机融合，通过这门课的学习，使学生对机器人有一个全面、深入的认识。培养学生综合运用所学基础理论和专业知识进行创新设计的能力。 ·
第1章 概述 （一）目的与要求
基本要求：让学生了解机器人的发展历史。 （二）教学内容 机器人的发展历史
第2章 机器人本体的机械结构 （一）目的与要求 1．基本要求：
1）理解机器人的概念和分类
2）掌握机器人本体的机械结构的组成，机器人的外形结构与运动、机身和臂部机构、驱动机构
3）了解机器人的手部机构、行走机构；理解机器人机械设计的基本要求。 （二）教学内容 1. 机器人的概念和分类 2. 机器人的外形结构与运动 3. 机身和臂部机构 4. 驱动机构 5. 手部机构 6. 机器人的行走机构 7. 机器人机械设计的基本要求 第3章 驱动方法 （一）目的与要求 1．基本要求：
学习机器人的交流电动机驱动、直流电动机驱动、液压驱动和气压驱动方法； 2．重点、难点
步进电动机驱动是本章的难点。 （二）教学内容 1. 液压驱动 2. 气压驱动 3. 直流电动机驱动 4. 步进电动机驱动 5. 交流电动机驱动
第4章 机器人位置与姿态描述 （一）目的与要求 1．基本要求：
1）理解齐次坐标、齐次变换的概念，学会变换方程的建立方法 2）重点掌握机器人位置与姿态矩阵的定义、几何意义。 （二）教学内容
1. 齐次坐标、齐次(H)变换 2. 变换方程的建立 3. 机器人位置与姿态矩阵 第5章 机器人运动学 （一）目的与要求 1．基本要求：
1）重点理解连杆坐标系、连杆参数、机器人连杆坐标系变换矩阵、雅可比矩阵的概念。
2）学会典型机器人的运动学正问题求解方法 3）掌握机器人运动学分析的D-H 方法。
4）掌握雅可比矩阵的定义、物理意义、学习矢量积法构造雅可比矩阵的基本原理。
5）了解机器人运动学逆解的基本方法。 2．重点、难点
本章的重点是连杆坐标系和连杆参数、典型机器人运动学正问题解、雅可比矩阵定义、物理意义、矢量积法构造；难点是连杆坐标系和连杆参数、雅可比矩阵定义、物理意义、矢量积法构造
（二）教学内容 1. 连杆坐标系和连杆参数 2. 机器人连杆坐标系变换矩阵 3. 典型机器人运动学正问题解
转动坐标臂(RRR)、斯坦福六自由度机器人、PUMA560六自由度机器人 4. 机器人运动学逆解
5. 雅可比矩阵定义、物理意义、矢量积法构造 第6章 机器人的控制 （一）目的与要求
1．基本要求：
1）学习机器人的控制方式
2）掌握单关节机器人控制建模与控制原理 3）理解多关节机器人的控制原理。 2．重点、难点
本章的重点是单关节机器人控制建模与控制系统。 （二）教学内容 1. 概述
2. 单关节机器人控制建模与控制系统 3. 多关节机器人的控制
4. 机器人控制系统的硬件结构及接口 第7章 机器人感觉系统 （一）目的与要求 1．基本要求：
了解机器人位置和位移传感器、视觉传感系统、接近觉传感器、触觉传感器、力觉传感器和压觉传感器的基本型式。
（二）教学内容
1．机器人传感器的选择要求 2．位置和位移传感器 3．机器人的视觉传感系统 4．机器人的接近觉传感器
5．机器人的触觉、力觉和压觉传感器 五、各教学环节学时分配
六、推荐教材和教学参考资源 1．教材：
（1）郭洪红，工业机器人技术，西安电子科技大学出版社 ，2006。 （2）谢存禧、张铁，机器人技术及其应用，机械工业出版社，2005 （3）孟庆鑫，王晓东，机器人技术基础。哈尔滨工业大学出版社，2006 2．参考书：
（1）孙迪生，王炎编著， 机器人控制技术，机械工业出版社，2001 （2）蔡自兴等，机器人学，清华大学出版社，2000年 （3）孙学检，机器人基础，石油大学出版社，1999年 七、需要说明的问题
1．本大纲只适用于机械设计制造及自动化专业
2．本大纲的学时为参考学时，学时如有变化，任课教师可在此大纲的基础上增减一些内容。
3．建议的教材只是编写大纲时的教材，选用教材时要尽量选用新版教材，或最新获奖教材。
4．习题和实验内容着重加深基本概念的理解，基本方法的运用和创新能力的培养，从而巩固课堂教学效果。
修订日期：2007年4月13日 审定日期：2007年4月23日
《机器人技术》教学大纲
一、课程基本信息
课程代码：050361 课程名称：机器人技术 英文名称：Robot Techniques 课程类别：专业选修课 学 时： 36 学 分： 2
适用对象: 机械电子工程专业（本科） 考核方式：考查
先修课程：《微机原理》，《电工电子学》，《 机械设计基础》，《可编程控制器原理》 二、课程简介
机器人学是一门高度交叉的前沿学科，机器人技术是集力学、机械学、生物学、人类学、计算机科学与工程、控制论与控制工程学、电子工程学、人工智能、社会学等多学科知识之大成，是一项综合性很强的新技术。通过该课程的学习，使得学生基本熟悉这门技术以及其发展状况，为今后从事光机电一体化与系统设计、制造的研究工作打下基础。
Robotics is a new interdiscipline, Robot techniques include mechanics, mechanics, biology, anthropology, computer science, project, cybernetics and controlling engineering, electronic engineering, artificial intelligence, sociology,etc., It is a comprehensive technology. Through studying this course, the students can be familiar with this technology and the development state, and make the foundation in optical, mechanical and electronic integration and research work including system design and manufacture in the future. 三、课程性质与教学目的
本课程是机械电子工程的专业选修课，通过本课程的学习，使学生掌握机器人机构设计、运动分析、控制和使用的技术要点和基础理论。机器人是典型的机电一体化装置，它不是机械、电子的简单组合，而是机械、电子、控制、检测、通信和计算机的有机融合，通过这门课的学习，使学生对机器人有一个全面、深入的认识。培养学生综合运用所学基础理论和专业知识进行创新设计的能力。 ·
第1章 概述 （一）目的与要求
基本要求：让学生了解机器人的发展历史。 （二）教学内容 机器人的发展历史
第2章 机器人本体的机械结构 （一）目的与要求 1．基本要求：
1）理解机器人的概念和分类
2）掌握机器人本体的机械结构的组成，机器人的外形结构与运动、机身和臂部机构、驱动机构
3）了解机器人的手部机构、行走机构；理解机器人机械设计的基本要求。 （二）教学内容 1. 机器人的概念和分类 2. 机器人的外形结构与运动 3. 机身和臂部机构 4. 驱动机构 5. 手部机构 6. 机器人的行走机构 7. 机器人机械设计的基本要求 第3章 驱动方法 （一）目的与要求 1．基本要求：
学习机器人的交流电动机驱动、直流电动机驱动、液压驱动和气压驱动方法； 2．重点、难点
步进电动机驱动是本章的难点。 （二）教学内容 1. 液压驱动 2. 气压驱动 3. 直流电动机驱动 4. 步进电动机驱动 5. 交流电动机驱动
第4章 机器人位置与姿态描述 （一）目的与要求 1．基本要求：
1）理解齐次坐标、齐次变换的概念，学会变换方程的建立方法 2）重点掌握机器人位置与姿态矩阵的定义、几何意义。 （二）教学内容
1. 齐次坐标、齐次(H)变换 2. 变换方程的建立 3. 机器人位置与姿态矩阵 第5章 机器人运动学 （一）目的与要求 1．基本要求：
1）重点理解连杆坐标系、连杆参数、机器人连杆坐标系变换矩阵、雅可比矩阵的概念。
2）学会典型机器人的运动学正问题求解方法 3）掌握机器人运动学分析的D-H 方法。
4）掌握雅可比矩阵的定义、物理意义、学习矢量积法构造雅可比矩阵的基本原理。
5）了解机器人运动学逆解的基本方法。 2．重点、难点
本章的重点是连杆坐标系和连杆参数、典型机器人运动学正问题解、雅可比矩阵定义、物理意义、矢量积法构造；难点是连杆坐标系和连杆参数、雅可比矩阵定义、物理意义、矢量积法构造
（二）教学内容 1. 连杆坐标系和连杆参数 2. 机器人连杆坐标系变换矩阵 3. 典型机器人运动学正问题解
转动坐标臂(RRR)、斯坦福六自由度机器人、PUMA560六自由度机器人 4. 机器人运动学逆解
5. 雅可比矩阵定义、物理意义、矢量积法构造 第6章 机器人的控制 （一）目的与要求
1．基本要求：
1）学习机器人的控制方式
2）掌握单关节机器人控制建模与控制原理 3）理解多关节机器人的控制原理。 2．重点、难点
本章的重点是单关节机器人控制建模与控制系统。 （二）教学内容 1. 概述
2. 单关节机器人控制建模与控制系统 3. 多关节机器人的控制
4. 机器人控制系统的硬件结构及接口 第7章 机器人感觉系统 （一）目的与要求 1．基本要求：
了解机器人位置和位移传感器、视觉传感系统、接近觉传感器、触觉传感器、力觉传感器和压觉传感器的基本型式。
（二）教学内容
1．机器人传感器的选择要求 2．位置和位移传感器 3．机器人的视觉传感系统 4．机器人的接近觉传感器
5．机器人的触觉、力觉和压觉传感器 五、各教学环节学时分配
六、推荐教材和教学参考资源 1．教材：
（1）郭洪红，工业机器人技术，西安电子科技大学出版社 ，2006。 （2）谢存禧、张铁，机器人技术及其应用，机械工业出版社，2005 （3）孟庆鑫，王晓东，机器人技术基础。哈尔滨工业大学出版社，2006 2．参考书：
（1）孙迪生，王炎编著， 机器人控制技术，机械工业出版社，2001 （2）蔡自兴等，机器人学，清华大学出版社，2000年 （3）孙学检，机器人基础，石油大学出版社，1999年 七、需要说明的问题
1．本大纲只适用于机械设计制造及自动化专业
2．本大纲的学时为参考学时，学时如有变化，任课教师可在此大纲的基础上增减一些内容。
3．建议的教材只是编写大纲时的教材，选用教材时要尽量选用新版教材，或最新获奖教材。
4．习题和实验内容着重加深基本概念的理解，基本方法的运用和创新能力的培养，从而巩固课堂教学效果。
修订日期：2007年4月13日 审定日期：2007年4月23日