《机器人建模技术》课程教学大纲.docx
《机器人建模技术》教学大纲
课程编号英文名称：ModelingTechnologyofRobotSystem
学分：2.0
学时：总学时40学时，其中理论24学时，实践16学时
先修课程：高等数学、线性代数、自动控制原理、机器人技术基础
课程类别：专业拓展选修课
授课对象：机器人工程专业学生
教学单位：机械与电气工程学院
修读学期：第6学期
一、课程描述和目标
机器人系统建模技术是面向机器人工程专业的一门拓展选修课，本课程结合高等数学、线性代数、自动控制原理、机器人技术及应用，培养学生综合运用多学科背景知识理解机器人运动模型的建立及性能指标的分析方法，了解不同类型机器人的模型特性、建模方法、控制器设计及仿真平台与环境。
课程目标1：通过对机器人的模型特性、建模方法、控制器设计等相关基本理论的学习，学生能够完成机器人的系统模型、控制器等单元模块的设计。
课程目标2：通过机器人仿真平台与实践的学习，学生能够安全地开展机器人实验并正确地采集、整理实验数据。
课程目标3：通过对机器人系统的理论设计和仿真验证，学生能够辩证吸收团队其他队成员的意见和建议，组织、协调和指挥团队开展工作，通过不断学习提高自身对未来机器人发展的判断能力，适应机器人相关领域的发展。
二、课程目标对毕业要求的支撑关系
毕业要求指标点
课程目标
权重
3.2能够针对特定需求，完成感知、控制、驱动、执行等单元模块的设计；
课程目标1
H
4.3能够根据实验方案构建软硬件实验系统，安全地开展实验并正确地采集、整理实验数据；
课程目标2
M
9.3能够辩证吸收团队其他队成员的意见和建议，组织、协调和指挥团队开展工作。
课程目标3
H
（注：要求课程目标与毕业要求指标点应是一一对应支撑）
三、教学内容、基本要求与学时分配
1、理论教学内容
序号
教学内容
基本要求及重、难点（含德育要求）
学时
教学
方式
对应课程目标
绪论
机器人建模技术及其发展情况、机器人仿真方法。
基本要求：了解机器人建模技术及其发展情况，理解机器人仿真方法。
重点难点：机器人仿真方法
德育要求：爱国情怀、国家成就
2
集中讲授
1
MATLAB基础
MATLAB基本操作、MATLAB基本运算与函数、MATLAB绘图、MATLAB程序设计。
基本要求：理解MATLAB基本操作、基本运算，掌握MATLAB绘图，掌握MATLAB程序设计常用语句。
重点难点：MATLAB绘图，掌握MATLAB程序设计
德育要求：工匠精神
2
集中讲授、课堂演示
1、2
MATLAB数据分析与处理
数据差值与拟合、数值微积分、常微分方程的求解。
基本要求：理解数据差值与拟合的原理、了解数值微积分的原理，掌握常微分方程的求解。
重点难点：数据差值与拟合，常微分方程的求解
德育要求：星星之火可以燎原
4
集中讲授、课堂演示
1、2
机器人数学建模
机器人的运动轨迹的设计、机器人的机械结构数学建模、MATLAB机器人工具箱建模与仿真。
基本要求：掌握机器人的运动轨迹的设计、理解机器人的机械结构数学建模、应用MATLAB机器人工具箱建模与仿真
德育要求：安全意识。
6
集中讲授、课堂演示
1、2
机器人PID控制系统设计
单关节机器人机械仿真模型、单关节机器人电气仿真模型；PID控制器设计；MATLAB工具箱对单关节器人系统仿真。
基本要求：理解单关节机器人机械仿真模型、理解单关节机器人电气仿真模型；掌握PID控制器设计；应用MATLAB工具箱对单关节器人系统仿真。
重点难点：PID控制器设计。
德育要求：理论与实践的辩证统一
6
集中讲授
1、3
正逆运动控制机器人
机器人的正运动学控制、机器人的运动轨迹规划、机器人的逆运动学基础、MATLAB机器人运动轨迹规划的仿真。
基本要求：理解机器人的正运动学控制、理解机器人的运动轨迹规划、理解机器人的逆运动学基础、应用MATLAB机器人运动轨迹规划的仿真。
重点难点：机器人运动轨迹规划。
德育教育：学习科学家雅可比的敬业精神
4
集中讲授、课堂演示
1、3
合计
24
2、实验教学内容
序号
实验项目
实验内容与要求
学时
类型
对应课程目标
1
MATLAB基础
MATLAB基本操作、MATLAB基本运算与函数、MATLAB绘图、MATLAB程序设计。
要求：必修
2
验证
1
2
MATLAB数据分析与处理
结合实验1，利用MATLAB常用函数语句对机器人建模仿真过程中应用到的数据进行差值与拟合、数值微积分、常微分方程的求解。
要求：必修
4
验证
1、2
3
机器人数学建模
结合实验2，利用MATLAB机器人工具箱和常用函数语句对机器人的运动轨迹的设计、机器人的机械结构数学建模进行仿真。
要求：必修
4
验证
1、3
4
机器人PID控制系统设计
结合实