机器人学课程——华中科技大学

  • 名称:机器人学课程——华中科技大
  • 分类:人工智能  
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  • 时间:2024/5/18 22:01:06

本课程的目的是使学生了解机器人系统的基本组成、特点和工作原理,掌握机器人学的基本理论和分析方法,了解机器人子系统如驱动器、传感器以及模糊控制等的特点及应用。通过本课程的学习,使学生了解相关学科理论和技术在机器人技术中的应用、拓宽知识面,提高机电一体化设计的能力。

二、 教学基本要求

1. 掌握建立机器人的运动学方程的方法。

2. 基本掌握轨迹规划方法和模糊逻辑控制方法。

3. 了解机器人中经常使用的驱动器的特点,在应用中能够正确选用。

三、 各章节内容及学时分配

第一章 基础知识(2学时)

教学目的与要求

通过本章的学习,要求学生主要掌握机器人的组成、自由度、坐标形式、参考坐标系等基础知识。

教学内容

第一节 引言

第二节 什么是机器人

第三节 机器人的分类

第四节 什么是机器人学

第五节 机器人的发展历史

第六节 机器人的优缺点

第七节 机器人组成部件

第八节 机器人自由度

第九节 机器人关节

第十节 机器人的坐标

第十一节 机器人的参考坐标系

第十二节 机器人的编程模式

第十三节 机器人的性能指标

第十四节 机器人的工作空间

第十五节 机器人语言

第十六节 机器人应用

第十七节 小结

考核要求

了解:机器人的发展历史、组成、应用。

理解:机器人的编程模式、性能指标、工作空间等概念。

掌握:机器人的自由度、坐标形式、参考坐标系等基础知识。

第二章 机器人位置运动学(10学时)

教学目的与要求

本章的学习目的,在于使学生掌握表述多自由度机器人在空间的运动的方法,以及如何用D-H法建立机器人的正逆运动学方程。

要求学生掌握用矩阵表示点、向量、坐标系及变换方法;特定类型机器人的正逆运动学方程(直角坐标、圆柱坐标、球坐标)、RPY姿态角及欧拉角; D-H法建立机器人的正逆运动学方程。

教学内容

第一节 引言

第二节 机器人机构

第三节 机器人运动学的矩阵表示

第四节 齐次变换矩阵

第五节 变换的表示

第六节 变换矩阵的逆

第七节 机器人的正逆运动学

第八节 机器人正运动学方程的D-H表示法

第九节 机器人的逆运动学解

第十节 机器人的逆运动学编程

第十一节 小结

考核要求

理解:变换的表示方法及机器人的正逆运动学的研究内容。

掌握:用矩阵表示点、向量、坐标系及变换方法;特定类型机器人的正逆运动学方程(直角坐标、圆柱坐标、球坐标)、RPY姿态角及欧拉角; D-H法建立机器人的正逆运动学方程。

第三章 微分运动和速度(3学时)

教学目的与要求

通过本章的学习,要求学生掌握坐标系的微分运动、机器人机构的微分运动以及两者之间的关系。

教学内容

第一节 引言

第二节 微分关系

第三节 雅可比矩阵

第四节 坐标系的微分运动

第五节 微分变化的解释

第六节 坐标系之间的微分变化

第七节 机器人及机器人手坐标系的微分运动

第八节 雅可比矩阵的计算

第九节 如何建立雅可比矩阵和微分算子之间的关联

第十节 雅可比矩阵求逆

第十一节 小结

考核要求

理解:雅可比矩阵的概念。

掌握:坐标系的微分运动、机器人机构的微分运动以及两者之间的关系。

第五章 轨迹规划(3学时)

教学目的与要求

通过本章的学习,使学生了解机器人规划的作用和任务,理解路径与轨迹的概念及关节空间描述与直角坐标空间描述的含义。基本掌握机器人关节空间描述与直角坐标空间的轨迹规划方法。机器人轨迹规划方法。

教学内容

第一节 引言

第二节 路径与轨迹

第三节 关节空间描述与直角坐标空间描述

第四节 轨迹规划的基本原理

第五节 关节空间的轨迹规划

第六节 关节空间的轨迹规划

第七节 连续轨迹记录

第八节 小结

考核要求

了解:机器人规划的作用和任务。

理解:路径与轨迹的概念及关节空间描述与直角坐标空间描述的含义。

掌握:机器人关节空间描述与直角坐标空间的轨迹规划方法。

第六章 驱动器(2学时)

教学目的与要求

通过本章的学习,要求学生了解常用驱动器的特点,在应用中能够根据实际需要选用,理解常用驱动器的工作原理。

教学内容

第一节 引言

第二节 驱动系统的性能

第三节 驱动系统的比较

第四节 液压驱动器

第五节 气动装置

第六节 电动机

第七节 电机的微处理器控制

第八节 磁致伸缩驱动器

第九节 形状记忆金属

第十节 减速器

第十一节 小结

考核要求

了解:常用驱动器的特点,在应用中能够根据实际需要选用。

理解:常用驱动器的工作原理。

第八章 模糊逻辑控制(2学时)

教学目的与要求

通过本章的学习,使学生了解模糊逻辑控制方法的特点及应用领域,理解论域、元素、集合、模糊集合、隶属度等概念,掌握机器人的模糊逻辑控制方法。

教学内容

第一节 引言

第二节 模糊控制需要什么

第三节 清晰值与模糊值

第四节 模糊集合:隶属度与真值度

第五节 模糊化

第六节 模糊推理规则库

第七节 清晰化

第八节 模糊逻辑控制的全自动洗衣机

第九节 小结

考核要求

了解:模糊逻辑控制方法的特点及应用领域。

理解:论域、元素、集合、模糊集合、隶属度等概念。

掌握:机器人的模糊逻辑控制方法。


四、 实验

(1)机器人认知及示教设计(2学时)

掌握示教的方法;设计机器人的示教过程。

(2)机器人运动学分析及控制(2学时)

掌握机器人的运动学方程的建立;会运用方程求解运动学的正解和反解,并实现机器人的运动控制。

(3)运动控制系统及C语言编程控制(2学时)

掌握工业机器人的伺服电机和步进电机的控制;学会使用高级语言(VC、VB)对机器人的控制方法;理解动态连接库的概念;利用所给的动态连接库,编写机器人抓取作业程序。

(4)机器人搬运物件(2学时)

 掌握机器人搬运路线的规划方法;设计机器人装配作业的工作过程,并编程实现。