《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，使员工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

员工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，使员工掌握基本概念，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

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%。