西安交通大学本科生课程教学大纲

西安交通大学本科生课程教学大纲

一、课程基本信息 课程名称 智能机器人基础 Foundation of Intelligent Robot 课程编号 AUTO4024

课程学分 2 总学时 32

学时分配 理论: 32 实验: 上机: 课外: （课外学时不计入总学时）

课程类型 公共课程 通识课程 学科门类基础课 专业大类基础课 ■专业核心课 专业选修课 集中实践

适用年级 1-1 1-2 2-1 2-2 □3-1■3-2 4-1 4-2 5-1 5-2

适用专业 自动化及相关专业

先修课程 线性代数、自动控制原理

后续课程

教材、参考书及其他资料 [1] 马克W.斯庞. 机器人建模和控制. 北京：机械工业出版社，2016. [2] 孟庆鑫等. 机器人技术基础. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006.

二、课程目标及学生应达到的能力（工科专业对标工程教育认证标准中专业毕业要求的12条具体指标点，其他专业对标行业/评估标准中专业毕业要求的具体指标点） 智能机器人是一个具有巨大潜力并将深刻影响和改变人类的技术，它是现代控制理论、人工智能等技术集成研究与综合应用的重要载体。这门课程将从机器人感知、控制、执行等系统角度，介绍智能机器人的基础知识和原理，包括机器人运动机构、常用传感器、机器人视觉系统、机器人智能控制、人机交互技术、多机器人协作、智能机器人应用系统等。通过这门课程学习，使学生具备基本的智能机器人系统设计能力，同时为后续的机器人课程学习打下一个基础。 1. 了解智能机器人的基本概念与原理，学习机器人的运动机构、主要传感器、伺服驱动类型及特点、控制器结构、与人工智能技术关系等知识，培养学生具备基本的智能机器人系统的软硬件选择和设计能力。（支撑毕业要求中1.3）。 2．掌握机器人视觉感知基本知识，能够根据应用目的选择视觉传感器并编制机器人识别定位程序。（支撑毕业要求中3.2） 3.掌握机器人建模、控制的基本理论和方法，并了解机器人智能控制、协作控制等前沿技术，培养学生发现问题、解决问题的基本能力。（支撑毕业要求中3.4） 4、能够针对具体工程应用（包括搬运、建筑作业、弧焊），构造机器人应用系统，掌握机器人系统的分析求解和控制综合能力。（支撑毕业要求中4.1） 三、教学内容简介 章节顺序 章节名称 知识点 Key Points 参考学时 1 智能机器人概述 机器人发展历史,种类及应用,人工智能与机器人,关键技术 Robot Development History,Type and Application, Artificial Intelligence and Robot,Key Technologies 2

2 机器人运动机构 机构组成与结构形式,传动部件 Composition and Structure Form of Mechanisms, Transmission Components 2

3 机器人传感器 常用机器人用传感器 Common Sensors for Robots 4

4 机器人视觉技术 视觉系统组成,视觉图像处理, 视觉识别与定位,视觉伺服控制 Visual System Composition, Visual Image Processing, Visual Recognition and Location, Visual Servo Control 6

5 智能机器人运位姿描述及变Posture description and transformation, 动模型 换, 连杆描述, 运动学算法,动力学模型 linkage description, kinematics algorithm, dynamic model 6

6 智能机器人控制 机器人位置控制,力和位置混合控制,智能控制方法,控制系统 Robot Position Control, Hybrid Force and Position Control, Intelligent Control, Control System 5

7 机器人规划 关节运动规划, 笛卡儿轨迹规划,轨迹的实时生成, 基于采样的运动规划 Joint motion planning, Cartesian trajectory planning, real-time generation of trajectory, sampling-based motion planning 4

8 机器人交互技术 示教编程，语音交互，脑机电交互接口 Teaching Programming, Voice Interaction, Computer-Computer Interactive Interface 3

9 协作机器人 协作约束关系，多臂协作规划，多臂协作智能控制 Cooperative Constraints, Dobby Cooperative Planning, Dobby Cooperative Intelligent Control 3

10 智能机器人系统 三种典型智能机器人应用案例 hree Typical Application Cases of Intelligent Robot 2

四、教学安排详表

序号 章节 教学内容 学时分配 教学方式 （授课、实验、上机、讨论） 课后环节（作业、自学、综合、其他） 教学要求 （知识要求及能力要求） 对课程目标的支撑关系

第一章 1.1 机器人历史 0.5 课堂授课 自学 了解智能机器人发展历史、种类及应用、关键技术 课程目标1 1.2 机器人种类及应用 0.5 课堂授课 自学

1.3 人工智能与机0.5 课堂授课 自学 器人 1.4 智能机器人关键技术 0.5 课堂授课 自学、作业

第二章 2.1 机构组成与结构形式 0.5 课堂授课 自学 了解机器人机构、结构形式、传动部件 课程目标1 2.2 机身及臂部机构 0.5 课堂授课 自学

2.3 腕部及手部机构 0.3 课堂授课 自学 2.4 行走机构 0.3 课堂授课 自学 2.5 传动部件 0.4 课堂授课 自学、作业

第三章 3.1 内外传感器 0.5 课堂授课 自学

学习机器人主要传感器原理及特性 课程目标1 3.2 位置传感器 0.5 课堂授课 自学 3.3 惯性元件 3.4 力传感器 0.5 课堂授课 自学 3.5 接近传感器 0.5 课堂授课 自学 3.6 听觉和触觉传感器 0.4 课堂授课 自学

3.7 多传感器信息融合 1 课堂授课 自学、作业

第四章 4.1 机器人视觉系统与组成 0.5 课堂授课 自学

掌握机器人视觉技术 课程目标2 4.2 视觉图像处理 2 课堂授课 自学 4.3 机器学习 1 课堂授课 自学 4.4 视觉识别与定位 1 课堂授课 自学、作业 4.5 视觉伺服控制 1 课堂授课 自学 4.6 结构光立体视觉系统 0.5 课堂授课 自学

第五章 5.1 位姿描述及变换 0.5 课堂授课 自学 掌握机器人运动模型 课程目标3 5.2 连杆描述 0.5 课堂授课 自学 5.3 运动学算法 2 课堂授课 作业 5.4 操作臂动力学 1 课堂授课 自学 5.5 机器人动力学方程 2 课堂授课 作业

第六章 6.1 机器人的位置控制 1 课堂授课 作业 掌握智能机器人运动控制方法 课程目标3 6.2 力和位置混合控制 1 课堂授课 自学 6.3 1 课堂授课 自学 6.4 智能控制方法 1.5 课堂授课 自学 6.5 智能机器人控0.5 课堂授课 自学 制系统

第七章 7.1 关节运动规划 1 课堂授课 自学 掌握机器人轨迹规划基本方法 课程目标3 7.2 笛卡儿轨迹规划 1 课堂授课 自学

7.3 轨迹的实时生成 1 课堂授课 自学、作业

7.4 基于采样的运动规划 1 课堂授课 自学

第八章 8.1 示教编程方法 1 课堂授课 自学 了解机器人的人机交互原理 课程目标1 8.2 语音交互 1 课堂授课 自学 8.3 脑机电交互接口 1 课堂授课 自学

第九章 9.1 双臂协作运动约束关系 1 课堂授课 自学 了解多机器人协作技术 课程目标1 9.2 多臂协作规划 1 课堂授课 自学 9.3 多臂协作智能控制 1 课堂授课 自学

第十章 10.1 智能机器人系统设计原则 0.5 课堂授课 自学 掌握智能机器人应用系统设计方法 课程目标4 10.3 三种典型智能机器人应用案例 1.5 课堂授课 参观实验室

注：对课程目标的支撑关系可填写大纲中第二部分课程目标的相应序号 五、实践环节

实验编号 实验名称 实验内容 教学方法 对课程目标的支撑关系 1

2

3 注：对课程目标的支撑关系可填写大纲中第二部分课程目标的相应序号 六、课外学时分配

章节顺序 内容 参考学时 对课程目标的支撑关系 1

2 … … 注：对课程目标的支撑关系可填写大纲中第二部分课程目标的相应序号 七、考核方式及成绩构成 平时测验成绩占 0 %，平时作业占 20 %；实验（上机）成绩占 0 %；平时表现占 10 %，期中考试成绩占 0 %，期末考试成绩占 70 %。 <本部分构成及考试方式可根据具体课程定制> 大纲制定者：曹建福 大纲审核者：张爱民 最后修订时间： 2019 年 6 月 10 日