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四足运动控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解四足动物的运动原理，掌握四足机器人的基本结构及其功能。
2. 学生能够描述四足运动控制的基本算法，并了解其在实际应用中的优势。
3. 学生能够解释步态生成与调节的基本方法，并分析不同步态对运动性能的影响。
技能目标：1. 学生能够设计并搭建简单的四足机器人模型，进行基本的运动控制实验。
2. 学生通过编程实践，掌握四足运动控制的基本技巧，实现对四足机器人的速度、方向和步态的有效控制。
3. 学生能够运用所学知识，针对特定场景提出四足机器人的优化方案，解决实际问题。
情感态度价值观目标：1. 学生通过课程学习，培养对机器人科技的兴趣和好奇心，激发创新意识。
2. 学生在团队协作中学会沟通与交流，培养合作精神和集体荣誉感。
3. 学生能够认识到四足运动控制在灾害救援、环境监测等领域的应用价值，增强社会责任感。
课程性质：本课程为实践性较强的综合课程，结合了机械、电子、计算机等多学科知识。
学生特点：六年级学生具备一定的逻辑思维能力和动手能力，对新鲜事物充满好奇心。
教学要求：注重理论与实践相结合，关注学生个体差异，提高学生的动手实践能力和创新能力。
通过课程目标的分解与实现，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面得到全面提升。
二、教学内容1. 四足动物运动原理：介绍四足动物的运动特点、步态分类及运动学参数。
- 教材章节：第二章“四足动物运动学基础”2. 四足机器人结构与功能：讲解四足机器人的基本结构、驱动方式和传感器应用。
- 教材章节：第三章“四足机器人结构与设计”3. 四足运动控制算法：学习四足运动控制的基本算法，如PID控制、模糊控制等。
- 教材章节：第四章“四足运动控制算法与应用”4. 步态生成与调节：分析四足机器人步态生成与调节的方法，以及不同步态对运动性能的影响。
- 教材章节：第五章“步态生成与优化”5. 编程实践：利用Arduino、Python等编程语言，实现四足机器人的运动控制。
运动控制运动控制：定义为调节或者管理动作根本机制的能力。
根据Horak的运动控制理论：“正常控制是指中枢神经系统运用现有及以往的信息将神经能转化为动能并使之完成有效的的功能活动。
运动控制只要以下三种方式：1.反射性运动：反射性运动形式固定，反应迅速不受控制。
主要在脊柱水平控制完成。
2.模式化运动：模式化运动有固定的运动形式，有节奏和连续性的运动，受意识控制。
主观意识只要控制运动的开始与结束，运动是由中枢模式调控器调控。
3.意向性运动：意向性运动是指整个运动过程都受主观意识控制，是有目的的控制，需通过运动学习来掌握，随着不断进行运动而趋于灵活，并获得运动技巧。
一、脊髓神经元的活动脊髓是完成躯体运动最基本的反射中枢。
来自四肢和躯干的各种感觉冲动经脊髓上行纤维束传达到高位中枢，进行高级综合分析，同时高位中枢的活动通过脊髓的下行纤维束，支配脊髓神经元的活动。
二、脊髓姿势反射(一)牵张反射有神经支配的骨骼肌，如受到外力牵拉使其伸长时，能产生反射效应，引起受牵拉的肌收缩，称为牵张反射.1.牵张反射的类型(1)腱反射(位相性牵张反射)指快速牵拉肌腱时发生的牵张反射。
特点：腱反射是单突触射。
意义：腱反射的减弱或消失，常提示反射弧的传入、传出通路或脊髓反射中枢的损害或中断；腱反射的亢进，则常提示高位中枢的病变。
(2)肌紧张(紧张性牵张反射)概念：指缓慢而持续地牵拉肌腱时所引起的牵张反射。
特点：肌紧张属于多突触反射。
意义：对抗肌肉的牵拉以维持身体的姿势，是一切躯体运动的基础。
如果破坏肌紧张的反射弧，可出现肌张力的减弱或消失，表现为肌肉松弛，因而无法维持身体的正常姿势。
3．腱器官反射当肌受到牵拉时，首先兴奋肌梭的感受装置发动牵张反射，引起受牵拉的肌收缩以对抗牵拉，当牵拉力量进一步加大时，则可兴奋腱器官使牵张反射受抑制，以避免被牵拉的肌受到损伤。
(二)屈肌反射与对侧伸反射1.屈肌反射概念：在脊动物的皮肤接受伤害性刺激时，受刺激一侧的肢体出现屈曲反应，关节的屈肌收缩而伸肌驰缓，称为屈肌反射意义：使肢体离开伤害性刺激，具有保护性意义。
1.运动控制系统是以电动机及其拖动的机械设备为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。
2.运动控制不同的分类方法：（1）被控物理量：转速被控的系统叫调速系统，以角位移或直线位移叫伺服系统（位置随动系统）；（2）驱动电机类型：直流电动机叫直流传动系统，交流电机叫交流传动系统；（3）控制器：模拟电路叫模拟控制系统，数字电路叫数字控制系统。
3.运动控制三要素：控制器、功率驱动装置、电动机。
4.运动控制发展趋势：（1）运动控制的交流化（2）功率变换装置高频化（3）功率系统的高速、超小和超大化（4）系统实现的集成化（5）控制的数字化、智能化和网络化5.直流电机的种类：他励，幷励，串励，复励，永磁。
6.直流电机启动方法：直接启动、电枢回路串电阻启动、降压启动7.他励直流电机的调速方法：（1）改变电枢电阻，即串电阻调速（2）改变电枢电压U （3）减弱电机励磁磁通φ8.调速系统的静态及动态指标：（1）静态指标:1.调速范围D（可调速度的范围，即D=；2.静差率S指负载变化时转速的稳定程度，即s==X100%。
（2）动态指标：1.跟随性指标。
1）上升时间2）超调量3）调节时间；2.抗扰性指标。
9.直流电机调压调速：旋转变流机组；晶闸管相控静止整流；直流脉宽调制。
10.晶闸管相控静止整流的缺点：功率因数低，谐波大，是造成电力公害的主要原因之一11.（1）在相同负载下，闭环系统的转降速只是开环系统的1/（1+K）；（2）在相同负载下，闭环系统的静差率只是开环系统的1/（1+K）；（3）静差率相同时，闭环系统的调速范围是开环系统的（1+K）倍。
(4) 当给定电压相同时，闭环系统的空载转速是开环系统的1/(1+K),也就是说闭环系统的理想空载转速大大降低，如果希望闭环系统和开环系统的理想空载转速相同，则闭环系统的给定电压必须是开环系统的(1+K)倍，如果希望两者给定电压相同、理想空载转的理想空载转速相同，则闭环系统必须设置放大器。
《运动控制系统》教学大纲课程代码：ABJD0420课程中文名称：运动控制系统课程英文名称：MotionContro1System课程类型：限选课程学分数：2.5学分课程学时数：40学时适用专业：自动化专业先修课程：自动控制原理电力电子学电机与拖动基础等一、课程简介本课程的目的是综合运用自动控制元件、电力电子技术和自动控制原理等专业基础知识，通过学习运动控制系统的相关知识，使学生掌握运动控制系统的组成和控制规律；使学生掌握静动态特性以及控制系统的工程设计方法；使学生掌握分析、研究和设计各类运动控制系统的能力。
本课程秉承理论与实际相结合的理念，应用自动控制理论解决运动控制系统的分析和设计问题，以转矩和磁链（或磁通）控制规律为主线，由简入繁、由低及高地循序深入，论述系统的静动态性能。
着重培养学生的系统综合分析能力和解决工程实际问题的能力。
通过课程的学习，使学生掌握现代交、直流电动机控制理论和基本方法，获得运动控制系统的分析和设计计算能力。
二、教学基本内容和要求1 .绪论一运动控制系统基本知识课程教学内容：运动控制系统的组成、分类、主要应用领域及其发展历史，转矩与磁链控制规律，课程特点及学习意义。
课程的重点、难点：运动控制系统的组成部分。
课程教学要求：掌握运动控制系统的定义、结构、及其分类；理解运动控制的必要性；理解转矩与磁链控制规律；了解运动控制的主要应用领域；了解运动控制系统的发展历史及趋势2 .闭环控制的直流调速系统课程教学内容：直流调速系统用的可控直流电源；V-M系统的特殊问题；脉宽调制变换器及调速系统的特殊问题；反馈控制闭环调速系统的稳态分析和设计；反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计；比例积分控制规律和无静差调速系统；电压反馈、电流补偿控制的调速系统。
课程的重点、难点：反馈控制闭环调速系统的稳态分析和设计；反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计课程教学要求：掌握直流电动机的调速方法和调速系统结构特点；理解反馈控制规律；掌握晶闸管触发整流环节、PWM控制与变换器环节的数学模型；掌握闭环直流调速系统的静特性和稳态性能指标；掌握转速反馈控制直流调速系统的稳态结构图和稳态参数计算；掌握带电流截止反馈环节的调速系统静特性3 .转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法课程教学内容：转速、电流双闭环直流调速系统及其静态特性，∙双闭环调速系统的数学模型及其动态性能分析；调节器的工程设计方法；按工程设计方法设计双闭环调速系统的转速调节器和电流调节器；转速超调的抑制一转速微分负反馈；弱磁控制的直流调速系统课程的重点、难点：双闭环调速系统的转速调节器和电流调节器的工程设计方法课程教学要求：掌握转速、电流双闭环直流调速系统及其静态特性；掌握转速、电流双闭环直流调速系统的数学模型与动态性能分析；掌握控制系统的动态性能指标和调速系统中调节器的工程设计方法4 .直流调速系统的数字控制课程教学内容：微型计算机数字控制的主要特点；微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件；数字测速；数字P1调节器课程的重点、难点：微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件设计课程教学要求：了解微型计算机数字控制的主要特点；掌握微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件；掌握M/T数字测速方法；理解数字P1调节器的设计方法及其饱和限幅作用5 .可逆直流调速系统和位置随动系统课程教学内容：可逆直流调速系统；位置随动系统。
《人体发育学》教学大纲一、课程说明（一）课程性质、地位与任务运动学（kinesiology）是理论力学的一个分支学科，它是运用几何学的方法来研究物体的运动，主要研究质点和刚体的运动规律。
运动学为动力学、机械原理（机械学）提供理论基础，也包含自然科学和工程技术等多个学科所必需的基本知识，包括物体的运动在空间和时间等方面的差异。
人体运动学是研究人体活动科学的领域。
是通过位置、速度、加速度等物理量描述和研究人体和器械的位置随时间变化的规律或在运动过程中所经过的轨迹，而不考虑人体和器械运动状态改变的原因。
在研究人体运动时，是以牛顿力学理论为基础的。
在运动生物力学中，把人体简化为质点、质点系、刚体和多刚体系等力学模型，而使研究的问题大大简化。
但是人体是生命体，因此在研究人体运动学时，还要尽可能地考虑人的生命特征，才能正确地研究人体的运动。
本书所讲的人体运动学，主要指人体的功能解剖学、生物力学和部分运动生物力学的内容。
（二）课程教学的基本要求1.要有教学大纲、教学日历、基本教材和主要参考书。
2.教学中应以全面、整体的观点、理论联系实际的观点来指导教学的全过程。
3.要理论联系实际，结合课程内容适当联系人体运动的具体情况，培养学生自主学习的兴趣和创新能力。
（三）课程教学改革优化整合教学内容，教学在内容的选择上，注重学科之间的相互联系，强化知识的整体性。
传统讲授法仍然是人体发育学教学特别是课堂教学最基本的教学方法。
在传统的讲授基础上，根据课堂实际需要，合理适当改革教学方法如：任务驱动式、启发式、讨论式教学。
二、教学内容与学时分配（一）课程理论教学第一章总论10学时第一节人体运动学基础与概念1学时知识点：人体运动的基本形式、规律及其生理意义，制动与卧床对机体的影响，心理活动对人体生理运动的影响第二节运动学基础1学时知识点：运动学基本概念，运动学描写的基本知识第三节动力学基础2学时知识点：经典力学基础，转动力学第四节静力学平衡2学时知识点：系统与结构平衡，重心的定义及确定方法，压力平衡第五节生物力学基础2学时知识点：材料力学相关概念，运动生物力学第六节人体运动的能量代谢1学时知识点：能量代谢的生物学意义，能量代谢测量，运动能量代谢与人体健康第七节人体运动的效果评价 1学时本章小结重点：人体运动的基本形式、规律及其生理意义，运动学基本概念，动力学基础，静力学平衡，生物力学基础，能量代谢的生物学意义，能量代谢测量难点：动力学基础，静力学平衡，生物力学基础思考题：1.运动学的概念2.动力学基础、静力学平衡、生物力学基础三者的联系与区别3.如何进行能量代谢的测量？教学方法：多媒体教学，课堂讲授第二章骨骼肌肉系统运动学4学时第一节骨运动学 1学时知识点：骨的运动学基础，骨的运动适应性第二节肌肉运动学1学时知识点：肌肉的运动学基础，肌肉的运动适应性第三节关节运动学2学时知识点：肩、肘、腕、手、脊柱、髋与骨盆、膝、踝、足和足弓本章小结重点：骨运动学，肌肉运动学，关节运动学难点：关节运动学思考题：1.人体四大关节的系统运动学教学方法：多媒体教学，课堂讲授，案例讨论第三章运动与心肺功能6学时第一节运动对心肺功能的影响2学时知识点：心血管系统对运动的反应和适应，呼吸系统对运动的反应和适应，有氧、无氧运动，耐力运动处方第二节心肺功能评定基础2学时知识点：运动试验，肺通气功能评定，最大摄氧量评定，乳酸阈评定第三节心肺功能异常与运动2学时知识点：高血压与运动，冠心病与运动，慢性阻塞性肺疾病与运动本章小结重点：运动对心肺功能的影响，心肺功能评定基础，心肺功能异常与运动难点：耐力运动处方，乳酸阈评定，高血压与运动，慢性阻塞性肺疾病与运动思考题：1.心肺功能评定基础包括哪几个方面？2.高血压病人运动后可能出现的症状教学方法：多媒体教学，课堂讲授，案例讨论第四章运动控制与步态4学时第一节与运动相关的神经系统结构与反射2学时知识点：大脑皮质的主要运动区，运动传导通路，反射第二节运动控制的调节1学时知识点：运动控制的调节，影响运动控制的因素第三节运动控制1学时知识点：姿势控制，上肢控制，行走运动控制本章小结重点：与运动相关的神经系统结构与反射，运动控制的调节，运动控制的分类难点：大脑皮质的主要运动区，运动传导通路思考题：1.运动传导通路有哪几部分组成？2.影响运动控制的因素教学方法：多媒体教学，课堂讲授三、考核方式及成绩评定平时成绩：考勤作业讨论提问；1.占平时成绩权重：考勤25%、作业25%、讨论25%、提问25%。
什么是运动控制？动作是生活中一个重要方面。
我们能够走路、跑步和游戏，能够找到并食用给我们带来营养的食物，能够和我们的朋友、家人进行交流，能够谋生——这些是生存必需的，对于这些来说，动作都是必不可少的。
运动控制的领域是直接研究运动的性质，以及动作是怎样被控制的。
运动控制定义为调节或者管理动作所必需机制的能力。
它解释了下列一些问题，例如中枢神经系统（CNS）是怎样将许多单块肌肉组织起来，并把它们联合起来形成协调的功能性动作？怎样用来自语环境和人体的感觉信息来选择和控制动作？我们的自我知觉，我们所执行的任务，以及我们所活动的环境是怎样影响我们动作行为？研究动作最好的方法是什么，怎样才能把有运动控制问题患者的这些动作问题进行量化？动作的本质动作的产生是由三个因素相互作用而来：个体（物质基础）、任务（主体观念）以及环境。
动作是围绕任务和环境的要求来组织的。
在一个特定的环境，个体产生的动作是为了达到任务要求。
从这一方面来看，我们认为动作的组织受个体、任务和环境几个因素制约。
符合相互作用任务和环境要求的个体的能力决定了个体功能的能力。
只关注行为个体的过程进行而不考虑个体运动的环境以及他（她）正在执行的任务，这样的运动控制研究，得出的不是一张完整的图画。
个体对动作的限制包括相关的知觉、认知和行为。
动作和行为动作通常在特定环境中被描述为完成一个特定的行为，因此运动控制的研究通常与特定的动作相关。
例如，运动控制生理学家可能会问：人们怎样走路、跑步、微笑、伸手够物以及平静站立？基于理解与这个活动相关的控制程序对动作是怎么样被控制的原则将提供更进一步的深入观察，研究人员通常在一个特定的活动环境中研究动作控制，例如步行。
理解行为控制意味着理解运动输出是从神经系统到人体的效应系统或者肌肉。
人体是以有大量的肌肉和关节为特征的，在协调的执行和功能性的动作时，必须对其进行全部控制。
这种协调很多肌肉和关节间的问题被归为自由程度的问题（Bernstein，1967）。
运动控制（MC）是自动化的一个分支，运动控制起源于早期的伺服控制。
简单地说，运动控制就是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。
早期的运动控制技术主要是伴随着数控技术、机器人技术和工厂自动化技术的发展而发展的。
它使用通称为伺服机构的一些设备如液压泵，线性执行机或者是电机来控制机器的位置和或速度。
运动控制在机器人和数控机床的领域内的应用要比在专用机器中的应用更复杂，因为后者运动形式更简单，通常被称为通用运动控制（GMC）。
现在运动控制被广泛应用在包装、印刷、纺织和装配工业中。
按照所完成的制造任务的不同，机器运动控制分为：点位控制和连续路径控制①点位控制:是在容许加速度和速度的条件下，尽可能快的由原坐标位置运动到目的坐标位置，而对于两点之间的轨迹没有精度要求的。
点位控制的功能是将工具或零件由源点运动到规定的目标点，以便在该点加工作业。
因为从源点到目标点的运动过程中不进行加工作业，所以对运动路径没有要求。
但是为了提高效率，点位运动控制系统应在容许的加速度条件下，尽可能以最大速度完成这种运动过程。
②连续路径控制:包括直线运动控制和曲线运动控制。
对于轨迹上的每一点坐标都具有一定的精度要求，不仅要求路径连续，而且要求速度连续。
为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴上的位置和速度，使得它们同步协调到达目标点。
对于这类控制，机床必须同时控制两个或者两个以上的轴。
连续路径控制系统不仅控制目标点，而且控制工具到达这些目标点的整个路径，以保证在整个加工过程中，工具始终接触工件并制造出希望的形状。
控制系统按照控制原理的不同可以分为开环和闭环两种控制系统①开环控制系统：系统输出只受输入的控制，控制精度和抑制干扰的特性都比较差。
开环控制系统中，基于按时序进行逻辑控制的称为顺序控制系统；由顺序控制装置、检测元件、执行机构和被控工业对象所组成。
主要应用于机械、化工、物料装卸运输等过程的控制以及机械手和生产自动线。
