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机器人基础原理
第5次开课
开课时间: 2020年09月06日 ~ 2020年12月31日
学时安排: 3-5小时每周
当前开课已结束 已有 3559 人参加
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课程详情
课程评价(9)
spContent=《机器人基础原理》是顺应当前机器人技术的快速发展以及人才的迫切需求而开设的,是机器人工程专业的基础主干课程之一,学习对象是大学二年级以上本科及相关学生,同时也可供其他各类感兴趣的人员学习参考。
《机器人基础原理》是顺应当前机器人技术的快速发展以及人才的迫切需求而开设的,是机器人工程专业的基础主干课程之一,学习对象是大学二年级以上本科及相关学生,同时也可供其他各类感兴趣的人员学习参考。
—— 课程团队
课程概述

《机器人基础原理》是为机器人工程专业开设的一门专业基础课程。学习对象是大学二年级以上本科生及其他对机器人技术感兴趣的学习人员。

本课程为机器人专业基础课程,涉及到机器人机构组成原理、坐标变换基础、位姿运动学、速度建模与分析、动力学建模与分析、驱动系统、位姿轨迹控制、力控制、智能控制等内容,涉及面较宽,单纯依赖视频学习存在一定的局限性。建议结合本课程推荐的参考书同步进行学习。

课程主要参考书:

(1)约翰·克莱格(John Craig)机器人学导论(原书第三版或第四版),机械工业出版社。(2) 蔡自兴,谢斌,机器人学(第三版),清华大学出版社。


机器人运动学及动力学建模是本课程的重点讲授内容,学生通过本课程学习可了解掌握机器人的基本原理和建模方法,建立系统完整的基础理论体系,为后续深入学习机器人智能控制等课程打下必要的知识基础。围绕课程的重点内容,设计了包括机器人运动学、动力学、驱动系统、位姿轨迹控制、力控制、智能控制以及基于MATLAB的仿真等知识点内容,初步建立并形成了具有自身特色的课程知识体系架构。

第1至第8章涵盖了机器人学的基础内容,各章节知识点之间存在一定的先后顺序,建议按章节顺序安排学习。第9章和第10章具有一定的拓展性,可根据自身基础情况来安排。第11章是Matlab仿真,与第1-8章的理论知识相对应,建议结合理论内容逐步进行。

课程团队教师均为东北大学机器人科学与工程学院的专任教师,主讲教师长期从事机器人领域研究和教学工作,了解掌握机器人领域的历史背景和发展趋势,对机器人技术具有深入的理解和深厚的研究积累,可为课程教学提供有力的支撑。《机器人基础原理》课程可为有志于在机器人领域开展学习并成长为高水平人才的学生提供入门指导。

东北大学机器人科学与工程学院成立于20159月,系985高校首个机器人学院。本课程从2016级开始为机器人工程专业本科生讲授,在大二的下学期开设,理论学时32学时,实验学时8学时。

课程团队全体人员欢迎广大学生踊跃参与本课程的学习,并希望所有学习人员学有所成,在未来的机器人热潮中快速成长为栋梁人才。

授课目标

第1至第5章为机器人运动学动力学建模,是机器人学最基础的部分。第6章至第8章为机器人控制方面的内容。以上两部分构成了本课程的主体。

由于课程知识内容涉及面较宽。也可以根据个人具体情况安排两个学期来完成本课程全部知识点的学习,即第1学期学习机器人模型部分,第2学期学习机器人控制部分。

课程大纲

第1章 绪论

1.1 机器人概念及发展历程

1.2 机械臂典型结构及类型

1.3 机械臂连杆、关节及自由度

1.4 机器人系统组成与结构

第1章 单元测验

第1章 单元作业

第2章 位姿描述与坐标变换

2.1 刚体的位置和姿态描述

2.2 坐标系平移与旋转变换

2.3 机器人的齐次坐标

2.4 机器人的齐次变换

第2章 单元测验

第2章 单元作业

第3章 连杆参数及运动学求解

3.1 机器人位置运动学

3.2 机器人正运动学

3.3 机器人逆运动学

3.4 机器人运动学实例分析

第3章 单元测验

第3章 单元作业

第11章 仿真实验

11-1 初识Matlab robotics toolbox

11-2 建立机器人模型

11-3 正逆运动学、轨迹规划

11-4 速度与静力

11-5 操作臂动力学

11-6 Matlab simulink

11-7 操作臂控制

第11章 单元测验(1)

第11章 单元测验(2)

第4章 机器人速度建模与分析

4.1 连杆速度的传递与计算

4.2 雅克比矩阵构建(矢量积法)

4.3 坐标系的微分运动

4.4 雅克比矩阵的构建(微分变换法)

4.5 奇异及可操作性

第4章 单元测验

第4章 单元作业

第5章 机器人动力学建模

5-1 连杆间静力的传递及力雅克比矩阵

5-2 转动惯量及惯性张量

5-3 连杆间加速度的传递

5-4 机器人动力学建模(牛顿-欧拉法)

5-5 机器人动力学建模(拉格朗日方程方法)

5-6 拉格朗日法动力学建模(四连杆机械臂)

第5章 单元测验

第5章单元作业

第6章 机器人关节驱动与控制

6.1 机器人驱动系统概述

6.2 关节驱动电机

6.3 关节传动参数计算及负载特性

6.4 关节伺服控制

6.5 机器人传感器

第6章单元测验

第6章 单元作业

第7章 轨迹规划与控制

7.1 轨迹规划

7.2 用抛物线过渡的线性插值

7.3 笛卡尔空间轨迹规划

第7章 单元测验

第7章 单元作业

第8章 机器人非线性控制及力控制

8.1 位姿及轨迹控制

8.2 质量弹簧系统的力控制

8.3 力控制

第8章 单元测验

第8章 单元作业

第9章 机器人智能控制

9-1 机器学习在机器人中的应用

9-2 什么是机器学习

9-3 机器学习基础1(分类问题)

9-4 机器学习基础2(回归问题)

9-5 计算机视觉1

9-6 计算机视觉2

9.7 模仿学习机器人

9.8 自主学习机器人

9.9 多智能体机器人

9-10 未来智能机器人

第9章 单元测验

第9章 单元作业

第10章 协作机器人

10-1 协作机器人概念及内涵

10-2 人机交互基本概念

10-3 人机交互接口

10-4 人机协作机器人编程

第10章 单元测验

展开全部
预备知识

《机器人基础原理》课程的学习对象是大学二年级及以上本科生要求学生已学习了高等数学、线性代数等课程的基本内容。如学生已学习过自动控制原理对本课程的学习是有利的,但自动控制原理课程不是本课程的必须先修课程。

证书要求

(一)关于章节内容:

1. 第1-5章为机器人模型部分;

2. 第6-8章为机器人控制部分;

3. 第9-10章为机器人智能控制部分。

第1-8章是本课程的基础部分,一般情况下建议先进行第1-5章课程的学习,完成后再学习第6-8章。各章知识点之间也存在着一定的先后顺序要求,建议对每章的学习也按照章节的先后顺序来进行。

第9-10章内容具有一定的拓展性,可根据自身基础知识情况来安排。

第11章是与第1-8章理论知识相关的Matlab仿真,建议结合自身情况以及各章的理论知识来进行。

(二)单元测验、单元作业及期末考试:

单元测验以客观题为主。单元作业包含了部分主观题,需进行作业互评获得分数。期末考试全部为客观题。

(三)成绩构成:

由任课教师签发课程结业证书,完成课程内容的学习、成绩≥60者获得证书。

其中,60≤成绩<85者可申请合格证书,成绩≥85者可申请优秀证书。

成绩评定方法:第1章至第8章内容约70%,其它章节内容约30%。其中,单元测验及作业70分、期末考试30分。

参考资料

课程主要参考书:

(1)约翰·克莱格(John Craig)机器人学导论(原书第三版或第四版),机械工业出版社。(2) 蔡自兴,谢斌,机器人学(第三版),清华大学出版社。

东北大学
4 位授课老师
房立金

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教授

王斐

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教授

贾子熙

贾子熙

副教授

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