课程编号：
课程名称：机器人学
《机器人学》教学大纲
一、课程的地位、性质何任务
本课程是自动化、机械类专业为培养高级工程技术应用型人才而开设的硕士研究生选修课程。面对21世纪知识经济时代的机遇与挑战，人类（地球人）正在以非凡的智慧构思新世纪的蓝图。世界的明天将更加美好。但是，地球人在发展中也面临着环境、人口、资源、战争和贫困等普遍问题，同时还要学会与机器人共处,这是21世纪地球人必须正视和处理的紧要问题，是影响地球人生存和发展的休戚与共的重大事件。
机器人学是一门高度交叉的前沿学科，机器人技术是集力学、机械学、生物学、人类学、计算机科学与工程、控制论与控制工程学、电子工程学、人工智能、社会学等多学科知识之大成，是一项综合性很强的新技术。自第一台电子编程工业机器人问世以来，机器人学已取得令人瞩目的成就。正如宋健教授1999年7月5日在国际自动控制联合会第14届大会报告中所指出的：“机器人学的进步和应用是本世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义上的自动化。” 机器人技术的出现与发展，不但使传统的工业生产面貌发生根本性的变化，而且将对人类的社会生活产生深远的影响。
通过本课程的学习，培养学生的思维能力和严谨的求学态度，本课程的主要任务是：通过本课程的学习，使学生达到以下基本要求：
（1）了解机器人的特点、结构与分类。了解机器人学的研究领域及其与人工智能的关系。
（2）掌握机器人运动方程的表示及运动方程的求解。 （3）掌握机器人动力学方程。
（4）了解机器人的基本控制原则，初步掌握机器人的位置控制和柔顺控制以及机器人的分解运动控制。
（5）了解机器人规划的作用和任务，初步认识机器人的轨迹规划问题。 （6）了解机器人编程的要求和分类、机器人语言系统的结构和基本功能。 此外，还必须重视自学能力、分析问题和解决问题的能力。
二、学时分配表
教学内容
第一章 绪论
第二章 机器人学的数学基础 第三章 机器人运动方程的表示与求解
第四章
机器人动力学
第五章
机器人的控制
第六章
机器人学的现状与未来
合计
授课学时
2 10 12 14 14 2 54
实验学时
0
三、课程的内容与要求
本课程具体内容与要求如下： 第一章：绪论
通过本章内容的教学，使学生了解机器人学的起源与发展，讨论机器人学的定义，分析机器人的特点、结构与分类。
主要内容：
1． 机器人学的发展。
2． 机器人的特点、结构与分类。 3． 机器人学与人工智能的关系。 第二章：数学基础
通过本章内容的教学，使学生掌握空间任意点的位置和姿态变换、坐标变换、齐次坐标变换、物体的变换和逆变换，以及通用旋转变换等。
主要内容：
1． 位置和姿态的表示。 2． 坐标变换。 3．
齐次坐标变换。 4． 物体的变换及逆变换。 5．
通用旋转变换。 第三章：机器人运动学
通过本章内容的教学，使学生掌握空间任意点的位置和姿态变换、坐标变换、齐次坐标变换、物体的变换和逆变换，以及通用旋转变换等。
主要内容：
1．机器人运动方程的表示。 2．机械手运动方程的求解。 3．机器人的雅可比公式。 第四章：机器人动力学
通过本章内容的教学，使学生能够掌握机器人动力学方程、动态特性和静态特性；着重分析机械手动力学方程的两种求法，即拉格朗日功能平衡法和牛顿-欧拉动态平衡法；然后总结出建立拉格朗日方程的步骤。
主要内容： 1．刚体动力学。 2．机械手动力学方程。 3．机器人的动态特性。 4．机械手的稳态负荷。 第五章：机器人控制
通过本章内容的教学，使学生了解机器人的控制原则、控制方法和轨迹规划。 主要内容：
1． 机器人的基本控制原则。 2．
机器人的位置控制。 3．
机器人的柔顺控制。 4． 机器人的分解运动控制。 第六章：机器人学的现状与未来
包括国内外机器人技术和市场的发展现状和预测、21世纪机器人技术的发展趋势、我国新世纪机器人学的发展战略等。不同类型机器人的研究发展状况等。
四、说明
机器人学课程目的是要求学生通过学习、课堂教育，能了解机器人发展的最新技术与现状；初步掌握机器人技术的基本知识。课外注重培养学生对机器人的兴趣。课内教学注重对学生能力的培养。
本课程应在线性代数、机械机构和自动控制等课程后开设。
五、教材及教学参考书的选用
1、《机器人学》 蔡自兴主编 清华大学出版社 2000年 （教材）
2、《机器人学导论》约翰J.克雷格主编 西北工业大学出版社 1987年
3、《机器人探索》 Fred G.Martin主编 电子工业出版社 2004年
