<<机器人设计与制作>>教学大纲
一、课程基本信息
课程名称：机器人设计与制作
课程类别：课外实践课
适用专业：电子信息科学与技术、光电信息科学与技术、光电子材料、自动化、通信工程
周数：16周
学时：54学时
学分：3学分
先修课程：模拟电子技术、数字电子技术、电路分析、电子线路CAD
后续课程：综合电子设计、专业综合设计、工程实训
选用教材：《中国工程机器人大赛精选案例I》《机器人制作从入门到精通》
选读书目：《竞赛机器人》王志良，机械工业出版社
二、课程目的、性质与任务
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本科生课外创新实践课程。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动手操作能力，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）精通各种机器人程序的编程与调试
此外，还必须重视自学能力、分析问题和解决问题的能力。
三、课程的基本要求
通过本课程的教学，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。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。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。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。使学生了解机器人的控制原则、控制方法和轨迹规划。使学生能动手制作与开发人型、车型、飞行机器人。
四、组织方式
课堂教学，共54学时课，分为16次课，理论教学1次，具体安排如下：
日期 | 星期 | 时间 | 教学项目名称 | 项目类型 | 课时 |
2018.0925 | 二 | 15：30~ 17:00 | 一、机器人的认知与分类（包括人型机器人、车型机器人、飞行机器人） | 理论 | 2 |
2018.0925 | 二 | 18：30~ 21:00 | 二、各种机器人的构成及其工作原理 2.1人型机器人的架构 2.2车型机器人的构成 2.3飞行机器人的框架 | 验证型 | 3 |
2018.0926 | 三 | 18：30~ 21:00 | 三、各种电机的工作原理 3.1舵机的工作原理 3.2带编码直流电机的工作原理 3.3无刷直流电机的工作原理 | 验证型 | 3 |
2018.0927 | 四 | 18：30~ 21:00 | 四、各种机器人控制器的介绍 4.1人型机器人STM32控制板及其开发软件介绍 4.2车型机器人K60控制板及其开发软件介绍 4.3飞行机器人STC15、STM32双重处理器及其开发软件介绍 | 验证型 | 3 |
2018.0928 | 五 | 18：30~ 21:00 | 五、稳压模块原理与应用 5.1线性降压稳压芯片AS1117、7805的原理与应用 5.2开关降压芯片L2596的原理与应用 5.3开关升压芯片XL6009的原理与应用 | 验证型 | 3 |
2018.0929 | 六 | 18：30~ 21:00 | 六、各种电机驱动的原理与应用 6.1L298N驱动板的原理与应用 6.2无刷电调的原理、选型与应用 | 验证型 | 3 |
2018.108 | 一 | 18：30~ 21:30 | 七、寻迹传感器的原理、选型与应用 7.1光电传感器 7.2激光传感器 7.3CCD摄像头 | 验证型 | 4 |
2018.109 | 二 | 13:30~ 17:00 | 八、避障传感器的原理、选型与应用（一） 8.1收发单独声波传感器 8.2收发一体声波传感器 | 验证型 | 4 |
2018.109 | 二 | 18：30~ 21:30 | 八、避障传感器的原理、选型与应用（二） 8.3激光测距传感器 九、颜色传感器的原理、选型与应用 9.1颜色传感器 | 验证型 | 4 |
2018.1010 | 三 | 18：30~ 21:30 | 十、人型机器人软件的编写与调试 10.1交叉足机器人 10.2体操机器人 10.3舞蹈机器人 10.4竞走机器人 | 设计型 | 4 |
2018.1011 | 四 | 18：30~ 21:30 | 十一、车型机器人软件的编写与调试 11.1无人车软件的编写与调试 11.2搬运车软件的编写与调试 | 设计型 | 4 |
2018.1015 | 一 | 18：30~ 21:30 | 十二、飞行器软件的编写与调试 12.1STC15控制板的编写与调试 12.2STM32控制板的编写与调试 | 设计型 | 4 |
2018.10.16 | 二 | 13:30~ 17:00 | 十三、机器人赛道制作与场地布置 14.1各种人型机器人赛道的制作与布置 14.2各种车型机器人赛道的制作与布置 14.3各种飞行机器人赛道的制作与布置 | 综合型 | 4 |
2018.10.16 | 二 | 18：30~ 21:30 | 十四、基于寻迹、避障的人型机器人程序的编写与调试 14.1舞蹈机器人程序的编写 14.2标准竞速机器人程序的编写 | 综合型 | 4 |
2018.10.17 | 三 | 18：30~ 21:30 | 十五、基于颜色识别、避障、寻迹的车型机器人程序的编写与调试 15.1无人车程序的编写 15.2搬运车程序的编写 | 综合型 | 4 |
2018.10.18 | 四 | 18：30~ 21:30 | 十六、基于定高、寻迹模式的飞行器自主飞行程序的编写与调试 16.1定高模式的飞行器自主起飞、降落程序的编写 16.2寻迹模式的飞行器寻迹程序的编写与调试 | 综合型 | 4 |
五、教材及教学参考书的选用
1、《中国工程机器人大赛精选案例I》中国工程机器人大赛暨国际公开赛组委会编科学出版社 2017年
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
撰写：仇飞
