课程详述

COURSE SPECIFICATION

以下课程信息可能根据实际授课需要或在课程检讨之后产生变动。如对课程有任何疑问，请联

系授课教师。

The course information as follows may be subject to change, either during the session because of unforeseen

circumstances, or following review of the course at the end of the session. Queries about the course should be

directed to the course instructor.

课程名称 Course Title

机器人基础

Fundamentals of Robotics

授课院系

Originating Department

机械与能源工程系

Department of Mechanical and Energy Engineering

课程编号

Course Code

ME306

课程学分 Credit Value

课程类别

Course Type

专业核心课

Major Core Courses

授课学期

Semester

春季 Spring

授课语言

Teaching Language

中英双语 English & Chinese

授课教师、所属学系、联系方

式（如属团队授课，请列明其

他授课教师）

Instructor(s), Affiliation&

Contact

（For team teaching, please list

all instructors）

柯文德

机械与能源工程系

13809883997

Wende Ke

Department of Mechanical and Energy Engineering

13809883997

实验员/助教、所属学系、联系

方式

Tutor/TA(s), Contact

需助教 1 人，待公布 To be announced

10.

选课人数限额(可不填)

Maximum Enrolment

（Optional）

授课方式

Delivery Method

讲授

Lectures

习题/辅导/讨论

Tutorials

实验/实习

Lab/Practical

其它(请具体注明)

Other（Please specify）

总学时

Total

11.

学时数

Credit Hours

12.

先修课程、其它学习要求

Pre-requisites or Other

Academic Requirements

ME303 机械设计基础 Fundamentals of Machine Design

ME307 控制工程基础 Fundamentals of Control Engineering

13.

后续课程、其它学习规划

Courses for which this course

is a pre-requisite

ME403 智能机器人技术 Intelligent Robot Technology

14.

其它要求修读本课程的学系

Cross-listing Dept.

教学大纲及教学日历 SYLLABUS

15.

教学目标 Course Objectives

机器人基础是机械制造领域内的专业核心课程，该课程为中英双语授课，详细讲授机器人设计、控制、编程和使用的

技术要点和基础理论，如位姿描述和齐次变换、操作臂的运动学、雅可比、动力学、轨迹规划、控制、机器人语言和离线

编程等。

课程分组项目能够实现以学生掌握知识为目标、通过实验课程项目提高学生实际能力、培养学生国际化思维以及团队

协作管理复合能力的目标。

Fundamentals of Robotics is the core course in the field of mechanical manufacturing. The course will

be taught in both English and Chinese. The technologies in design, control, programming and application

will be described in detail, such as posture description and homogeneous transformation, kinematics,

Jacobian, dynamics, trajectory planning, control, robot language and offline programming, etc.

The projects based on experiments help students to master the corresponding knowledge, improve their

practical ability and train their international thinking method and team cooperation.

16.

预达学习成果 Learning Outcomes

机器人基础是机械制造领域内的专业核心课程，主要讲授机器人设计、控制、编程和使用的技术要点和基础理论等方

面的内容。该课程采用中英文授课、课程分组项目能够实现以学生掌握知识为目标，通过实验课程项目提高学生实际能

力、培养学生国际化思维以及团队协作管理复合能力，培养具有原始创新能力的人才、具有集成创新能力的人才。

Fundamentals of Robotics is a core course in the field of mechanical manufacturing. Its main topics

are about of robotics design, control, programming and application concern to technologies and fundamental

theories. This course will be taught in both English and Chinese. The projects based on experiments help

students to master the corresponding knowledge, improve their practical ability and train their

international thinking method and team cooperation.

17.

课程内容及教学日历（如授课语言以英文为主，则课程内容介绍可以用英文；如团队教学或模块教学，教学日历须注明

主讲人）

Course Contents (in Parts/Chapters/Sections/Weeks. Please notify name of instructor for course section(s), if

this is a team teaching or module course.)

Week

内容 Contents

1（2 课时）

1 (2 hours)

机器人基础介绍

Introduction to fundamental of robotics

2（2 课时）

2 (2 hours)

空间位姿描述与齐次变换（第 1 部分）

1. 刚体；2. 坐标变换；3. 齐次坐标与齐次变换；4. 齐次变换矩阵计算

Pose description and homogeneous transformation (part 1)

1. Pose of rigid body; 2. coordinate transformation; 3. homogeneous

coordinate and homogeneous

ransformation; 4. calculation of homogeneous transformation matrix.

3（2 课时）

3 (2 hours)

空间位姿描述与齐次变换（第 2 部分）

1. 变换等式；2. 欧拉角与 RPY 角；3. 旋转变换广义公式

Pose description and homogeneous transformation (part 2)

1. Transformation equation; 2. Euler angle and RPY angle; 3. general

formula of rotation transformation.

4（2 课时）

4 (2 hours)

操作臂运动学

1. D-H 变换 2. 机器人逆运动学；3. 逆运动学关键问题；4. 关节空间和工作空间

Manipulator kinematics (part 2)

1. D-H transform ; 2. Inverse kinematics; 3. key problems in inverse

kinematics; 4. joint space and working space.

5（2 课时）

5 (2 hours)

微分运动和速度

1. 雅克比矩阵; 2. 微分变换; 3. 雅克比矩阵求逆

Differential motion and velocity

1. Jacobian matrix; 2. Differential transformation; 3. Inversion of

Jacobian matrix

6（2 课时）

6 (2 hours)

操作臂动力学

1. 拉格朗日动力学; 2. 多自由度机器人的动力学方程; 3. 坐标系间力和力矩的变

换

Manipulator dynamics

1. Lagrange dynamics; 2. Dynamics equations of Multi-DOF Robots;

3. Transformations of forces and torques between coordinate systems

7（2 课时）

7 (2 hours)

轨迹规划

1. 轨迹规划问题；2. 关节轨迹插值

Trajectory planning

1. Problems in trajectory planning; 2. joint trajectory interpolation.

8（2 课时）

8 (2 hours)

驱动器控制

1. 驱动系统; 2. 电动机; 3. 伺服电机; 4. 减速器

Driver control

1. Driving system; 2. Motor; 3. Servo motor; 4. Reducer

9（2 课时）

9 (2 hours)

机器人控制系统

1. 非线性控制; 2. 多关节控制; 3. 工业机器人控制系统

Robot Control System

1. Nonlinear control; 2. Multi-joint control; 3. Industrial robot Control

System

10（2 课时）

10 (2 hours)

机器人的传感器技术-常用的传感器及其原理（一）

Sensor technology in robot-common sensors and principles (part 1)

11（2 课时）

11 (2 hours)

机器人的传感器技术-常用的传感器及其原理（二）

Sensor technology in robot-common sensors and principles (part 2)

12（2 课时）

12 (2 hours)

机器人图像处理原理及其方法

Principle of image processing and methods in robotics

13（2 课时）

13 (2 hours)

机器人智能控制原理及其方法（一）

Principles of intelligent control and methods of robotics (part 1)

14（2 课时）

14 (2 hours)

机器人智能控制原理及其方法（二）

Principles of intelligent control and methods of robotics (part 2)

15（2 课时）

15 (2 hours)

机器人编程语言及离线编程

Programming language for robot and off-line programming

16（2 课时）

16 (2 hours)

复习与项目答辩

Review and dissertation of project

实验 Experiments

ABB 串联工业机器人仿真（第 1、2、3、4 周，8 节课）

1. 基本模型构建；2. 工作空间建模；3. 基本动作设计

Simulation of ABB serial industrial robot (week 1, 2, 3, 4. 8 hours)

1. Basic motions; 2. Modeling of workspace; 3. Design of basic motions

ABB 串联工业机器人仿真（第 5、6、7、8 周，8 次课）

1. 基本路径规划；2. 基本流水线工作台设计

Simulation of ABB serial industrial robot (week 9, 10, 11, 12. 8 hours)

1. Basic trajectory planning; 2. Basic design of streamline platform.

ABB 串联工业机器人仿真（第 9、10、11、12 周，8 次课）

1. 路径规划；2. 流水线工作台设计； 3. 仿真项目演示

Simulation of ABB serial industrial robot (week 9, 10, 11, 12. 8 hours)

1. Trajectory planning; 2. Design of streamline platform; 3. Demonstration of simulation

project

ABB 串联工业机器人实物样机操作（第 13、14、15、16 周，8 次课）

1. 编程语言设计；2. 设计效果评价；3. 实物样机演示

ABB serial industrial robot (week 13, 14, 15, 16. 8 hours)

1. design of basic programming language；2. Evaluation of design; 3. Demonstration of

physical prototype.

18.

教材及其它参考资料 Textbook and Supplementary Readings

1. 机器人技术基础，熊有伦，华中科技大学出版社，1996 年 8 月第一版，2016 年 8 月第 22 次印刷

Technological fundamental of robotics, 1

- ed. By Youlun Xiong, Aug. 1996

2. 机器人建模和控制，马克 W. 斯庞，机械工业出版社， 2016 年 07 月第一版

Robot modeling and control, 1

- ed. By Spong W. Mark, China machine press,Jul. 2016

3. 机器人建模、规划与控制. 西西利亚诺，等. 机械工业出版社，2013 年 01 月第一版

Robotics - Modelling, Planning and Control. Bruno Siciliano, ea tl. Springer press, 2009

课程评估 ASSESSMENT

19.

评估形式

Type of

Assessment

评估时间

Time

占考试总成绩百分比

% of final

score

违纪处罚

Penalty

备注

Notes

出勤 Attendance

课堂表现

Class

Performance

小测验

Quiz

课程项目 Projects

平时作业

Assignments

期中考试

Mid-Term Test

期末考试

Final Exam

期末报告

Final

Presentation

其它（可根据需要

改写以上评估方

式）

Others (The

above may be

modified as

necessary)

20（实验部分）

20.

记分方式 GRADING SYSTEM

√ A. 十三级等级制 Letter Grading

 B. 二级记分制（通过/不通过） Pass/Fail Grading

课程审批 REVIEW AND APPROVAL

21.

本课程设置已经过以下责任人/委员会审议通过

This Course has been approved by the following person or committee of authority