1
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.
1.
课程名称 Course Title
高等机构动力学
Advanced Kinematics and Dynamics of Mechanisms
2.
授课院系
Originating Department
机械与能源工程系
Department of Mechanical and Energy Engineering
3.
课程编号
Course Code
ME312
4.
课程学分 Credit Value
3
5.
课程类别
Course Type
专业选修课 Major Elective Courses
6.
授课学期
Semester
春季 Spring
7.
授课语言
Teaching Language
中英双语 English & Chinese
8.
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）
潘阳 Yang Pan
机械与能源工程系 Department of Mechanical and Energy Engineering
15900823905
9.
实验员/助教、所属学系、联系
方式
Tutor/TA(s), Contact
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
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
48
2
Credit Hours
12.
先修课程、其它学习要求
Pre-requisites or Other
Academic Requirements
ME306 机器人基础 或 ME331 机器人建模与控制
ME306 Fundamentals of Robotics or ME331 Robot Modeling and Control
13.
后续课程、其它学习规划
Courses for which this course
is a pre-requisite
无 NA
14.
其它要求修读本课程的学系
Cross-listing Dept.
无 NA
教学大纲及教学日历 SYLLABUS
15.
教学目标 Course Objectives
本课程旨在讲授基于旋量的机器人建模方法，让学生可以学到最新的动力学建模方法，分析不同机构的动力学，设计更可
靠、轻便、快速的机构，对机器人实现最优控制。
This course is based on screw theory and students will learn techniques of how to build a universal dynamic model for
articulated robots. Students are also benefited by learning how to design mechanisms and strategy to control them.
16.
预达学习成果 Learning Outcomes
通过本课程的学习，学生可以对空间机构完成机构设计、分析等任务，可以对机器人动力学进行建模和仿真，为之后的机
器人力控制提供良好基础。
Students are expected to be able to design and analyze spatial mechanisms, build kinematic and dynamic models of
serial and parallel robots after this course. They should have basic conceptions robot force/torque control as well.
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.)
课程内容
教学要求
学时
分配
机器人系统介绍
机器人动力学的应用背景
本课程的性质、任务和主要内容
投影方法的基本概念
Introduction of Robot System
Application background of
Robot System
The objectives and outcome of
this course
了解机器人动力学的背景，不同的建模方法
Understand the history and importance of Robot
Dynamics
3
机器人动力学应用领域
Application of Robot Dynamics
了解机器人动力学的应用场景
Understand applications of robot dynamics
3
刚体、速度和力
Rigid Body, Velocity and Force
掌握基本刚体、空间速度和力
Understand the basic conception of rigid body, spatial
velocity and force
3
3
速度旋量和力旋量
Twist and Wrench
掌握旋量
掌握 twist 和 wrench
Understand the screw
Understand twist and wrench
3
旋量系统
2 系统
3 系统
4 系统
Screw System
2-systems
3-systems
4-systems
掌握旋量系的分析方法
Learn analysing method of screw systems
3
旋量的坐标系转换
转换矩阵
力旋量转换方法
速度旋量转换方法
Coordinate Transformation of Screw
T matrix
Transformation of twists
Transformation of wrench
掌握旋量的坐标系变换
Learn how to transform coordinate of screws.
3
速度旋量和点速度的关系 Relationship
between Twist and Point Velocity
了解空间速度与传统速度表达之间的关系
Understand relationship between Twist and Point
Velocity
3
基于旋量的机器人正解
Forward Kinematics
学习机器人正解建模方法
Understand forward kinematic modelling of serial
chain robots
3
加速度、力与惯量
Spatial Acceleration, Force and Inertia
学习基于旋量的空间加速度和惯量的表达
Understand the spatial acceleration and inertia
3
基于旋量的力平衡方程
Force balance equation
学习建立刚体力学方程
Understand modelling of force balance equations
3
动力学模型的输入、输出
Problems of Dynamics
了解动力学模型的基本概念。
Understand concept of robot dynamic model
3
动力学正问题与逆问题
Forward and Inverse Model of Dynamics
了解机器人动力学正反问题及建模方法。
Learn how to build forward and inverse dynamic
models
3
动力学的通用形式
Universal Form of Dynamic Equations
了解如何建立通用形式的机器人动力学方程。
Learn how to build general dynamic models
3
UR5 的动力学模型
Dynamic Modelling of UR5
学会建立串联 UR5 的机器人模型
Learn to build models for UR5
3
李群初步
Lie Group
了解群论在机器人学科中的应用
Learn Lie groups and how they are applied in
Robotics
3
课程总结
Conclusion
总结本学期所学内容
Summarize this course
3
18.
教材及其它参考资料 Textbook and Supplementary Readings
4
教材：
《高等空间机构学（第二版研究生教学用书）》黄真，赵永生，赵铁石 著
参考材料：
《机构学与机器人学的几何基础与旋量代数》 戴建生
《Rigid Body Dynamics Algorithms》 Roy Featherstone
《MODERN ROBOTICS》——Kevin M. Lynch and Frank C. Park
《Geometric Fundamentals of Robotics》——J.M. Selig
《A Beginner's Guide to 6-D Vectors》 —— Roy Featherstone
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
当场
15%
课堂表现
Class
Performance
当场
15%
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
70%
其它（可根据需要
改写以上评估方
式）
Others (The
above may be
modified as
necessary)
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
5
机械与能源工程系教学委员会