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智能机器人
第1次开课
开课时间: 2020年05月16日 ~ 2020年07月19日
学时安排: 5小时每周
当前开课已结束 已有 221 人参加
老师已关闭该学期,无法查看
spContent=21世纪是机器人的时代。机器人从固定工位发展到移动操控,从陆地延拓到海洋和天空;融入到人类生活,改变我们的生产方式、生活方式和思维方式。作为在当前科技生态下,多学科交叉融合衍生出来的“智能机器人”技术(Robot Tech),正逐渐发展成为与信息技术(IT) 一样重要的前沿技术,方兴未艾!在本门课程中,同学们将会学习到导论、运动变换、运动学、速度运动学、规划、关节控制、力控制、计算机视觉、视觉控制、移动机器人控制等智能机器人技术核心知识。让我们一起通过这门课程,携手打造属于自己心目中的personal robot!
21世纪是机器人的时代。机器人从固定工位发展到移动操控,从陆地延拓到海洋和天空;融入到人类生活,改变我们的生产方式、生活方式和思维方式。作为在当前科技生态下,多学科交叉融合衍生出来的“智能机器人”技术(Robot Tech),正逐渐发展成为与信息技术(IT) 一样重要的前沿技术,方兴未艾!在本门课程中,同学们将会学习到导论、运动变换、运动学、速度运动学、规划、关节控制、力控制、计算机视觉、视觉控制、移动机器人控制等智能机器人技术核心知识。让我们一起通过这门课程,携手打造属于自己心目中的personal robot!
—— 课程团队
课程概述

课程简介:


《智能机器人》是综合机械、自动化及传感测量等多门学科的基础理论课程,是自动化专业面向机器人领域的介绍性课程。本课程的任务是使学生获得机器人学相关理论基础,了解机器人发展现状,掌握机器人相关技术基础,提高学生对机器人概念的掌握,具备依据特定条件提出合理的机器人设计基本方案的能力,并为后续的专业课程打下理论基础 。


课程特色 :

本课程面向自动化系的学生, 就经典机器人学教材进行了调整,结合当今热门研究方向以及今后可能的工业应用领域,突出介绍了柔顺控制和路径规划的相关知识。课堂上还将就世界各知名院校、研究机构的就最新研究内容及视频与学生展开讨论,使学生掌握机器人界当今发展动态,培养学生基础知识的同时,提高其研究意识,扩展其眼界。



授课目标

教学目标:

1. 让学生掌握机器人相关技术基础,理解当今各种机器人特点与应用领域。
2. 学生可以通过对实际问题的分析,提出初步的机器人实现方案,能够理解其中的技术关键点与难点。
3. 让学生获得通过阅读最新文献信息,自己掌握机器人最新发展动态的能力。
4. 能够进一步提高学生与机器人相关技术的工程与科学素养, 从而达到专业学习的基本要求和满足市场与社会发展的需求。 


成绩要求

平时成绩占 30%,包含各章作业、课堂测验,讨论及大作业,主要考查各章知识点的理
解程度,学习态度,自主学习能力,利用现代工具获取所需信息和综合整理能力,课堂讨论
时的沟通和表达能力等
 。


期末成绩占 70%,采用闭卷笔试的形式,题型为:填空题、单项选择题、简答题、计算
题、分析设计题。


【注意】由于今年新冠疫情特殊情况,笔试闭卷可能无法按照预定计划进行,届时具体的分数比例和考核方法是,会在此基础上按照学校的有关政策做调整。

课程大纲
导论
课时目标:了解智能机器人的概念、发展与趋势;掌握智能机器人相关技术基础脉络;了解当今社会对智能机器人的需求和期望。
1.1 导论:机器人的数学模型
1.2 导论:机器人作为一种机械装置
运动变换
课时目标:了解机器人运动学基本原理,掌握刚体姿态的向量表示以及旋转矩阵的含义及数学运算。
2.1运动变换:位置表示,旋转表示
2.2运动变换:旋转变换,旋转叠加
2.3运动变换:旋转参数化
2.4运动变换:刚性运动,齐次变换
运动学
课时目标:熟悉D-H约定,掌握正向运动学推演合成,了解逆运动学及其运动解耦方法。
3.1运动学:运动链
3.2运动学:DH约定
3.3运动学:一般逆运动学问题
3.4运动学:运动解耦
速度运动学
课时目标:熟悉反对称阵,掌握几何雅克比的推导和求解,了解分析雅可比矩阵。
4.1速度运动学:角速度,反对称矩阵
4.2速度运动学:角速度与角速度求和
4.3速度运动学:线速度与雅可比
4.4速度运动学:工具速度,分析雅可比
规划
课时目标:掌握基于势场的路径规划、轨迹规划,了解概率路线图方法。
5.1 规划:位形空间,势场
5.2 规划:基于势场的路径规划
5.3 规划:局部最小,概率路线图
5.4 规划:轨迹规划
关节控制
课时目标:熟悉独立关节模型,掌握综合使用PID和前馈控制的设定点跟踪控制器设计,了解传系模型和状态空间法
6.1关节控制:独立关节模型
6.2关节控制:设定点跟踪
6.3关节控制:前馈控制与传系动力学
6.4关节控制:状态空间法
力控制
课时目标:熟悉运动旋量和力旋量、了解阻抗控控制分类和形式
7.1 力控制:坐标系和约束
7.2 力控制:网络模型和阻抗
7.3 力控制:动力学与控制
7.4 力控制:综合习题课
计算机视觉
课时目标:熟悉成像几何原理,掌握相机标定和基本的机器视觉方法(姿态估计)
8.1计算机视觉:成像几何
8.2计算机视觉:相机标定
8.3计算机视觉:阈值分割
8.4计算机视觉:连通域、目标姿态
视觉控制
课时目标:熟悉相机位形与交互矩阵,掌握基于图像的控制方法,了解运动感知
9.1 视觉控制:相机位形与交互矩阵
9.2 视觉控制:图像控制率
9.3 视觉控制:相机运动
9.4 视觉控制:划分方法与运动感知
移动机器人控制
课时目标:熟悉移动机器人运动模型,掌握两种经典模式的移动机器人控制方法
10.1 移动机器人控制:运动模型
10.2 移动机器人控制:前轮转向航向控制
10.3 移动机器人控制:前轮转向速度控制
10.4 移动机器人控制:差速转向航向/速度控制
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预备知识

1) 线性代数

2) 高等数学

2) 自动控制原理

3)大学物理

参考资料

1)机械臂和视觉部分:《机器人建模与控制》,(美)马克.斯庞著,机械工业出版社的
2)移动机器人部分:《移动机器人导航、控制与遥感》, (美)库克,赵春晖著,国防工业出版社 


参考:

1) 《机器人学,建模、控制与视觉》 ,熊友伦等著, 华中科技大学出版社 

2) 《机器人学建模、规划与控制》,西西里安诺著, 西安交通大学出版社

3) 《智能机器人系统建模与仿真》,刘金国等,科学出版社,第一版

4) 《移动机器人-建模、估计与控制》,韩建达等,科学出版社,第一版

5) 《机器人学导论》,[美]克来格,机械工业出版社,原书第三版

武汉理工大学
3 位授课老师
傅剑

傅剑

教授

蔡振华

蔡振华

副教授

庞牧野

庞牧野

副教授

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