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上海交通大学机械与动力工程学院硕士课程内容介绍《机器人学》

上海交通大学 免费考研网/2012-12-28


《机器人学》

课程代码X020541学分/学时2.0/36开课时间
课程名称机器人学
开课学院机械与动力工程学院
任课教师费燕琼
面向专业
预修课程
课程讨论时数0 (小时)课程实验数0 (小时)
课程内容简介

介绍机器人的特点、结构类型、性能指标、应用及发展概况;讨论机器人学的数学基础,用齐次变换描述刚体的空间位姿,求取等效转角和等效转轴;采用基本方法:D-H(Denavit-Hartenberg)方法描述机器人相邻连杆间的转换矩阵,在每个杆件上建立笛卡儿坐标系,确定四个连杆参数,最终求取机器人的运动学正解,根据三角函数方程,求取机器人运动学逆解;介绍雅克比矩阵的定义及性质,根据微分变换,求解一般机器人的雅克比矩阵;利用牛顿-欧拉方法推导了机器人递归运动方程,及用拉格朗日方法进行机器人动力学推导,并进行静力学分析,求取等效力矩和广义力、不同坐标系间静力的变换;最后简单介绍了机器人的控制原则和控制方法(位置控制和柔顺控制等),讨论机器人的运动规划问题。

课程内容简介(英文)

Introducing the characters, structure, performance, application and development of robot; discussing the mathematical fundamentals, describing the position and attitude of a rigid body with Homogeneous Transformation, obtaining the equivalent rotary angle and rotary axis; describing the transformation matrix between two links with D-H method, setting up the Cartesian coordinate system and obtaining the kinematics. The inverse kinematics is also obtained with triangle functions; introducing the Jacobian of the robot, deducing the Jacobian matrix with differential motion of the robot; deducing the recursive motion equations with Newdon-Oula method and the dynamics with Lagrange method, analyzing the static forces; at last, introducing the basic principles and methods of the robotic control and discussing the motion planning of the robot.

教学大纲

本课程属于研究生学位课,涉及机械设计、数学、理论力学、控制、计算机、传感器等多门学科的综合。本课程的教学内容包括:介绍机器人的特点、结构类型、性能指标、应用及发展概况;讨论机器人学的数学基础,用齐次变换描述刚体的空间位姿,求取等效转角和等效转轴;采用基本方法:D-H(Denavit-Hartenberg)方法描述机器人相邻连杆间的转换矩阵,在每个杆件上建立笛卡儿坐标系,确定四个连杆参数,最终求取机器人的运动学正解,根据三角函数方程,求取机器人运动学逆解;介绍雅克比矩阵的定义及性质,根据微分变换,求解一般机器人的雅克比矩阵;利用牛顿-欧拉方法推导了机器人递归运动方程,及用拉格朗日方法进行机器人动力学推导,并进行静力学分析,求取等效力矩和广义力、不同坐标系间静力的变换;最后简单介绍了机器人的控制原则和控制方法(位置控制和柔顺控制等),讨论机器人的运动规划问题。要求学生了解国内外最新机器人的研究成果,掌握机器人学中最基本的内容及方法,学会应用最基本的方法来解决复杂问题,扩展及加深对机器人学的认识。通过学好这门课,使研究生能掌握机器人学中涉及的最基本知识:能分析机器人的一般结构,会应用机器人运动学的基本方法D-H方法来求解机器人运动学问题,能解决一般机器人的雅克比矩阵问题,会应用所学知识解决机器人的动力学及控制问题,会选择规划方法求解机器人的规划问题。

课程进度计划

(无)

课程考核要求

为了加深学生对本课程的理解,需对学生进行测试。由于本课程公式多,只要学生掌握基本知识,所以采用开卷考试的方式,测试学生对上课所学内容掌握的程度,根据考试情况及出勤率来给学生打分。考试内容包括:要求学生会应用课堂上所讲授的方法了解机器人学中涉及的最基本概念;给出一个普通机器人的简图,运用D-H(Denavit-Hartenberg)方法描述机器人相邻连杆间的转换矩阵,在机器人每个杆件上建立坐标系,确定D-H参数,求解机器人运动学正、逆解;求出机器人的雅克比矩阵;运用牛顿-欧拉法或拉格朗日方法求解机器人的动力学及控制等问题。

参 考 文 献
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