《机器人动力学与仿生控制》课程教学大纲机器人动力学与仿生控课程名称课程编码CTRL512制RobotDynamics and英文名称口考试口考查考核方式Bionic Control口公共必修课学分2学分口专业必修课口公共选修课课程性质口专业选修课总学时32口补修课口其他，口本研一体化课程口特色课程口学科交叉融合课程口全英文授课课程课程特点实验学时0口双语授课课程口案例课程口校企联合课程团其他先修课程（已具线性代数、控制理论、大学物理备知识能力）适用学科/专业控制科学与工程、电子信息（控制工程）、电子信息（人工智能）学位类别（领域）一、课程教学目标（说明：根据培养目标，紧密结合本课程特性与内涵，概括性的确定出学习者学习该课程后，在知识、科研实践能力和创新能力等方面应达到的目标与要求。）教学目标1：掌握机器人运动学及动力学的基础理论及建模方法：掌握坐标变换的基本概念和机器人的位姿描述方法；具有对机器人进行运动学分析和逆运动学分析的基本知识和技能；具有机器人动力学分析和计算的基本知识；具有按已知条件进行机器人轨迹规划的基本知识和能力；具有对机器人进行控制系统设计的基本知识。教学目标2：通过课外查阅文献、工程软件学习，完成一般机器人动力学分析及仿生控14
14 《机器人动力学与仿生控制》课程教学大纲 课程名称 机器人动力学与仿生控 制 课程编码 CTRL512 英文名称 Robot Dynamics and Bionic Control 考核方式 □考试 考查 课程性质 □公共必修课 □专业必修课 □公共选修课 专业选修课 □补修课 □其他_ 学分 2 学分 总学时 32 课程特点 □本研一体化课程 □特色课程 □学科交叉融合课程 □全英文授课课程 □双语授课课程 □案例课程 □校企联合课程 其他_ 实验学时 0 先修课程（已具 备知识能力） 线性代数、控制理论、大学物理 适用学科/专业 学位类别（领域） 控制科学与工程、电子信息（控制工程）、电子信息（人工智能） 一、课程教学目标 （说明：根据培养目标，紧密结合本课程特性与内涵，概括性的确定出学习者学习该课 程后，在知识、科研实践能力和创新能力等方面应达到的目标与要求。） 教学目标 1:掌握机器人运动学及动力学的基础理论及建模方法；掌握坐标变换的基本 概念和机器人的位姿描述方法；具有对机器人进行运动学分析和逆运动学分析的基本知识和 技能；具有机器人动力学分析和计算的基本知识；具有按已知条件进行机器人轨迹规划的基 本知识和能力；具有对机器人进行控制系统设计的基本知识。 教学目标 2:通过课外查阅文献、工程软件学习，完成一般机器人动力学分析及仿生控
制实践，培养学生掌握主要文献检索及使用方法、自学工程软件、自主建模及解决工程问题的相关能力。教学目标3:通过学生自行组建3-4人的项目小组，围绕开放性的间题，基于课程的基本理论及方法分工合作完成一般机器人的建模、运动学分析、动力学分析和控制系统设计并撰写报告，培养学生团队合作及创新创业能力。二、课程教学内容提要与基本要求理论部分序号学时教学内容提要基本要求一、绪论理解机器人学的研究的对象及发展脉1本课程的研究对象和内容；机络。了解常见机器人的本体结构与传动装2置。器人的概述、机器人系统简介二、空间描述与坐标变换位置与姿态的表示、坐标变换与齐掌握位置与姿态的表示、坐标变换与26次坐标变换；物体的变换与逆变齐次坐标变换；物体的变换与逆变换。换。三、机器人运动学掌握轮式机器人运动学分析方法和实轮式机器人运动学分析与运际机器人系统运动学控制，机械臂连杆描3动学控制，机械臂连杆描述及附加6述及附加坐标系选择方法。重点掌握全向坐标系选择方法，机械臂运动学求移动机器人运动学与控制技术。解方法。四、机器人逆运动学了解机器人逆运动学的求解方法和多机器人逆运动学的求解方法解性间题，掌握简单机器人的逆运动学的4和多解性间题，机器人的逆运动学4求解方法。理解机器人同时定位与地图创的求解方法；机器人同时定位与地建技术。图创建。五、速度和静力学关系掌握雅可比矩阵的定义和计算方法；雅可比矩阵的定义和计算方掌握通过雅可比矩阵建立关节空间和笛卡52法；雅可比矩阵在机器人运动学和儿空间速度关系、关节生成力矩和末端接静力学中的作用。触力之间的关系的方法六、操作臂动力学约束的含义，系统能量表达；理解机器人动力学的牛顿-欧拉方程；64机器人动力学的牛顿-欧拉方程、掌握机器人动力学的拉格朗日公式。拉格朗日方程，15
15 制实践，培养学生掌握主要文献检索及使用方法、自学工程软件、自主建模及解决工程问题 的相关能力。 教学目标 3:通过学生自行组建 3-4 人的项目小组，围绕开放性的问题，基于课程的基 本理论及方法分工合作完成一般机器人的建模、运动学分析、动力学分析和控制系统设计并 撰写报告，培养学生团队合作及创新创业能力。 二、课程教学内容提要与基本要求 理论部分 序号 教学内容提要 基本要求 学时 1 一、绪论 本课程的研究对象和内容；机 器人的概述、机器人系统简介 理解机器人学的研究的对象及发展脉 络。了解常见机器人的本体结构与传动装 置。 2 2 二、空间描述与坐标变换 位置与姿态的表示、坐标变换与齐 次坐标变换；物体的变换与逆变 换。 掌握位置与姿态的表示、坐标变换与 齐次坐标变换；物体的变换与逆变换。 6 3 三、机器人运动学 轮式机器人运动学分析与运 动学控制，机械臂连杆描述及附加 坐标系选择方法，机械臂运动学求 解方法。 掌握轮式机器人运动学分析方法和实 际机器人系统运动学控制，机械臂连杆描 述及附加坐标系选择方法。重点掌握全向 移动机器人运动学与控制技术。 6 4 四、机器人逆运动学 机器人逆运动学的求解方法 和多解性问题，机器人的逆运动学 的求解方法；机器人同时定位与地 图创建。 了解机器人逆运动学的求解方法和多 解性问题，掌握简单机器人的逆运动学的 求解方法。理解机器人同时定位与地图创 建技术。 4 5 五、速度和静力学关系 雅可比矩阵的定义和计算方 法；雅可比矩阵在机器人运动学和 静力学中的作用。 掌握雅可比矩阵的定义和计算方法； 掌握通过雅可比矩阵建立关节空间和笛卡 儿空间速度关系、关节生成力矩和末端接 触力之间的关系的方法。 2 6 六、操作臂动力学 约束的含义，系统能量表达； 机器人动力学的牛顿-欧拉方程、 拉格朗日方程。 理解机器人动力学的牛顿-欧拉方程； 掌握机器人动力学的拉格朗日公式。 4
七、机器人路径规划了解移动机器人规划方法和机械臂留机器人路径规划和轨迹规划7卡儿空间轨迹规划方法；掌握机械臂关节4的概念，移动机器人规划方法和机空间轨迹规划方法，械臂笛卡儿空间轨迹规划方法。八、机器人控制机器人系统反馈与闭环控制；了解机器人力控制技术；掌握机器人8机器人力控制技术；机器人系统的4系统的分解控制设计方法：能采用李亚普分解控制设计方法；李亚普诺夫方诺夫方法分析机器人控制系统的稳定性。法。三、教学方法本课程采取理论学习与科研实践相结合的方法开展教学，以理论学习为支撑、以小组为单位围绕开放性问题进行选题、建模、动力学分析及控制系统设计等方面进行文献调研及科研实践，阶段性的开展汇报交流，并在期末完成项目报告。四、课程思政内容（说明：课程思政建设内容要围绕坚定学生理想信念，以爱党、爱国、爱社会主义、爱人民、爱集体为主线，从政治认同、家国情怀、文化素养、法治意识、道德修养等方面入手优化课程思政设计，系统开展中国特色社会主义和中国梦、社会主义核心价值观、法治意识、中华优秀传统文化等内容教育。）1.通过梳理机器人技术发展脉络，阐述我国古代机器人的维形，以及现代机器人发展从无到有的艰辛历程，增强使命感与荣誉感；2.通过对自主移动机器人前沿技术的介绍与分析，阐述我国目前技术研究程度，不足，科研工作者不屈不挠的赶超精神；3.通过理论与实践的关系讲解，引入唯物辩证法、高斯、庞加莱等科学巨匠的故事。五、教学目标达成与评价方式（说明：本课程支撑的知识获得、科研实践能力提升、创新能力提升等方面的教学目标达成与评价方式）8.教学目标1主要为机器人动力学及控制等基础知识获得，本课程通过课堂教授、学生文献阅读、科研实践等活动达成；达成情况通过课堂考勤及项自报告的情况评价：9.教学自标2，3为创新实践、项自实践以及团队合作等能力的提升，本课程通过围绕机器人系统的建模、动力学分析及控制布置合适的选题，分组完成文献调研及科研实践等活动达成；达成情况通过日常课堂汇报、项目报告的情况评价16
16 7 七、机器人路径规划 机器人路径规划和轨迹规划 的概念，移动机器人规划方法和机 械臂笛卡儿空间轨迹规划方法。 了解移动机器人规划方法和机械臂笛 卡儿空间轨迹规划方法；掌握机械臂关节 空间轨迹规划方法。 4 8 八、机器人控制 机器人系统反馈与闭环控制； 机器人力控制技术；机器人系统的 分解控制设计方法；李亚普诺夫方 法。 了解机器人力控制技术；掌握机器人 系统的分解控制设计方法；能采用李亚普 诺夫方法分析机器人控制系统的稳定性。 4 三、教学方法 本课程采取理论学习与科研实践相结合的方法开展教学，以理论学习为支撑、以小组为 单位围绕开放性问题进行选题、建模、动力学分析及控制系统设计等方面进行文献调研及科 研实践，阶段性的开展汇报交流，并在期末完成项目报告。 四、课程思政内容 （说明：课程思政建设内容要围绕坚定学生理想信念，以爱党、爱国、爱社会主义、爱 人民、爱集体为主线，从政治认同、家国情怀、文化素养、法治意识、道德修养等方面入手 优化课程思政设计，系统开展中国特色社会主义和中国梦、社会主义核心价值观、法治意识、 中华优秀传统文化等内容教育。） 1.通过梳理机器人技术发展脉络，阐述我国古代机器人的雏形，以及现代机器人发展从 无到有的艰辛历程，增强使命感与荣誉感； 2.通过对自主移动机器人前沿技术的介绍与分析，阐述我国目前技术研究程度，不足， 科研工作者不屈不挠的赶超精神； 3.通过理论与实践的关系讲解，引入唯物辩证法、高斯、庞加莱等科学巨匠的故事。 五、教学目标达成与评价方式 （说明：本课程支撑的知识获得、科研实践能力提升、创新能力提升等方面的教学目标达成 与评价方式） 8. 教学目标 1 主要为机器人动力学及控制等基础知识获得，本课程通过课堂教授、 学生文献阅读、科研实践等活动达成；达成情况通过课堂考勤及项目报告的情况评价； 9. 教学目标 2，3 为创新实践、项目实践以及团队合作等能力的提升，本课程通过围 绕机器人系统的建模、动力学分析及控制布置合适的选题，分组完成文献调研及科研实 践等活动达成；达成情况通过日常课堂汇报、项目报告的情况评价
六、课程成绩评定（说明：成绩组成部分，具体要求及成绩评定方法等。）考核方式备注考核方式成绩比例（%）（根据课程实际需要填写）学习表现20课堂互动、纪律、作业等30科研活动文献调研、科研实践等50期末考试项目报告七、建议教材与主要参考书建议教材：曹其新译，（美）安德鲁，平哈斯著。机器人动力学与系统控制，机械工业出版社，2022.参考书：1．张奇志，周亚丽．机器人学简明教程。西安电子科技大学出版社2013。2.负超译，（美）克来格著．机器人学导论．机械工业出版社，2006。3.蔡自兴.机器人学基础[M].机械工业出版社，2009。八、编制与审核工作内容负责人完成时间陈启丽编制（任课教师）2024.8.20审核（学科、专业负范军芳2024.8.20责人）批准（主管院长）刘宁2024.8.2017
17 六、课程成绩评定 （说明：成绩组成部分，具体要求及成绩评定方法等。） 考核方式 考核方式 （根据课程实际需要填写） 成绩比例（%） 备注 学习表现 课堂互动、纪律、作业等 20 科研活动 文献调研、科研实践等 30 期末考试 项目报告 50 七、建议教材与主要参考书 建议教材： 曹其新译，（美）安德鲁，平哈斯著. 机器人动力学与系统控制，机械工业出版社，2022. 参考书： 1. 张奇志, 周亚丽. 机器人学简明教程. 西安电子科技大学出版社 2013。 2. 貟超译，（美）克来格著. 机器人学导论. 机械工业出版社，2006。 3. 蔡自兴.机器人学基础[M]. 机械工业出版社，2009。 八、编制与审核 工作内容 负责人 完成时间 编制（任课教师） 陈启丽 2024.8.20 审核（学科、专业负 责人） 范军芳 2024.8.20 批准（主管院长） 刘宁 2024.8.20
《机器视觉》课程教学大纲课程名称机器视觉课程编码A1502英文名称Machine Vision考核方式口考试口考查口公共必修课学分2口专业必修课口公共选修课课程性质团专业选修课32总学时口补修课口其他口本研一体化课程口特色课程口学科交叉融合课程口全英文授课课程课程特点实验学时0口双语授课课程口案例课程口校企联合课程口其他先修课程（已具模式识别备知识能力）适用学科/专业控制科学与工程、电子信息（控制工程或人工智能）学位类别（领域）一、课程教学目标（说明：根据培养目标，紧密结合本课程特性与内涵，概括性的确定出学习者学习该课程后，在知识、科研实践能力和创新能力等方面应达到的目标与要求。）《机器视觉》是控制科学与工程和电子信息专业选修课程。视觉信息在人类所有感知信息比重超过95%，如何让计算机拥有（或超过）人类感受、分析和处理视觉信息的能力，是本门课程的主要任务和目标。通过对机器视觉基础理论学习和相关问题的开发实践，培养学生数学建模思维和解决实际间题的能力。"Machine Vision"is an elective course for Control Science and Engineering andElectronicInformation ma jors.Visualinformation constitutes morethan95%of allhuman perceptual information. How tomake computers owns the ability of humans toperceive, analyze and process visual information is the main goal of this course.18
18 《机器视觉》课程教学大纲 课程名称 机器视觉 课程编码 AI502 英文名称 Machine Vision 考核方式 □考试 考查 课程性质 □公共必修课 □专业必修课 □公共选修课 专业选修课 □补修课 □其他_ 学分 2 总学时 32 课程特点 □本研一体化课程 □特色课程 □学科交叉融合课程 全英文授课课程 □双语授课课程 □案例课程 □校企联合课程 □其他_ 实验学时 0 先修课程（已具 备知识能力） 模式识别 适用学科/专业 学位类别（领域） 控制科学与工程、电子信息（控制工程或人工智能） 一、课程教学目标 （说明：根据培养目标，紧密结合本课程特性与内涵，概括性的确定出学习者学习该课 程后，在知识、科研实践能力和创新能力等方面应达到的目标与要求。） 《机器视觉》是控制科学与工程和电子信息专业选修课程。视觉信息在人类所有感知信 息比重超过 95%， 如何让计算机拥有（或超过）人类感受、分析和处理视觉信息的能力， 是本门课程的主要任务和目标。通过对机器视觉基础理论学习和相关问题的开发实践，培养 学生数学建模思维和解决实际问题的能力。 "Machine Vision" is an elective course for Control Science and Engineering and Electronic Information majors. Visual information constitutes more than 95% of all human perceptual information. How to make computers owns the ability of humans to perceive, analyze and process visual information is the main goal of this course