乐高机器人教学大纲

《机器人基础》教学大纲A

1 课程的基本描述

课程名称： 机器人基础 课程编号： 0102E07W 课程性质： 专业方向课

适用专业： 机械电子工程、机械设计制造及其自动化

The Basic of Robot Technology

教材选用： 机器人技术基础，柳洪义编著，冶金工业出版社，2002 总 学 时： 30 实验学时： 6 学 分： 2

理论学时： 24 课程设计： 无 开课学期： 7

前导课程： 高等数学、电工技术、电子技术、C语言程序设计、工程测试与信息处理、计

算机控制技术

后续课程： 计算机集成制造技术

2 教学定位

2.1 能力培养目标

《机器人基础》是机械、控制、电气和电子工程、计算机科学等领域相互交叉渗透的一门学科。主要内容包括：机器人相关主要部件及子系统简介；物体空间位置的表示；机器人的运动学正、逆解；机器人及作业的静力学分析及力控制技术；机器人作业路径规划及驱动控制系统的规划设计等。

本课程的教学目的是使学生对机器人技术有一个明确的概念。掌握机器人运动学、静力学、动力学计算及运动规划设计方法，对工业机器人的机械结构及驱动系统的运动控制设计有一般性的了解。了解机器人传感器、机器人控制、机器人编程、机器人的应用等，

《工业机器人》课程教学大纲

课程编号：0803701002

课程名称：工业机器人 英文名称：Industrial Robot 课程类型：专业任选课

总 学 时：32 讲课学时：24 实验学时：8 学 分：2

适用对象：四年制机械设计制造及其自动化专业、四年制机械电子工程专业。 先修课程：高等数学、线性代数、工程制图、机械工程材料、理论力学、材料力学、机

械原理、机械设计、电子技术、电工技术、机械制造基础、互换性与技术测量、液压与气压传动、机电传动控制、单片机原理及应用、自动控制原理等。

一、课程性质、目的和任务

工业机器人课程是机械设计制造及其自动化专业各专业方向的一门主要专业技术课，是一门多学科的综合性技术，它涉及自动控制、计算机、传感器、人工智能、电子技术和机械工程等多学科的内容。其目的是使学生了解工业机器人的基本结构，了解和掌握工业机器人的基本知识，使学生对机器人及其控制系统有一个完整的理解。培养学生在机器人技术方面分析与解决问题的能力，培养学生在机器人技术方面具有一定的动手能力，为毕业后从事专业工作打下必要的机器人技术基础。

二、教学基本要求

本课

乐高机器人转弯的小车

转弯的小车(小车动起来)

活动目标：探索什么样的轮子可以让小车转弯。通过比较的方法来得出科学的结论。

活动材料：9645乐高动力机械套装

集体活动：

汽车不可能永远笔直地行驶，否则要么撞，要么掉进哪里去？

通过一些联系引出汽车转弯的探究任务？

比如：问每个学生的家住在哪里？学校在哪里？可以笔直地过来吗？

观察原由的车的结构是否适合转弯？

安静仔细地听，让学生听到摩擦的声音。向学生解释，有摩擦，就说明转弯是非常困难的。说明轮子组装得有问题。

小组活动：

把小车的前轮拆下来，独立探究：

乐高机器人转弯的小车

小组讨论，分析，什么样的轮子是适合转弯的？

这样的轮子适合转弯吗？

可以让学生想办法去改进。

记录与交流：

1. 在纸上画一条弯曲的公路轨迹，试试什么样的轮子是适合转弯的。

如果轮子能够顺利转过这个弯道，把轮子的连接方法记录下来。

2. 在黑板上的弯曲道路上，向同学们展示你的轮子。是不是转弯的时候没有感觉到明显的阻力？

或者把你桌子上的书本当作街角，来演示你的轮子的转弯过程。仔细地听听是否有摩擦？

乐高机器人转弯的小车

3. 设计并搭建一辆车子，有方向盘可以控制前轮方便地转弯。

小组讨论，把对“小车从斜面上行驶下来”的结论写下来：

教学建议：

1. 首先要让学生明确一点

附件1：

《工业机器人操作与编程》课程教学大纲

课程名称 适用专业 总学时 周学时数 课程类型 开课部门 编写人 推荐教材 工业机器人操作与编程 机械工程(工业机器人方向) 48 4 考试 机械工程学院 王卉军 课程代码 开设学期 学分 先修课程 课程性质 编写依据 编写时间 41024202 5 3 数控机床编程等 必修 2016版人才培养方案 2017年7月 叶晖，《工业机器人实操与应用技巧》，机械出版社，2010.2 教学参考资料 1. 邢美峰，《工业机器人操作与编程》，电子工业出版社，2016.2 2. 兰虎，《焊接机器人编程及应用》，机械工业出版社，2013.2

一、课程教学目的

工业机器人操作与编程课程是机械工程(工业机器人方向)专业方向的一门主要专业技术课，是一门工业机器人应用的基础课程。其目的是使学生学习掌握典型工业机器人的基本编程和操作知识，使学生对机器人各个工作站在夹具动作、物料搬运、周边设备运动等多种配合使用有深刻认识。培养学生在机器人编程方面具备分析与解决问题的能力，培养学生在机器人操作方面具有一定的动手能力，为毕业后从事相关的专业工作打下必要的技术基础。

二、课程教学要求

本课程以工业机器人操作与编程为教学方向

用于乐高机器人的PID控制器

PID技术一直是大家很感兴趣的话题。要用好PID控制，并不是一件容易的事，需要有相当的高等数学基础和控制技术基础，这对很多乐高机器人爱好者来说，是一个难题。 J. Sluka （原文作者）没有从专业的角度去解释PID，而是以非常浅显的方式写出了这篇“A PID Controller For Lego Mindstorms Robots”（用于乐高机器人的PID控制器），向缺乏专业基础的人士，解释如何在乐高机器人里使用PID控制器。 在这篇文章里所有的代码都不是真正的程序代码，只是作者对编程的示意，或者说是用类似程序代码的方式对编程的内容进行解释。作者希望读者能自行选择程序语言，自己完成PID控制器的编程。

PID控制器是一种常用的控制技术，常用于多种机械装置（如车辆、机器人、火箭）中。用数学方式来描述PID控制器是非常复杂的。本文描述了如何在使用NXT-G编程的LEGO机器人上创建PID控制器。文中将以实例来说明如何创建PID来完成机器人巡线任务。PID创建完成后，经过简单的修改就可以应用到其他地方，如，让机器人跑直线，做两轮平衡机器人。其实学过微积分的人很容易理解PID的典型描述，本文是写给那些对PID几乎没

用于乐高机器人的PID控制器

PID技术一直是大家很感兴趣的话题。要用好PID控制，并不是一件容易的事，需要有相当的高等数学基础和控制技术基础，这对很多乐高机器人爱好者来说，是一个难题。 J. Sluka （原文作者）没有从专业的角度去解释PID，而是以非常浅显的方式写出了这篇“A PID Controller For Lego Mindstorms Robots”（用于乐高机器人的PID控制器），向缺乏专业基础的人士，解释如何在乐高机器人里使用PID控制器。 在这篇文章里所有的代码都不是真正的程序代码，只是作者对编程的示意，或者说是用类似程序代码的方式对编程的内容进行解释。作者希望读者能自行选择程序语言，自己完成PID控制器的编程。

PID控制器是一种常用的控制技术，常用于多种机械装置（如车辆、机器人、火箭）中。用数学方式来描述PID控制器是非常复杂的。本文描述了如何在使用NXT-G编程的LEGO机器人上创建PID控制器。文中将以实例来说明如何创建PID来完成机器人巡线任务。PID创建完成后，经过简单的修改就可以应用到其他地方，如，让机器人跑直线，做两轮平衡机器人。其实学过微积分的人很容易理解PID的典型描述，本文是写给那些对PID几乎没

乐高机器人课程是如何锻炼孩子能力的？

在现代科学技术的提高下，大家都知道机器人技术要比传统的、基本学科的内容要丰富的多，它不仅可以将各种学科有机的结合起来，而且培养孩子们对学习的兴趣，很多的家长都愿意选择机器人课程。那么乐高机器人课程是如何锻炼孩子能力的？乐高机器人课程分为机器人的搭建、组装和运行，激发孩子们的学习兴趣、同时也培养学生综合能力。

乐高机器人课程在编程的过程中，提高了孩子的逻辑思维能力，机器人的搭建也是个团体合作的过程，不仅可以提高孩子的动手操作能力，同时还能让孩子在操作中如何运用学习到的原理，从而提高孩子的想象力、创造力、综合运用能力，所以，在孩子们共同探讨的过程中，也提高了孩子的团队合作意识。除了学习常规课，孩子们也可以去参加一些比赛集训营，比如参加国内外的机器人比赛，如果想走科技特长生的话，一旦能拿奖又可以提升孩子的入学门槛。

孩子的个性可以从他们的日常行为观察出来，也可以通过他们的作品呈现出来。机器人的搭建可以给孩子们无限的想象力，让他们自由发挥。从而更好的发挥自我的个性。

另外在搭建的过程中，你会发现运行的过程中有许多要修改的地方。首先是作品的结构，这里你可能需要用到物理结构以及机械相关的知识，从这些方面对

所搭建的进行优化改造

《统计机器学习》教学大纲

课程主要内容框架：各章节的主要内容、目的与要求

1. 决策论与信息论基础（2学时）：了解并掌握统计决策理论和信息论的基础知识。

a) 损失函数、错分率的最小化、期望损失的最小化等 b) 相对熵、互信息 2. 概率分布（4学时）：熟悉常见的分布，熟练掌握最大似然估计方法，学会利用无信息

先验和共轭先验简化计算，了解一些常用的非参数方法。 a) 高斯分布、混合高斯分布、Dirichlet分布、 beta分布等

b) 指数分布族：最大似然估计、充分统计量、共轭先验、无信息先验等 c) 非参数方法：核密度估计、近邻法 3. 回归的线性模型（4学时）：掌握线性回归的一般方法，学会使用R中有关回归的程序

包，并能将之用于解决实际问题。 a) 线性基函数模型 b) 贝叶斯线性回归 c) 贝叶斯模型比较

4. 分类的线性模型（4学时）：对分类问题有一个全面的了解，掌握一些常用的分类方法。

a) 判别函数：二分类和多分类的Fisher线性判别 b) 概率生成模型：连续输入、离散特征 5. 神经网络（4学时）：熟练掌握经典神经网络模型的建模和实现，了解贝叶斯神经网络

的基本算法，学会使用FBM（flexible Bayesian Modeli

文档介绍了机器人三原则以及机器人定义,更重要的展示人员机器人对应关系,方便我们直观认识到机器人相关知识。

机器人常识

机器人的定义

机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器

机器人构成 机器人的能量 人需要从吃的食物中吸收能量，而机器人却只吃“电能”。因此，一般的机器人都是使用可充电电池。 机器人的大脑 机器人和人一样需要有大脑来控制机器人的动作。就像电脑中的CPU一机器人三原则

1. 机器人不应伤害人类；

2. 机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；

3. 机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。

样，在机器人身上也有它自己的CPU，在这里我们称为微控制器。 别看芯片小，它可是在机器人中控制所有动作的关键。它收集周围环境的信息，并根据收集到的环境情况向执行机构发出命令，驱动机器人完成各种功能。 机器人的身体结构 我们要让机器人平稳地行走，还要设计它的身体结构，也就是机械结构。生活中有很多机器都有很巧妙的机械结构，比如脚一踩，自行车轮子就能

转起来；又如飞机正是模仿了鸟的流线形的身体结构，才能以庞大的身躯在天上飞而不掉下

工业机器人技术发展现状

摘要：随着工业机器人的快速发展，其在汽车制造、机械加工、焊接、上下料、磨削抛光、搬运码垛、装配、喷涂等作业中得到越来越多的应用。本文通过分析国内外工业机器人技术和产业现状，了解了近代工业机器人的发展趋势；并以ABB公司为例，通过介绍其第7代新型工业机器人产品——IRB6700系列，对当代工业机器人的发展进行了了解。

关键词：工业机器人、现状、ABB、IRB6700系列

0．前言：

工业机器人是综合了计算机科学技术、机械工程技术、电子工程技术、信息传感器技术、控制理论、机构学、人工智能学、仿生学等多学科而形成的高新技术。在国外工业机器人技术日趋成熟，其已经成为一种标准设备而在工业自动化行业广泛应用，从而也形成了一批在国际上较有影响力的工业机器人公司，工业机器人技术的发展水平也成为一个国家工业自动化水平的重要标志。

1．国内外工业机器人技术与产业现状

1.1国外机器人技术与产业现状

自从20世纪60年代开始，经过近六十年的迅速发展，随着对产品加工精度要求的提高，关键工艺生产环节逐步由工业机器人代替工人操作，再加上各国对工人工作环境的严格要求，高危、有毒等恶劣条件的工作逐渐由机器人进行替代作业，从而增加了对工业机器