《农业机器人》课程教学大纲（本科）.docxVIP

农业机器人 (Agricultural Robot) 课程代码学分：2 学时：32 (其中：课题教学学时：26 实验学时：6上机学时：0 课程实践学 时:0) 先修课程：自动控制原理、现代控制理论、计算机技术、传感器技术、机械工程学 适用专业：农业电气化与自动化 教 材：《关节型机械手臂》，殷际英等，化学化工出版社，2003年8月第1版一、课程性质与课程目标 (-)课程性质 农业机器人是一门多学科综合交叉的边缘学科，它涉及机械、电子、运动学、动力学控制理论、 传感检测、计算机技术和人机工程，是一门理论与应用相结合的专业方向课程。机械手臂是典型的 机电一体化装置，它不是机械、电子的简单组合，而是机械、电子、控制、检测、通信和计算机的 有机融合，通过本课程的学习，使学生了解农业机械手臂的机构设计，掌握其运动学与动力学分析 以及机械手臂控制和使用的技术要点和基础理论，综合运用所使学生对机械手臂有一个全面、深入 的认识。培养学生利用基础理论和专业知识进行机械手臂相关设计的能力。 (二)课程目标 《农业机器人》介绍农业机械手臂的运动学，动力学，轨迹规划，传感装置以及农业机械手臂 的驱动与控制。通过本课程，学生需要掌握农业机械手臂的运动学与动力学分析以及机械手臂传感 技术和驱动控制方法，培养学生利用基础理论和专业知识进行机械手臂相关设计的能力。课程目标 如下： 课程目标1:掌握农业机械手臂运动学与动力学分析、控制和使用的技术要点和基础理论； 课程目标2：对机械手臂有一个全面、深入的认识，培养学生利用基础理论和专业知识进行机 械手臂相关设计的能力。 本课程支撑专业培养计划中的毕业要求指标点1-4和2-2o .毕业要求14掌握自动化工程专业基础知识，具有分析和解决复杂自动化工程问题的初步能力。 .毕业要求2-2.具备对分解后的复杂自动化工程问题进行表达和建模的能力。 课程目标 毕业要求指标 课程目标1 课程目标2 1-4 q 2-2 二、课程内容与教学要求(按章撰写) 第一章绪论(-)课程内容 (1)农业机器人的概念； (2)农业机器人的特点； 一般农业机器人的基本组成结构和控制方式; (4)农业机器人发展状况。 (-)教学要求 了解农业机器人的分类与组成； 了解农业机器人的发展概况。 第二章农业机器人运动学分析(一)课程内容 农业机械手臂的正向运动学；A、手抓位置和姿态的表示方法； B、平移运动时的坐标变换；C、旋转运动时的坐标变换； D、平移和旋转运动时的坐标变换；E、齐次坐标变换。 农业机械手臂的雅克比矩阵；A、雅克比矩阵的定义； B、雅克比矩阵的物理意义。 (二)教学要求 了解点与平面的表示方法； (2)掌握齐次坐标变换方法； (3)掌握旋转变换方法； (4)掌握机械手臂的雅克比矩阵； (5)掌握机械手臂逆运动学求法。 (三)重点与难点 (1)重点是掌握机械手臂坐标变换的几个基础概念； (2)难点是机械手臂逆运动学求解方法。 第三章农业机械手臂动力学(-)课程内容 (1)刚体动力学；A、拉格朗日功能平衡法； B、牛顿-欧拉动态平衡法； (2)机械手臂连杆系统动力学方程； (3)机械手臂动态特性。 (二)教学要求 (1)掌握农业机械手臂连杆系统拉格朗日方程； (2)掌握农业机械手臂连杆系统牛顿-欧拉方程。 (三)重点与难点 (1)重点和难点是运用拉格朗日功能平衡法进行机械手臂动力学分析。 第四章农业机械手臂轨迹规划(一)课程内容 (1)机械手臂关节轨迹的插值计算； (2)农业机械手臂手部操作路径的轨迹规划； (3)机械手臂轨迹的实时生成。 (二)教学要求 (1)掌握机械手臂关节轨迹的插值计算方法； (2)掌握农业机械手臂关节空间的轨迹规划方法。 (三)重点与难点 (1)重点和难点是农业机械手臂关节空间的轨迹规划方法。 第五章农业机械手臂控制系统(-)课程内容 (1)农业机械手臂控制系统组成。 (2)农业机械手臂传感器技术；A、传感器的分类； B、光电编码器；C、视觉传感器； D、多传感器信息融合技术介绍。 （3）机械手臂的驱动与开放式运动控制系统设计；A、介绍运动控制器； B、开放式运动控制卡；C、嵌入式PC104工控机。 （4）机械手臂控制理论及算法实现；A、PEWIN32PRO调试软件的使用； B、VC++动态链接库的编写；C、神经网络PID自适应控制。 （二）教学要求 了解农业机械手臂控制系统组成； 了解农业机械手臂各种传感器类型和工作原理； 了解机械手臂控制器的实现方法； 了解开放式运动控制器（PMAC2A-PC104）硬件设计及其软件设置及调试程序; 了解嵌入式PC104工控机在机械手臂领域的应用； 了解VC++调用动态链接库编写用户通讯界面； 了解神经网络PID自适应控制算法。 （三）重点与难点 重点是掌