机器人系统设计

课程编码：180206081101P3002H 英文名称：Design of Robot System 课时：40 学分：2.00 课程属性：专业课 主讲教师：景奉水等

通过本课程学习，使学生了解机器人系统的基本概念，理解机器人系统的组成、各主要功能模块或子系统的运行原理。通过仿真实验和课程设计，掌握机器人系统/分系统的设计原则、设计流程和设计方法，为学生从事机器人领域的研究和开发工作打下基础。

自动控制原理，机器人学

第一章 机器人系统概述 3学时 景奉水
第1节 机器人发展历程
第2节 机器人分类及系统组成
第3节 机器人应用现状与未来
第4节 机器人系统仿真软件概述
第5节 本课程内容体系
第二章 机器人设计流程及性能评价 3学时 景奉水
第1节 系统开发流程及设计原则
第2节 机器人性能参数
第3节 可靠性设计
第4节 安全性设计
第5节 工业机器人控制系统设计实例
第6节 机器人系统仿真软件基本功能和操作1
第三章 传感系统设计 6学时 景奉水
第1节 传感器概述
第2节 传感器分类
第3节 内部传感器
第4节 外部传感器
第5节 机器人系统仿真软件基本功能和操作2
第6节 视觉系统概述
第7节 图像摄取装置
第8节 镜头特性
第9节 相机特性
第10节 光源特性
第11节 视觉系统精度与景深和焦深关系
第12节 传感器的配置和选型
第13节 机器人系统仿真软件基本功能和操作3
第四章 通信系统设计 6学时 景奉水
第1节 机器人通信系统概述
第2节 RS-232C/RS-485
第3节 CAN总线
第4节 CANOPEN简介
第5节 机器人系统仿真软件基本功能和操作4
第6节 EtherCAT总线
第7节 POWERLINK总线
第8节 机器人系统仿真软件基本功能和操作5
第五章 控制策略与运动规划 3学时 景奉水
第1节 机器人控制策略
第2节 机器人运动规划概述
第3节 机器人路径规划
第4节 机器人轨迹规划
第5节 机器人系统仿真软件基本功能和操作6
第六章 运动控制 6学时 杨国栋
第1节 运动控制概述
第2节 运动控制分类
第3节 关节空间控制
第4节 笛卡尔空间控制
第5节 力控制
第6节 机器人系统实机实验1
第七章 控制系统硬件设计 3学时 杨国栋
第1节 控制系统硬件概述
第2节 控制系统硬件分类及性能指标
第3节 控制系统硬件组成
第4节 控制系统硬件配置与应用
第5节 机器人系统实机实验2
第八章 控制系统软件设计 6学时 杨国栋
第1节 控制系统软件概述
第2节 软件架构设计
第3节 机器人操作系统
第4节 编程语言
第5节 应用程序设计
第6节 人机界面设计
第7节 驱动程序设计
第8节 工业机器人控制软件
第9节 机器人系统实机实验3
第九章 驱动系统设计 3学时 杨国栋
第1节 驱动系统概述
第2节 驱动系统分类及性能指标
第3节 电磁驱动系统
第4节 液压驱动和气驱动系统
第5节 传动系统
第6节 机器人系统实机实验4
第十章 课程答疑 1学时 杨国栋
第1节 课程答疑

景奉水 中科院自动化所研究员，博士生导师。全国自动化系统与集成标准化技术委员会（SAC/TC159）、机器人与机器人装备分技术委员会（SAC/TC159/SC2）委员。先后承担国家“863”计划、“高档数控机床与基础制造装备”专项、“智能制造装备”专项、国家自然科学基金和国家重大科学工程招标项目等10余项课题。

主持完成了国家重大科学工程--500米口径球面射电望远镜（FAST，中国 “天眼”）的馈源支撑整体控制系统的研究工作，解决了FAST馈源支撑系统的多通道多时滞测量数据融合、绳索机器人与STEWART机器人刚柔耦合控制、复杂天文轨迹规划及时钟同步等难题。系统运行的结果，完全达到或优于FAST馈源支撑系统的指标要求。

主持完成了多机器人协调大型船体分段对接系统的控制软件开发工作，提出了全驱动和欠驱动两种模式下多机器人控制方法，证明了对接平台自由度与参加机器人数目的无关性。该系统在渤海造船厂应用后，使得某大型舰船的分段合拢对接时间从每次平均2周缩短到了30分钟，大幅提高了某大型国防装备的装配效率。

在国内外期刊和重要会议上发表学术论文50余篇，获得发明专利授权15项，制定国家标准1项，获得北京市科学技术二等奖1项。



杨国栋，中科院自动化所副研究员，硕士生导师。2011年毕业于中国科学院自动化研究所，获工学博士学位。同年留所工作至今，历任助理研究员、副研究员。致力于巡线机器人技术、智能传感技术、自动控制系统的研究与应用。主持和参加国家自然科学基金项目、国家863计划、国家科技支撑计划、国家重点研发计划等国家级、省部级科研项目10余项，在国内外学术刊物和学术会议上发表论文30余篇，授权专利10余项。