机器人机构学
课程编码：180206081101P3011H
英文名称：Robot Mechanism
课时：40
学分：2.00
课程属性：专业课
主讲教师：王双翌等
教学目的要求
本课程是机器人学的一个重要的基础性分支,研究的对象主要是机器人的机械系统以及其与其他学科的交叉点。通过本课程的学习，希望学生能够理解机器人串联、并联、柔顺、连续体及软体等多种构型的基本设计原理，掌握机器人运动学、动力学、运动约束及性能分析等研究问题中所需要的常用方法和手段，对机构分析软件及李代数和旋量等数学工具有所实践，了解机构研究在仿生机器人、类人机器人、医疗机器人、微纳及变胞机器人等领域的前沿应用，为从事机器人系统的设计研发及分析工作奠定基础。本课程要求学生认真参与课堂教学，在学习理论知识的同时积极通过完成课后作业对相关方法予以实践。
预修课程
无
大纲内容
第一章 机器人与机构学基础 3学时 王双翌
第1节 机构学与机器人学的发展历史
第2节 机构的基本元素
第3节 自由度与约束
第4节 常用传动机构
第5节 平面连杆机构
第二章 刚性机构的原理及应用 6学时 王双翌
第1节 串联机器人机构
第2节 并联机器人机构
第3节 远程运动中心机构
第三章 柔性机构的原理及应用 6学时 王双翌
第1节 柔顺机构
第2节 软体机构
第3节 连续体机构
第四章 现代机构的前沿进展 6学时 王双翌
第1节 变胞与可重构机器人
第2节 微纳机器人
第3节 仿生机器人
第4节 类人机器人
第五章 旋量及其运算 3学时 张大朋
第1节 旋量的定义
第2节 旋量的物理意义
第3节 刚体运动的旋量表示
第六章 线几何与旋量系 3学时 张大朋
第1节 线几何
第2节 旋量系的物理意义
第3节 互易旋量系
第七章 机器人正向运动学 3学时 张大朋
第1节 机器人位置和姿态表示
第2节 坐标变换与齐次坐标变换
第3节 D-H参数法和基于指数积的机器人正向运动学对比
第4节 基于指数积的机器人速度雅可比矩阵
第八章 机器人逆向运动学 3学时 张大朋
第1节 机器人逆运动学指数积公式
第2节 运动学逆解三原则及逆运动学典型子问题求解
第3节 机器人逆运动学应用
第九章 机器人机构动力学分析 3学时 张大朋
第1节 牛顿-欧拉动力学方程
第2节 拉格朗日动力学方程
第3节 转动惯量
第4节 多自由度机器人的动力学方程
第十章 机器人机构构型综合与性能分析 3学时 张大朋
第1节 运动旋量系与约束旋量系
第2节 机构自由度计算与构型综合方法
第3节 运动性能与灵巧度分析
第4节 机构传动与刚度分析
第十一章 课程总结 1学时 王双翌
第1节 总结与答疑
参考书
1、
机器人机构学的数学基础
于靖军、刘辛军、丁希伦
2015年12月
课程教师信息
机器人机构学授课团队由王双翌研究员及张大朋研究员组成。王双翌研究员的研究方向聚焦于机器人辅助成像及介入手术，从诊疗器械机构设计、人机协同控制策略及影像分析自主导航出发，旨在为智能化诊疗提供新方案。张大朋研究员研究方向聚焦于柔性微创植入手术机器人，从植入手术机器人构型设计、多模态影像融合与空间配准、基于多路显微图像的目标位姿测量与对准出发，旨在构建柔性微创植入式脑机接口通路。