【正文】 六．其他說(shuō)明 455
。 3． 具備對(duì)簡(jiǎn)單的優(yōu)化算法進(jìn)行編程的能力。 五．對(duì)學(xué)生能力培 養(yǎng)的要求 1． 掌握建立優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的方法。 四．實(shí)驗(yàn)（上機(jī)）內(nèi)容和基本要求 安排上機(jī)三次，內(nèi)容為 1. 一維搜索方法； 2. 無(wú)約束優(yōu)化方法； 3. 約束優(yōu)化方法。 （五）約束優(yōu)化方法 要點(diǎn)：約束隨機(jī)方向搜索法；復(fù)合形法；懲罰函數(shù)法；增廣乘子法。 （三）一維搜索方法 要點(diǎn)：確定搜索區(qū)間的方法 — 進(jìn)退法；黃金分割法；二次插值法。 454 三、教學(xué)內(nèi)容和要求 （一）優(yōu)化設(shè)計(jì)概述 要點(diǎn)：設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)、約束條件以及優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的一般形式。在機(jī)械設(shè)計(jì)中采用最優(yōu)化方法，可以加速產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，從而達(dá)到增加經(jīng)濟(jì)效益的目的。利用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法可以從眾多的設(shè)計(jì)方案中尋找最佳方案，加快設(shè)計(jì)過(guò)程，縮短設(shè)計(jì)周期，從而大大提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。 教學(xué)參考書 :《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》， 高健主編， 科學(xué)出版社， 2020 年 《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》， 陳立周主編， 上海科技出版社， 1982 年 《 機(jī)械工程現(xiàn)代最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用 》， 王安麟編著， 上海交通大 學(xué)出版社， 2020 年 。 2． 課外教學(xué)活動(dòng)對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的安排 安排學(xué)生參觀機(jī)器人研究所，要求能夠發(fā)現(xiàn)目前的一些機(jī)器人控制中的局限和不足，找出智能控制的潛在應(yīng)用市場(chǎng)。 6． 智能機(jī)器人 要求掌握多傳感器和信息融合的基本概念，了解信息融合的結(jié)構(gòu)和融合方法，要求了解智能機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)分類和基本原理，要求了解機(jī)器人裝配中的柔順控制原理和機(jī)器人力 /位置混合控制、阻抗控制的基本思想。掌握模糊控制的基本原理和模糊控制器的設(shè)計(jì)原理，了解模糊芯片及模糊控制軟件的一些開(kāi)發(fā)工具，掌 握一、二個(gè)應(yīng)用實(shí)例。要求掌握專家控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，了解直接專家控制系統(tǒng)和間接控制系統(tǒng)的原理。了解知識(shí)獲取的常用方法，掌握實(shí)例學(xué)習(xí)的原理和一、二個(gè)實(shí)例。 2． 知識(shí)工程基礎(chǔ) 掌握知識(shí)表示的三種方法：產(chǎn)生式表示法、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法、框架式表示法。 本課程的主要任務(wù)是讓學(xué)生較廣泛地掌握一些智能控制的基本知識(shí)和常用的智能控制方法，并通過(guò)工程實(shí)例的引導(dǎo)，使他們能夠在今后的工程實(shí)踐中進(jìn)行智能控制的嘗試，從而使智能控制技術(shù)得到更廣泛的推廣和應(yīng)用，使相關(guān)工程技術(shù)不斷地提高和發(fā)展。智能控制就是在這種形勢(shì)下出現(xiàn)的 一門新技術(shù)，目前正處于一個(gè)快速發(fā)展階段。 四．實(shí)驗(yàn)（上機(jī)）內(nèi)容和基本要求 五．對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的要求 1． 課內(nèi)教學(xué)活動(dòng)對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)和安排 本課程的目的 是要求學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)、課堂教育，能了解機(jī)器人發(fā)展的最新技 449 術(shù)與現(xiàn)狀；初步掌握機(jī)器人技術(shù)的基本知識(shí)。 3． 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程的表示與求解 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)姿態(tài)、方向角、運(yùn)動(dòng)位置和坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方程以及連桿變換矩陣的表示，歐拉變換、滾 仰 偏變換和球面變 換等求解方法，機(jī)器人微分運(yùn)動(dòng)及其雅可比矩陣等 4． 機(jī)器人動(dòng)力學(xué) 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程、動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性；著重分析機(jī)械手動(dòng)力學(xué)方程的兩種求法，即拉格朗日功能平衡法和牛頓 歐拉動(dòng)態(tài)平衡法；然后總結(jié)出建立拉格朗日方程的步驟 5． 機(jī)器人的控制 機(jī)器人控制與規(guī)劃 6． 機(jī)器人學(xué)的現(xiàn)狀、未來(lái) 包括國(guó)內(nèi)外機(jī)器人技術(shù)和市場(chǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀和預(yù)測(cè)、 21 世紀(jì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)、我國(guó)新世紀(jì)機(jī)器人學(xué)的發(fā)展戰(zhàn)略等。 三、教學(xué)內(nèi)容和要求 1． 緒言 簡(jiǎn)述機(jī)器人學(xué)的起源與發(fā)展，討論機(jī)器人學(xué)的定義，分析機(jī)器人的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與分類。正如宋健教授 1999 年 7月 5 日在國(guó)際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)第 14 屆大會(huì)報(bào)告中所指出的：“機(jī)器人學(xué)的進(jìn)步和應(yīng)用是本世紀(jì)自動(dòng)控 制最有說(shuō)服力的成就，是當(dāng)代最高意義上的自動(dòng)化。 機(jī)器人學(xué)是一門高度交叉的前沿學(xué)科，機(jī)器人技術(shù)是集力學(xué)、機(jī)械學(xué)、生物學(xué)、人類學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程、控制論與控制工程學(xué)、電子工程學(xué)、人工智能、社會(huì)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)之大成，是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的新技術(shù)。世界的明天將更加美好。 六．其他說(shuō)明 446 撰寫人： 院（系）公章： 院（系）教學(xué)主管簽字（蓋章）： 時(shí) 間： 447 《機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論》教學(xué)大綱 一、課程基本信息 課程代碼： ME468 課程名稱（中文）：機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論 課程名稱（英文）： Introduction to Robotics 學(xué)時(shí) /學(xué)分： 27 學(xué)時(shí) /2 學(xué)分 先修課程： 線性代數(shù)、機(jī)構(gòu)學(xué)、自動(dòng)控制 面向?qū)ο螅?機(jī)械電子、機(jī)械工程及自動(dòng)化 開(kāi)課院（系）、教研室： 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院機(jī)器人研究所 推薦教學(xué)參考書： 教材 ： 《 機(jī)器人學(xué)》，蔡自興，清華大學(xué)出版社 、 2020 教學(xué)參考書 : 《 機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論》，約翰 ， 西北工業(yè)大學(xué)出版 社 ， 1987 注：上述教材和參考書將根據(jù)教材課購(gòu)買情況可互換 。 五．對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的要求 1． 課內(nèi)教學(xué)活動(dòng)對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)和安排 本課程的目的是要求學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)、課堂教育和上機(jī)訓(xùn)練，能了解掌握先進(jìn)電子制造的基本原理、基本概念及要素；熟悉和掌握微電子和微系統(tǒng)封裝的構(gòu)成，各部分工作原理和流程；熟悉電子封裝的可靠性設(shè)計(jì)和測(cè)試，了解電子封裝中可靠性的重要性。 四．實(shí)驗(yàn)（上機(jī)）內(nèi)容和基本要求 1． 了解熟悉常用微電子、電路設(shè)計(jì)軟件的模塊功能、子系統(tǒng)及簡(jiǎn)單操作。 7． 電子封裝可靠性測(cè)試 連接強(qiáng)度測(cè)試，熱應(yīng)力測(cè)試， 濕度影響分析，無(wú)損檢測(cè)方法，印刷電路板封裝強(qiáng)度測(cè)試。 5． 封裝失效模式與機(jī)制 封裝的應(yīng)力分析，失效分析介紹，失效判據(jù)和機(jī)制，電致失效和化學(xué)致失效。 3． 光電、射頻和微機(jī)電系統(tǒng)的封裝 445 了解光電封裝介紹，光電封裝的構(gòu)造，射頻系統(tǒng)介紹，微機(jī)電系統(tǒng)封裝介紹及應(yīng)用。 三、教學(xué)內(nèi)容和要求 1． 先進(jìn)電子制造基本概念和簡(jiǎn)介 了解電子封裝的功能，現(xiàn)狀和趨勢(shì)，微電子封裝的作用，微系統(tǒng)封裝的分 類和作用。 本課程涵蓋微電子和微系統(tǒng)封裝的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，微電子和微系統(tǒng)封裝的主要形式、主要性能指標(biāo)及電、熱、熱力學(xué)等方面的設(shè)計(jì)，微電子和微系統(tǒng)封裝的可靠性分析、測(cè)試方法和實(shí)驗(yàn)方法，微電子和微系統(tǒng)封裝的選擇原則及封裝的主要失效模式與機(jī)制等。所以，高校應(yīng)該綜合微電子裝備中的機(jī)械、電子學(xué)科知識(shí)，結(jié)合集成電路制造業(yè)對(duì)微電子人才的需求，培養(yǎng)適應(yīng)微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的復(fù)合型人才。另一方面，目前國(guó)內(nèi)的高校微電子技術(shù)教育規(guī)模太小，微電子裝備和制造人才的培養(yǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展下對(duì)微電子技術(shù)方面人才的需求。 雖然我國(guó)微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有了很大進(jìn)步，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還很落后，生產(chǎn)技術(shù)總體上還有 2 代左右的差距。 IC 產(chǎn)業(yè)的高速擴(kuò)張和發(fā)展為微電子裝備帶來(lái)了廣闊的發(fā)展空間，對(duì)微電子學(xué)裝備和制造的學(xué)科發(fā)展提供了極好的機(jī)遇和嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。全國(guó) 6 家芯片制造企業(yè)，上海及周邊地區(qū)占了 5 家，上海的 封裝總量占全國(guó)的 40％。 目前，上海市正在浦東張江建設(shè) IC 產(chǎn)業(yè)群，將成為我國(guó)最重要的微電子產(chǎn)業(yè)基地，對(duì)微電子人才的需求劇增。主要特點(diǎn)有 : 高控制精度 (亞微米至納米級(jí)定位精度 )、高加速度 (15g)、高制造精度 (納米級(jí) )和高可靠性。成為世界電子制造強(qiáng)國(guó)是我國(guó)二十一世紀(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵是必須能自主地提供電子產(chǎn)業(yè)的先進(jìn)制造工藝、技術(shù)和裝備。 安排學(xué)生到電子制造企業(yè)參觀，培養(yǎng)對(duì)微電子制造工藝過(guò)程及生產(chǎn)設(shè)備的感性認(rèn)識(shí) 。 五．對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的要求 1． 課內(nèi)教學(xué)活動(dòng)對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)和安排 MEMS 是一門日新月 異、快速發(fā)展的學(xué)科，本課程作為入門導(dǎo)論性課程要求學(xué)生通過(guò)課堂教育和課外活動(dòng)初步了解和掌握 MEMS 基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)方法、制造工藝及相關(guān)裝備，為今后從事微器件研發(fā)工作奠定良好的基礎(chǔ)。初步掌握微機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建模方法。 掌握靜電型、電磁型、熱膨脹型、壓電型等微執(zhí)行器的基本原理。 掌握微機(jī)械加工中的 IC 制造 工藝與設(shè)備，特別是鍵合加工設(shè)備的光、機(jī)、電原理。 2. 微機(jī)械學(xué) 掌握微機(jī)械常用材料、微機(jī)械物理特性分析方法和微機(jī)械驅(qū)動(dòng)原理。 由于 MEMS 是一門日新月異、快速發(fā)展的學(xué)科，本課程作為入門導(dǎo)論性課程要求學(xué)生初步了解和掌握 MEMS 基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)方法、制造工藝及相關(guān)裝備，為今后從事微器件研發(fā)工作奠定良好的基礎(chǔ)，以適應(yīng)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。大多數(shù)工業(yè)觀察家預(yù)測(cè)，未來(lái) 5 年 MEMS 器件的銷售額將呈迅速增長(zhǎng)之勢(shì)，年平均增加率約為 18%，因此對(duì)對(duì) 機(jī)械電子工程、精密機(jī)械及儀器、半導(dǎo)體 441 物理等學(xué)科的發(fā)展提供了極好的機(jī)遇和嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 MEMS 技術(shù)正發(fā)展成為一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)，就象近 20 年來(lái)微電子產(chǎn)業(yè)和計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)給人類帶來(lái)的巨大變化一樣，MEMS 也正在孕育一場(chǎng)深刻的技術(shù)變革并對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生新一 輪的影響。 MEMS 主要包括微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器和相應(yīng)的處理 電路等幾部分，它是在 融合多種微細(xì)加工技術(shù)，并應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)的最新成果的基礎(chǔ)上 發(fā)展起來(lái)的高科技前沿 學(xué)科。 439 2． 課外教學(xué)活動(dòng)對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的安排 安排學(xué)生參觀機(jī)器人研究所，在機(jī)器人控制中找出智能傳感器（系統(tǒng)）的潛在應(yīng)用市場(chǎng)。 了解 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本知識(shí)（前向網(wǎng)絡(luò)，反饋網(wǎng)絡(luò)）， 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在智能傳感器中的應(yīng)用實(shí)例。 模糊 傳感器 了解模糊傳感器基本概念、功能及結(jié)構(gòu)，以及模糊傳感器語(yǔ)言概念的產(chǎn)生辦法。 了解現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中的智能傳感器與現(xiàn)場(chǎng)總線，現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng) 絡(luò)協(xié)議模式，幾種典型現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。 了解非線性自校正技術(shù)，自校零與自校準(zhǔn)技術(shù)，噪聲抑制技術(shù)，自補(bǔ)償技術(shù)。 了解典型的集成電路元件制造工藝，微機(jī)械工藝的主要技術(shù)，典型微機(jī)械結(jié)構(gòu)的制造。 三、教學(xué)內(nèi)容和要求 438 首先了解智能傳感器系統(tǒng)中的經(jīng)典傳感技 術(shù)基礎(chǔ)。此外，還詳細(xì)介紹了日益發(fā)揮重要作用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 六．其他說(shuō)明 撰寫人： 院（系）公章： 院（系）教學(xué)主管簽字（蓋章）： 時(shí) 間： 437 《智能傳感器系統(tǒng)》教學(xué)大綱 一、課程基本信息 課程代碼： ME465 課程名稱（中文）：智能傳感器系統(tǒng) 課程名稱（英文）： Technique for intelligent sensor 學(xué)時(shí) /學(xué)分： 36 學(xué)時(shí) /2 學(xué)分 先修課程： 控制理論 I、控制理論 II、計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 面向?qū)ο螅?學(xué)院所有專業(yè) 開(kāi)課院（系）、教研室： 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院機(jī)器人研究所 推薦教學(xué)參考書： 教材：《智能傳感器系統(tǒng)》 ， 劉君華 ， 西安電子科技大學(xué)出版社 ， 教學(xué)參考書 :《 傳感器與檢測(cè)技術(shù)》 ， 彭軍 ， 西安電子科技大學(xué)出版社， 二、課程的性質(zhì)和任務(wù) 智能傳感器系統(tǒng)具有自檢測(cè)、自補(bǔ)償、自校正、自診斷、遠(yuǎn)程設(shè)定、狀態(tài)組令、信息儲(chǔ)存和記憶等功能 ，是一門正在蓬勃發(fā)展的現(xiàn)代傳感器技術(shù)，是涉及微機(jī)械與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、電路與系統(tǒng)、傳感技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊理論等多種學(xué)科的綜合性技術(shù)。 五．對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的要求 1． 課內(nèi)教學(xué)活動(dòng)對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)和安排 本課程的目的是要求學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)、課堂教育和上機(jī)訓(xùn)練，能了解這門微電子最新技術(shù)；初步掌握數(shù)字集成系統(tǒng)集成芯片（ SOC）設(shè)計(jì)技術(shù)。 四．實(shí)驗(yàn)（上機(jī)）內(nèi)容和基本要求 VHDL 的使用、系統(tǒng)集成芯片的設(shè)計(jì)和仿真。 7． 可編程邏輯器件 可編程邏輯器件的編程元件， CPLD 的結(jié)構(gòu)和工 作原理，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列， FPGA 的結(jié)構(gòu)和工作原理和基于 HDPLD 的設(shè)計(jì)流程。 5． 基本數(shù)字邏輯單元的設(shè)計(jì) 組合邏輯電路設(shè)計(jì)，時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)，存儲(chǔ)器和有限狀態(tài)機(jī)。 3． MOS 數(shù)字電路 數(shù)字電路的特征， COMS 邏輯門， COMS 傳輸門。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)和硬件描述語(yǔ)言。 通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生熟悉這門微電子最新技術(shù)，為今后從事光機(jī)電一體化與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造的研究工作打下基礎(chǔ)。目前，在國(guó)外技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家， SOC 是一個(gè)發(fā)展迅速而又前景良好的新技術(shù)。 綜上所述，系統(tǒng)集成芯片的出現(xiàn)是電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，同時(shí)也對(duì)電子工程技術(shù)人員提出了新的挑戰(zhàn)。引腳減少，內(nèi)部總線增大，提高了信號(hào)處理速度，擴(kuò)大了功能。多個(gè) LSI（大規(guī)模集成電路）集成在單一芯 片上， LSI 間就無(wú)需輸出電路、減少了整個(gè)系統(tǒng)的消耗電力。這樣，設(shè)備（系統(tǒng)）就有可能走向小型、輕量、低功耗、高速度和低成本化。系統(tǒng)集成電路（硬件）的特征是集成了不同功能電路，規(guī)模更加擴(kuò)大。另一方面，由于集成電路工藝的成熟和 EDA 工具的迅速發(fā)展，使得電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者并不需要過(guò)多地關(guān)注半導(dǎo)體集成工藝，完全可以利用現(xiàn)有的成熟工藝，在 EDA 工具的幫助下完成整個(gè)系統(tǒng)從行為層到物理層的全部設(shè)計(jì)，并最終在 HDPLD