（1）专业与年级要求

自动化、机器人工程、智能制造等相关专业的本科生、研究生。

（2）基本知识和能力要求

矩阵分析、高级编程语言等

教学研究情况：主持的教学研究课题（含课题名称、来源、年限，不超过5项）；作为第一署名人在国内外公开发行的刊物上发表的教学研究论文（含题目、刊物名称、时间，不超过10项）；获得的教学表彰/奖励（不超过5项）。

主持的教学研究课题：

中美“控制类”研究生培养模式的对比，南京理工大学研究生教育教学改革研究与实践课题，2014.11~2016.10

教学研究论文：

 数字伺服系统远程实验平台的设计与实现[J]. 实验室研究与探索, 2005, 24(S1): 367-369.

自动化立体车库教学实验系统研制[J]. 实验室研究与探索, 2004, 23(5): 45-47.

强化理论联系实际——谈《调速系统》课程教学的几点体会[J]. 南京理工大学学报(社会科学版), 1996(1):76-78.

基于Internet的毕业设计双向选题系统设计[J]. 实验室研究与探索, 2005, 24(S1): 419-422.

一种虚实结合的双机械臂运动控制实验系统设计，2019全国自动化教育年会论文集，2019.8

一种虚实结合的便携式运动控制实验系统的研发，2017全国自动化教育年会论文集，2017.8

 “运动控制系统”课程考试改革与创新能力培养，2017全国自动化教育年会论文集，2017.8

中美研究生培养模式的比较与启示，2015全国自动化教育年会论文集，2015.8

教务管理部门在素质教育中的地位和作用[J]. 高教论坛, 2003(1): 137-138+144.

获得的教学表彰/奖励

国家教学成果二等奖1项，2005年9月，排名第3；

国家教学成果二等奖1项，2018年9月，排名第9；

江苏省教学成果特等奖1项，2017年9月，排名第9；

江苏省教学成果一等奖1项，2004年，排名第3；

国家级教学团队核心成员，2009年，排名第5。

学术研究情况：近五年来承担的学术研究课题（含课题名称、来源、年限、本人所起作用，不超过5项）；在国内外公开发行刊物上发表的学术论文（含题目、刊物名称、署名次序与时间，不超过5项）；获得的学术研究表彰/奖励（含奖项名称、授予单位、署名次序、时间，不超过5项）

近五年来承担的学术研究课题:

面向在轨装配的柔性空间机器人双臂协调控制与振动抑制, 国家自然科学基金项目（61973167），2020年1月 2023年12月，主持人；

通信受限情况下正复杂网络的稳定性分析与控制优化，国家自然科学基金项目（61973166）2020年1月 2023年12月，排名第2；

充液挠性航天器姿态快速机动控制与多目标协同优化研究，国家自然科学基金项目（61773211），2018年1月 2018年12月，主持人；

 10kV自主式带电作业机器人系统研制，江苏省重点研发计划项目（BE2017161），2017年7月 2020年6月，排名第2，技术负责人；

 基于事件触发的复杂网络的同步、一致性和蜂拥控制的研究，国家自然科学基金项目（61473152），2015年1月 2018年12月，排名第2.

在国内外公开发行刊物上发表的学术论文：

 Robust Adaptive Attitude Control for Flexible Spacecraft in the Presence of SGCMGs Friction Nonlinearity[J]. International Journal of Robust and Nonlinear Control,第3（通讯作者），2018-09.

 Adaptive coordinated attitude control for spacecraft formation with saturating actuators and unknown inertia[J]. Journal of the Franklin Institute, 第2（通讯作者），2019-02.

 Adaptive fault-tolerant attitude tracking control for spacecraft formation with unknown inertia[J]. International Journal of Adaptive Control and Signal Processing,第2（通讯作者），2018-10.

 Attitude Control for Flexible Spacecraft with Disturbance Rejection[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 第3(通讯作者), 2017-01.

 Robust adaptive finite-time attitude tracking and synchronization control for multi-spacecraft with actuator saturation[J]. Proc IMechE Part G: Journal of Aerospace Engineering, 第3(通讯作者), 2019-02.

获得的学术研究表彰/奖励：

 XXX控制技术，国防科技进步奖, 二等奖，工业和信息化部，排名第2，2009年12月

 XXXXXXX控制技术，国防科技进步奖, 三等奖，工业和信息化部，排名第4，2008年12月

 电力运维智能机器人系统关键技术及应用，江苏省科学技术奖，二等奖，江苏省科技厅，排名第10，2019年

项目建设必要性

1、电力行业的高空、高危运维工作给智能机器人技术的发展提出了新的方向和要求，跨多学科的工程实践性型人才培养是也新工科专业建设的发展趋势。

2018年，习近平总书记提出的“四个革命、一个合作”的能源战略思想给电力行业的发展提出的新的要求，“西气东输、西电东送”等重大能源工程启动以来，国家电网、南方电网等主要国有企业加强了对10kV变电站的建设和巡检工作，电力行业的实践操作型人才出现了重大缺口，在配电线路维护等危险系数高、劳动强度大的领域引入机器人代替人工作业，将人类从危险的环境中抽离出来，符合机器人技术发展的趋势，也给智能机器人的研究发展方向提出了新的思路。

要实现在复杂多样的变电站环境中自主作业，运维机器人需要利用传感器的信息感知作业环境并在此基础上进行自主的路径规划，控制执行装置完成指定动作。本项目选用的电力运维机器人是基于六自由度双机械臂的协同配合系统，课程专业背景覆盖10kV配电线路运维、六自由度机器人运动学建模、双臂协同机器人运动轨迹规划、图像与视觉处理、数据通信原理、机器人控制指令等多学科领域，符合新工科下多学科融合的发展趋势，实验基于实际工程背景，电力行业也是电气工程及其自动化、智能电网、自动控制专业的优质就业方向，通过建设虚拟仿真平台能够在本科培养阶段为学生提供还原度高的作业环境，通过情景交互和沉浸式教学的方式可以有效锻炼学生的深度思考和实践动手能力，实现教学重心从教师向学生本身的有效转换。

2、由于高空电力运维工作复杂性高、危险性大、实地实验成本高等一系列因素，实验室无法完全还原现场，实验必须依托虚拟仿真平台展开。

10kV配电线路一般为架空于12m-15m的高空的裸导线，线路维护作业需在高空带电进行，十分危险。实际从事电力运维的工作人员必须具备相关行业的从业资质才能够到现场进行作业，传统的运维工作一般是小范围、分批次、短时间的基地参观，学生很难有深刻的体验和切实的感受，且难以还原实际场景进行算法优化和参数调试。

此外，配电线路建设覆盖范围之广、电线杆假设体积之大决定了该课程无法在实验室等比例还原，且实验室难以完全模拟阴天、傍晚、多云等多种天气情况，每次将智能机器人运输到现场进行实验的成本消耗也是高等院校的教学实践难以承担的。虚拟仿真实验技术的飞速发展，可以完全规避外出实地实践的风险，网络化教学也可降低课程学习的门槛，与传统的机器人调试学习不同的是，学生可以依托一站式虚拟仿真实验平台完成理论掌握、设备组装、参数整定、运动学建模、机器人运行调试的全过程学习，在保证课程覆盖面的同时也有效提高了教学质量，有利于激发学生的学习兴趣和研究潜能。

同时，情景体验式教学方法可以让在高墙中埋头学习的学生理解电力行业工作的重要性，体会到智能控制技术对于提高生产实习效率、保护人民生命发挥的重要作用，潜移默化的培养学生的科研担当和投身创新事业的情怀与使命感，这也是教学的重要组成部分。

3、双臂协同机器人控制难度大，设备成本高，基于图像预处理、运动轨迹规划等技术的精准控制、最优控制算法要求高，在虚拟仿真平台进行参数训练可极大提高调试优化效率。

近年来，国产机械臂的研制和开发促进了多自由度机器人控制算法研究的普及，国内多家科研院所都已经购置少量机械臂，但是用于本科教学实验的设备还仅限于科研训练、毕业设计等小范围的探究型学习，考虑到学生对机器人的理解更多地仅局限在理论上了解其工作原理，直接操作实际机器人极易发生碰撞，带来人身或设备伤害，而电力运维机器人一般要求控制算法精准、操作速度快，建设虚拟仿真实验平台为学生学习的容错纠错提供了可能，也为学生完成机器人运动学建模、参数整定提供了基础。

复杂环境下智能机器人高危作业虚拟仿真实验平台的开发拓宽实际实验室平台的承载能力，节约机器人购置成本，延伸了学生学习的时间和空间，充分体现了“5G+互联网”技术的发展为智能机器人控制技术的普及和研究带来的便利。

综上，建设复杂环境下智能机器人高危作业虚拟实验平台具有重大的教学意义和极强的必要性。

实验包含四个主要环节，以工程实际高空电力作业为背景，紧扣《机器人控制技术》、《机器人控制技术创新创业实践》、《运动控制原理》课程大纲中的知识点展开。实验内容由浅入深，兼顾知识性与趣味性，实验开始后学生会来到高铁配电线路工作站点，通过互动引导实地观察机器人的作业环境，了解更换避雷器的作业任务，通过对项目所选用的双臂协同智能机器人进行系统装配、视觉处理、运动学建模、轨迹规划、双臂协同操作控制一系列的任务，最终实现对复杂环境下智能机器人高危作业的自动控制，通过设计完整的操作步骤，让智能机器人自主完成更换避雷器的任务。

该虚拟仿真教学实验主要包括认知、实践、探究三大模块，结合高铁站配电线路故障的实际场景，通过任务驱动的方式帮助学生具备将所学的理论知识应用于工程解决实际问题的能力。

1、智能机器人模块化设计及功能调试的认知教学—机器人“系统搭建”

智能机器人代替人工完成复杂环境下的高危电力作业，需要学生对电力作业环境有足够的认知，充分了解机器人代替人工作业的关键操作。同时，双臂协同机器人系统组成包括动力模块、通信模块、视觉模块、控制模块和末端执行模块，本实验重点关注控制算法的实现和参数优化，但是系统的整体组装和功能调试是必不可少的操作。

关键仿真要素：电力作业场景、智能机器人各组成模块。

2、智能机器人手眼结合工作原理应用教学—机器人“眼睛看到”

根据重构的作业环境及识别出的抓取目标的位置，要求学生能够使用基于伽马参数调节的图像处理算法使机器人对于工作场景能够准确识别，并快速标定作业目标，通过对“眼在手上”的机器人进行位置标定和距离测定，为后续运动路径规划提供基础。

关键仿真要素：全景相机拍摄作业画面、“眼在手上”的机械臂结构、机器人视觉处理全过程分析及伽马参数调节。

3、双机械臂运动学建模及运动路径规划互动教学—机器人“手臂抓到”

对机械人进行运动控制的前提是对6自由度机械臂进行运动学建模，学生需要掌握基于DH参数的多自由度空间建模，机械臂正逆运动学求解以及基于笛卡尔空间和关节空间的运动路径规划。

关键仿真要素：6自由度机械臂运动学建模、随参数整定的运动路径。

4、复杂环境下电力作业任务分解与功能实现情景式教学—机器人“自主作业”

实验下发了10Kv配电线路避雷器更换的工作任务，通过对拆卸避雷器的工作任务分解使学生理解理论知识在实际场景中的具体应用，引导学生结合视觉处理、路径规划、末端控制等内容完成复杂环境下的高危作业。

关键仿真要素：末端执行工装、高空带电线路、避雷器及相关连接装置。

本团队依托南京理工大学国家级“双一流”学科建设点，“电气工程及自动化”国家级虚拟仿真实验教学示范中心、“高维信息智能感知与系统”教育部重点实验室和 “多运动体信息感知与协同控制”江苏省高校重点实验室和江苏省自动化实验教学实验示范中心，面向社会对能够从事高危作业机器人研发的创新人才培养的需要和南京理工大学“自动化”国家级一流专业建设任务，坚持以学生为中心的实验教学理念，遵照虚拟仿真实验项目 “能实不虚，虚实结合”的原则，将科研成果反哺实验教学，自主研发了高空高压环境下的配电线路维护机器人控制算法并嵌入到虚拟仿真实验平台，平台面向高校和企业免费开放。

本实验项目依据《机器人控制技术》、《机器人控制技术创新创业实践》课程大纲和关键知识点，针对当前国家急需培养能够从事高危作业机器人研发的创新型人才的需求，结合10kV配电线路维护机器人研发的工程实际，通过计算机三维仿真技术，设计复杂环境下智能机器人高危作业虚拟仿真实验，再现配电线路维护中经典的更换避雷器的真实作业场景，还原整个操作的全过程，旨在培养学生的系统性思维方式和解决复杂问题的综合能力，具体实验目的包括：（1）通过复杂环境下高危作业的认知与智能机器人模块化组装调试与环节，帮助学生理解智能机器人的系统组成、自动控制原理和信息采集与传输技术，通过自主操作感受智能机器人自主感知环境、调整控制路径、完成控制作业的全过程，使学生具备智能机器人结构组装、系统设计、简单功能调试的能力。（2）使学生掌握图像处理技术和基于双目测定的位置标定算法，促进学生对6自由度机械臂运动学建模和运动路径规划的学习和理解。介绍基于DH参数法的机械臂建模和笛卡尔空间路径规划，通过实时展示参数整定对机器人运动路径的影响加深学生对机械臂运动控制规律的理解，通过虚拟场景与实际调试相结合的方式使学生具备多关节机器人运动学建模、运动轨迹规划、控制算法优化的能力。（3）通过真实还原高空电力作业场景，下发避雷器更换的电力作业任务，通过实验引导与学生自主设计详相结合的方式，帮助学生综合理解和应用所学轨迹规划、信息处理、控制算法相关的知识，控制智能机器人代替人工完成高危电力作业，使学生具备解决工程实际问题的能力

从实验操作、实验数据、实验报告、实验态度等维度考察学生是否按照实验要求进行实验，考核实验目标的达成情况。

（1）实验治学态度（占实验考核成绩20%）

包括：实验集中上机课考勤、试验结束时计算机的维护和实验室的整洁、预习报告、操作时的实验态度、实验报告的完整性、实验课程期间的纪律性等。

（2）理论水平（占实验考核成绩30%）

包括：课程理论学习的应用情况、理论与实践结合情况、实验前抽查口试、思考题解答综合情况等。

（3）实验过程（占实验考核成绩50%）

包括：熟悉实验步骤、正确使用系统、程序编写正确、实验创新性、能够在实际系统安全应用等。