学习目标（K / S / A）

全书目标按五章分列，共 106 条：K（知识，能复述与解释）、S（技能，能动手完成）、A（态度与判断，能在新情境中权衡决策）。认知层级按 Bloom 分类标注（记忆 / 理解 / 应用 / 分析 / 评价）。

章	K	S	A	合计	自检表
第一章引言	8	4	3	15	第一章自检表
第二章运动学	13	3	3	19	第二章自检表
第三章微分运动学与静力学	13	3	3	19	第三章自检表
第四章轨迹规划	14	3	2	19	第四章自检表
第五章执行器与传感器	19	8	5	32	第五章自检表

每章的三类目标都遵循同一条设计：K 管「说得清」，S 管「做得出」，A 管「判得准」——S 与 A 才是真正区分「读过」与「学会」的层级，因此它们都绑定到具体习题（C / D 组）。

第一编 · 第一章引言（15 条）

K · 知识目标（8 条）

编号	目标	层级	主要依据
K1.1	能复述机器人学的文化源流（robota 词源、R.U.R.、阿西莫夫三定律）并解释科学定义「感知与行为之间的智能联系」（含说明它为何无关外表）	理解	1.1
K1.2	能默写机器人系统四个子系统的功能与典型组成，并说出交叉学科涉及的四个领域	理解	1.1.3
K1.3	能陈述开链 / 闭链、转动 / 移动关节、自由度、工作空间、冗余的定义与关系	理解	1.2.1
K1.4	能对比五种机械手构形（笛卡儿 / 圆柱 / 球形 / SCARA / 拟人）的关节构成、工作空间形状、刚度与典型应用；引用 IFR 占比时须带年份（59/20/12/8，2005 口径）	分析	1.2.2
K1.5	能解释球形腕「三轴交于一点 ⇒ 定位与定向解耦」的结构原理，并说明解耦的工程代价（腕结构复杂度）	分析	1.2.3
K1.6	能区分三类车轮（定轮 / 导向轮 / 自位轮）与五种底盘布局的机动性差异（含主动全向轮），并能用无侧滑约束解释「能否原地转 / 即时横移」	分析	1.3.1、1.3.2
K1.7	能陈述工业机器人的三种基本能力、自动化三层次，并举出与七款实例机器人的对应	理解	1.4.1、1.4.2
K1.8	能复述建模 / 规划 / 控制三主题各自要解决的问题，并说出每个主题对应的原书章节；能默画映射表并对任一给定任务拆解到章	理解	1.5

S · 技能目标（4 条）

编号	目标	层级	主要依据
S1.1	能为一台给定机械手（或照片）判断构形类别、数出自由度、推断工作空间形状（实物 / 照片 / 参数表均可，目标 2 分钟内）	应用	1.2；习题 C1
S1.2	能对身边的轮式设备完成「轮型 + 布局 + 禁止即时方向」三连判	应用	1.3；习题 C3
S1.3	能读懂工业机器人的参数表（行程 / 重复精度 / 最大速度 / 有效负载），并按任务需求选型，且能给出推翻该选型的条件	应用	1.4.2；习题 C4
S1.4	能把全书十二章按「建模 / 规划 / 控制 / 结构 / 应用」归类，画出自己的学习路线图（十二宫格：每章一行预习问题，并标注先修弱项）	应用	1.5.4；习题 C5

A · 态度与判断目标（3 条）

编号	目标	层级	主要依据
A1.1	对「结构决定用途」形成工程直觉：选机器人先看工作空间 / 负载 / 精度约束，不被形态偏好左右	评价	1.2.4；习题 D4
A1.2	能区分「科学定义」与「科幻形象 / 舆论形象」，在面对新概念（如具身智能）时保持定义先行的习惯	评价	1.1.1、勘误页
A1.3	对教材 / 报告中的行业数据保持年代意识，引用时自动带「机构 + 年份 + 口径」，并能执行异常数字的核查流程	评价	勘误页「数据时效」；习题 C2、D2

第二编 · 第二章运动学（20 条）

K · 知识目标（14 条）

编号	目标	层级	主要依据
K2.0	能写出位置与姿态两半的数学描述，说明 9 个方向余弦为何只有 3 个独立	理解	定义 2.1.1、原理 2.1.A
K2.1	能说出旋转矩阵的描述 / 变换 / 算子三重身份并各举一例；能不查表写 $R_x,R_y,R_z$	理解	定义 2.2.1、定理 2.2.B；习题 A1
K2.2	能按「当前轴右乘 / 固定轴左乘」写出任意序列的乘积，并解释 ZYZ–RPY 的对偶	应用	原理 2.3.A、原理 2.3.B；习题 A3
K2.3	能由 $R$ 写出 ZYZ / RPY 的两支解并指出奇点位置（ $s_\vartheta=0$ 、 $c_\vartheta=0$ ）	应用	2.4.4、2.4.5；习题 B1、B3
K2.4	能复述不用 $\arccos$ 反解的两个理由（不唯一、精度不均匀）与 $\operatorname{Atan2}$ 的象限机制	理解	原理 2.4.A；习题 C5
K2.5	能写出角和轴的五步左乘序列、紧凑形式与 Rodrigues 矩阵，说出 $\vartheta=0,\pi$ 的逆解失效与补救	应用	定义 2.5.1、证明、定理 2.5.B；习题 B4
K2.5b	能写出四元数与角和轴的换算，说明它修掉了哪两个缺陷（教材补充 · 课程未授）	理解	定义 2.6.1、原理 2.6.A
K2.5c	能写出 $R(\vartheta,\boldsymbol r)=\exp(\vartheta S(\boldsymbol r))$ 的闭式与对数映射，说出 $so(3)$ 与李括号 = 叉积（教材补充 · 2.5.3）	理解	定义 2.5.3、定理 2.5.D、定理 2.5.E、这套语言买了什么
K2.6	能默写 $A$ 的分块与逆的分块公式，说明「连乘代替展开式」的工程动机	应用	定义 2.7.1、原理 2.7.A；习题 B6
K2.7	能独立建系、填 $4n$ 参数表、写出 $A_i^{i-1}$ ，并执行 DH 十步流程	应用	定义 2.8.3、DH 十步操作流程；习题 A4、C2、C3
K2.8	能重现九种典型结构的参数表，并说明「球形腕旋转块 = ZYZ」「接口一致才可连乘」	分析	2.9；习题 C3、D4
K2.9	能判定任务的 $(n,m,r)$ 与冗余类型，区分可达 / 灵活工作空间、精度 / 重复精度	分析	定义 2.10.1–定义 2.10.3；习题 C4
K2.10	能写出 $\Delta\boldsymbol x=\Phi\Delta\boldsymbol\xi$ ，给出量测数条件并描述迭代闭环	应用	标定三步法；习题 D2
K2.11	能陈述逆解四难点与解耦条件，独立完成平面臂双解法与拟人臂 4 解	应用	定理 2.12.A–定理 2.12.C；习题 C6、D1

S · 技能目标（3 条）

编号	目标	层级	主要依据
S2.1	建表基本功：给定结构图 15 分钟内建系填表，且能自查变量列与符号	应用	2.8.2；习题 C2、C6
S2.2	公式实现：用数值实验验证本章任一公式，并设计「错误实验」（如右乘改左乘）对照	应用	习题 C1、C5、C6
S2.3	解读参数表：拿到机器人手册能读出工作空间视图、精度 / 重复精度并解释来源	应用	定义 2.10.2；习题 C4

A · 态度与判断目标（3 条）

编号	目标	层级	主要依据
A2.1	奇点意识：遇到逆解跳变先查表示奇点与关节奇异，不归咎「数值误差」	评价	定理 2.4.B；习题 D1
A2.2	约定意识：读任何 DH 表先问「标准还是改进」，先对零位约定再对数	评价	勘误 E2.4；习题 C2
A2.3	验算习惯：每个解析解回代正运动学，每个 $R$ 查 $R^{\mathrm T}R=I$ 、 $\det R=1$	评价	习题 C1、C6

第三编 · 第三章微分运动学和静力学（19 条）

K · 知识目标（13 条）

编号	目标	层级	主要依据
K3.0	能写出 $\boldsymbol v_e=J(\boldsymbol q)\dot{\boldsymbol q}$ 并说明 $J_P$ / $J_O$ 的分工与维数	理解	定义 3.1.1；习题 A1
K3.1	能不看稿重推 $RR^{\mathrm T}=I\Rightarrow\dot R=SR$ ，并识别 $S=S(\boldsymbol\omega)$	应用	定理 3.1.A、定义 3.1.2；习题 B1
K3.2	能写出点速度三项合成与 $\dot p_i$ 、 $\omega_i$ 两条递推，并各举一个特例	应用	3.1.2；习题 B1
K3.3	逐列构造（绿框）：给定 $T_i^0$ 能直接写出全部 $z_{i-1},\boldsymbol p_{i-1}$ 并组装 $J$	应用	定理 3.1.C、方法 3.2.A；习题 C3、C4
K3.4	能重现三连杆平面臂、拟人臂的 $J$ ；能说明斯坦福第 3 列为何取移动列	应用	3.2.1–3.2.3；习题 C2、C3
K3.5	能判定两连杆臂奇点、说明三类后果、区分边界 / 内部奇点	分析	定义 3.3.1、例 3.2；习题 C2、D1
K3.6	能写出 $\det J=\det J_{11}\det J_{22}$ 的成立条件，并解释「只能用于奇点分析」	分析	定理 3.3.A；习题 B3
K3.7	能写出球腕 $s_5=0$ 、拟人臂 $\det J_P$ 的两类因子及其几何含义	分析	3.3.3；习题 B2
K3.8	能判任务相关冗余、写出解族 $\dot{\boldsymbol q}^*+P\dot{\boldsymbol q}_0$ 并证明「不惊动末端」	应用	定义 3.4.1、定理 3.4.B；习题 B4
K3.9	能独立完成拉格朗日推导、写出 $J^\dagger$ ；能说明 DLS 的 $K$ 的作用与极限行为	应用	定义 3.5.1、定义 3.5.2；习题 B5、C6
K3.10	能说明 $J$ 与 $J_A$ 的差异来源、写出 $T_A$ 的结构与失效条件	理解	定理 3.6.A；习题 A3
K3.11	能写出逆方案 / 转置方案并比较「完全线性化」；能说明二阶算法多考虑什么	理解	3.7.1–3.7.3；习题 D2
K3.12	能用虚功原理推出 $\boldsymbol\tau=J^{\mathrm T}F_e$ ，并写出速度 / 力变换的转置对偶	应用	定义 3.8.1；习题 A4、B6

S · 技能目标（3 条）

编号	目标	层级	主要依据
S3.1	数值自查：会用中心差分校验任一解析雅可比（含角速度行的 $S=\dot RR^{\mathrm T}$ 提取）	应用	3.1 小结；习题 C1、D3
S3.2	奇点体检：拿到机器人手册能识别奇异位形说明并归类（结构性 / 可规避）	应用	3.3、3.5.2；习题 D1
S3.3	矩阵选型：面对「求解 / 优化 / 病态」三类问题能正确选 $J^{-1}$ 、 $J^\dagger$ 、 $J^*$	应用	习题 A2；3.5 小结

A · 态度与判断目标（3 条）

编号	目标	层级	主要依据
A3.1	结构优先：遇到新构型先想「轴的平行 / 汇交关系」而非硬算行列式	评价	定理 3.3.A、3.2.3；习题 D1
A3.2	约定意识：每个雅可比先问坐标系（基系 / 传感器系、 $z$ 向上 / 向下），先对约定再比数值	评价	3.1.3；勘误 E3.1；作业三
A3.3	对偶思维：见到速度映射就想到力映射（ $J\leftrightarrow J^{\mathrm T}$ ），反之亦然	评价	3.8；习题 A4、B6、D2

第四编 · 第四章轨迹规划（19 条）

K · 知识目标（14 条）

编号	目标	层级	主要依据
K4.0	能区分路径（纯几何）、轨迹（+ 时间律）、运动规划（+ 避障与优化）三个概念	理解	定义 4.1.1–定义 4.1.3；习题 A1
K4.1	能说出运动律的两条硬约束（广义力饱和、结构谐振）各限制哪个物理量	理解	定理 4.1.A；习题 D1
K4.2	能写出轨迹规划器的输入输出，并列出用户可指定的四类参量	理解	轨迹规划算法的输入输出接口、定义 4.1.4；习题 D2
K4.3	给定初终位置/速度能列出并解出三次多项式系数；能说出最小能量为何给出三阶	应用	定义 4.2.1、定理 4.2.A；习题 B1、B2、C1
K4.4	能说明何时必须升到五次多项式，以及选择五次的代价	理解	定义 4.2.2；习题 A2、C4
K4.5	能写出 LSPB 的 $t_c$ 二次方程、加速度下界与巡航速度约束，并判断三角形极限	应用	定义 4.2.3、定理 4.2.C、定义 4.2.4；习题 B3、C2
K4.6	能列出高阶插值多项式的五个缺点，并说出四条修正路线各补了什么条件	理解	为什么不用单个高阶多项式、四条修正路线；习题 A3
K4.7	能复述样条的方程计数链（ $4N-2$ vs $4(N-1)$ ⇒ 虚拟点 ⇒ $4(N+1)$ ⇒ 降到 $N$ ）	应用	定义 4.2.6、定理 4.2.G、定理 4.2.H；习题 B4、C5
K4.8	能写出抛物线混合的 (4.29)(4.30)，并解释「经由点」与时间超前	应用	定义 4.2.7；习题 C6、D3
K4.9	能写出路径的参数表示与弧长参数化，并默写 Frenet 三向量 (4.33)	应用	定义 4.3.1、定理 4.3.A；习题 A4
K4.10	能写出直线与圆弧路径的 $p(s)$ 、 $dp/ds$ 、 $d^2p/ds^2$ ，并推导圆心公式	应用	定义 4.3.2、定义 4.3.3；习题 A4
K4.11	能说明位置轨迹的「几何 × 时间」分解，并分解圆弧加速度为向心 + 切向	分析	定义 4.3.4、定理 4.3.B、例 4.3.C；习题 A4
K4.12	能写出多段路径的参数表达式，并说明经由点与时间超前的作用	应用	定义 4.3.5、定理 4.3.D；习题 D3
K4.13	能说明旋转矩阵为何不能直接插值，并写出欧拉角法与角和轴法的轨迹公式	理解	定理 4.3.E、定义 4.3.6、定理 4.3.F；习题 A4、D4

S · 技能目标（3 条）

编号	目标	层级	主要依据
S4.1	选型能力：由「约束数 → 阶次」「要求的连续性 → 路线」两步定出规划方案	应用	4.2.1、4.2.2 小结；习题 A2、A3
S4.2	数值自查：能对任一轨迹验插值、端点条件与 $C^0/C^1/C^2$ 连续	应用	`tools/verify_ch04_traj.py`；习题 C4、C5、C6
S4.3	圆弧作图：能建随体坐标系、算圆心与半径、写出 $p(s)$ 并分解加速度	应用	定义 4.3.3；习题 A4

A · 态度与判断目标（2 条）

编号	目标	层级	主要依据
A4.1	工程取舍：能权衡「最优性 / 算力 / 可验证性」，理解工业为何选梯形速度曲线	评价	4.2.1 考点框；习题 D1
A4.2	降维思维：能把高维规划化为一维标量时间律（ $s(t)$ 、 $\theta(t)$ ）并复用既有方法	评价	定义 4.3.4、定理 4.3.F；习题 A4、D3

第五编 · 第五章执行器与传感器（32 条）

K · 知识目标（19 条）

编号	目标	层级	主要依据
K5.0	能说出执行系统的四个组成部分与功率流顺序	理解	定义 5.1.1；习题 A1
K5.1	能说明「发动机与关节的工况矛盾」以及传动装置的三重作用	理解	定理 5.1.B、定义 5.1.3；习题 A2
K5.2	能列出三种典型传动装置及其适用场合，并说明直接驱动的代价	理解	方法 5.1.C、定义 5.1.4；习题 D1
K5.3	能按输入功率类型对发动机分类，并复述机器人对发动机的六条性能要求	记忆	定义 5.1.5、定义 5.1.6；习题 A3
K5.4	能说出永磁直流与无刷直流伺服电机的组成，以及「电刷+换向器 ↔ 位置传感器+控制模块」的对应	理解	定义 5.1.7、定义 5.1.8；习题 A3
K5.5	能说明无刷电机相对有刷的四个好处各来自哪个结构变化	理解	定理 5.1.C；习题 B1
K5.6	能说出步进电动机的特点（不需要转角测量）与两条限制	理解	定义 5.1.9；习题 A3
K5.7	能说出液压伺服发动机的原理、结构形式与电动/液压的优缺点对照	理解	定义 5.1.10、方法 5.1.D；习题 B6、D2
K5.8	能说出功率放大器的调节任务、按电机类型选放大器、以及 PWM 的两个指标	理解	定义 5.1.11、定理 5.1.D、方法 5.1.E；习题 A1
K5.9	能说出电源与液压源的组成，以及「储液器 = 滤波电容」的类比	理解	定义 5.1.13、储液器 = 滤波电容；习题 A1
K5.10	能默写电气驱动的四个基本方程并说明 $k_t=k_v$	记忆	定义 5.2.1；习题 B1、B2
K5.11	能说明电流反馈的双重目的，以及两种「发电机」特性各自的导出条件	理解	定义 5.2.2、定理 5.2.A；习题 B1、B2、C2
K5.12	能说出液压驱动比电气驱动多出的两项（渗漏、可压缩性）及其含义	理解	定义 5.2.3；习题 B6
K5.13	能默写减速比定义与 $I_{eq},F_{eq}$ 及负载力矩的折算因子	记忆	定义 5.2.4、定理 5.2.C；习题 B3、C1
K5.14	能说明大减速比为什么使非线性动态趋向线性化	理解	例 5.1；习题 B4
K5.15	能说明位置环为什么必须同时有积分与比例项（两个原点极点）	理解	定理 5.2.D；习题 A4
K5.16	能区分本体传感器与外部传感器，并判断「关节力矩」的归属	理解	定义 5.3.1、定义 5.4.1；习题 A3
K5.17	能说出位置传感器（电位计、编码器、旋转变压器）与速度传感器（测速发电机）的原理与特点	理解	定义 5.3.2、定义 5.3.3、定理 5.3.B、注 5.3.1、方法 5.3.A；习题 C3
K5.18	能说出力传感器、距离传感器与视觉传感器的原理与主要指标	理解	定义 5.4.2、定义 5.4.3、定义 5.4.4、定理 5.4.B、方法 5.4.C、定义 5.4.5；习题 C5、C6

S · 技能目标（8 条）

编号	目标	层级	主要依据
S5.1	功率链计算：由关节端的力与速度反推各环节功率与效率	应用	方法 5.1.A；习题 A1
S5.2	器件选型：按「低速高转矩 / 环境 / 成本」在电动与液压、有刷与无刷之间定方案	评价	方法 5.1.D；习题 D1、D2
S5.3	建模能力：能从基本方程推出驱动的传递函数与两种发电机特性	应用	定理 5.2.A；习题 B1、B2、C2
S5.4	折算能力：能算 $I_{eq},F_{eq}$ 与折算后的负载力矩	应用	定理 5.2.C；习题 B3、C1
S5.5	控制结构设计：能说明位置环为什么用 PI、测速反馈改进了什么	分析	定理 5.2.D、方法 5.2.E；习题 A4、D3
S5.6	传感器定量：能算编码器分辨率、声纳距离与相机像素坐标	应用	例 5.3.A、定理 5.4.B、定义 5.4.5；习题 C3、C4、C5
S5.7	坐标变换：能把力/力矩从传感器坐标系换到接触坐标系	应用	方法 5.4.B、例题 5.4.C；作业五 5.6
S5.8	数值验算：能对上述公式做数值复算并核对官方解答	应用	`tools/verify_homework05.py`；习题 C1–C6

A · 态度与判断目标（5 条）

编号	目标	层级	主要依据
A5.1	从需求倒推：选型从关节端的力和速度出发，而不是从手边的电机出发	评价	5.1；习题 D1
A5.2	权衡意识：直驱精度高但控制难、液压力大但污染、无刷轻快但成本高	评价	定义 5.1.4、方法 5.1.D、定理 5.1.C；习题 D1、D2
A5.3	解耦思维：把多轴强耦合系统看成「可独立设计的单轴 + 干扰」	分析	定理 5.2.C、定义 5.2.5；习题 A2、B3
A5.4	分辨分辨率与精度：量化分辨率不是精度	评价	定义 5.3.3、例 5.3.A；习题 C3、D4
A5.5	尊重物理极限：温度漂移、可压缩性、标定残差不是算法能补的	评价	定理 5.4.B、定义 5.4.5；习题 C5、D4

附 · 五章目标的递进关系

层级	第一章	第二章	第三章	第四章	第五章
K	建立术语与分类框架（是什么）	建立表示与传递的代数（怎么算）	建立速度与力的线性化（怎么变）	建立轨迹的生成与插值（怎么动）	建立执行与测量的物理基础（靠什么实现）
S	判构形、识轮系、读参数表、画路线图	建系填表、数值验公式、读手册	差分校验雅可比、奇点体检、矩阵选型	约束定阶次、连续性选路线、数值自查	功率链计算、器件选型、驱动建模、传感器定量
A	结构先于算法、定义先行、数据年代意识	奇点意识、约定意识、验算习惯	结构优先、约定意识、对偶思维	工程取舍、降维思维	从需求倒推、权衡意识、解耦思维、尊重物理极限

一句话：第一章教你「认出它」，第二章教你「算出它」，第三章教你「让它动起来、并知道它在哪儿会失灵」，第四章教你「让它按你要的方式动」，第五章教你「让它真的动得起来、并且知道自己动到哪了」。五章的 A 类目标其实是同一个习惯的五次出现——先问约定与结构，再动手算；先看物理极限，再谈算法。

Keyboard shortcuts

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