Industrial robot technology andapplication

一、课程的性质和目的

课程性质：工业机器人技术与应用是机械制造及其自动化专业限选课。

课程目的：通过本课程的学习，使学生在常见工业机器人结构设计和应用方面获得必要的基本理论知识，并能得到一定的常见工业机器人操作技能训练，为从事工业机器人设计、操作、末端执行器改造、机器人维护等方面的工作提供一定的基本知识。

二、课程的教学内容与学时分配

第一章   绪论   (1学时)

教学内容：

概述，机器人的发展史，机器人研究内容与发展趋势

教学要求：

了解机器人学三原则；了解工业机器人发展趋势；掌握机器人系统的组成；了解机器人上的常见传感器

重点：工业机器人系统的组成、传感器的作用。

难点：工业机器人传感技术。

第二章  机器人的机构分类与设计  (5学时)

教学内容：

机器人的组成和分类，机器人的主要技术参数，机器人设计和选用准则，机器人的机械结构，机器人的驱动机构

教学要求：

了解工业机器人的组成、分类、主要技术参数；了解工业机器人的控制方案选择、理解机械结构设计准则；理解工业机器人机械结构、驱动机构。

重点：工业机器人的机械结构及驱动机构。

难点：工业机器人控制方案的选择及机械结构设计准则。

第三章  机器人运动学  (6学时)

教学内容：

概述，机器人运动学的基本问题（连杆坐标系建立、正运动学问题求解），机器人的雅可比矩阵。

教学要求：

了解机器人运动学要解决的问题；理解机器人求解平面机构运动学问题，坐标变换的目的；掌握机器人连杆描述、连杆坐标系建立步骤；掌握机器人雅克比矩阵的定义以及构建方法；

重点：工业机器人连杆描述、连杆坐标系构建、正运动学建模、雅克比矩阵的构建。

难点：工业机器人连杆坐标系的构建、雅克比矩阵的构建、逆运动学求解

第四章  机器人的动力学初步 (6学时)

教学内容：

概述，机器人的静力学，机器人动力学方程式

教学要求：

了解工业机器人动力学研究的目的；掌握机器人静力学的求解步骤、理解运动学、静力学、动力学的关系；了解牛顿欧拉法建立动力学模型、掌握拉格朗日方程建立动力学模型。

重点：静力学建模方法、建立拉格朗日动力学模型。

难点：静力学建模方法、牛顿欧拉动力学模型、拉格朗日动力学模型。

第五章  机器人的感觉  (4学时)

教学内容：

机器人传感技术，机器人内部传感器，机器人外部传感器，多传感器的信息融合，机器人传感器的选择要求。

教学要求：

了解工业机器人传感器的分类；了解机器人位置传感器、角度传感器、姿态传感器；了解机器人触觉传感器、距离传感器、听觉传感器；了解多传感器信息融合的分类、控制结构、常用方法；理解传感器选用要求。

重点：工业机器人内外部传感器的基本原理、传感器的选用。

难点：工业机器人多传感器信息融合的控制结构、传感器的选用要求。

第六章  机器人示教与操作  (自学2学时)

教学内容：

概述，机器人示教类别与基本特征，机器人编程语言的类别和基本特性，动作级语言和对象级语言，机器人遥操作，典型示教与操作案例。

教学要求：

了解机器人示教类别与基本特征；了解机器人编程语言的类别和基本特性；了解动作级语言和对象级语言；了解机器人遥操作；

重点：动作级语言和对象级语言、机器人遥操作。

难点：动作级语言和对象级语言。

实验（训）内容与要求（8学时）

要求：通过实验及实训，培养学生操作工业机器人的能力，通过观察、分析、编程等实践活动真正了解工业机器人的工作原理与具体结构。要求教师认真准备实验器材，学生独立或协作操作完成实验及实训项目，并按要求完成实验（训）报告。

按顺序完成实验：

1、    装配机器人机械结构、驱动方式的认识，并完成手动操作机器人。（1学时）

2、 机器人平台的通信及轨迹模拟仿真（2学时）

3、    工业机器人编程软件的学习。（3学时）

4、    动手编程让装配机器人完成教师指定工作任务。（2学时）

三、课程教学环节的基本要求

教学要求：

1、本课程的实践性强，涉及面广、灵活性大，要求教师教学中应注意掌握基本概念在实际中的应用，及该课程与其它课程融会贯通的教学方法。

2、    教学中应与生产实习、实验紧密结合，并运用视频录相、现场教学和外厂参观等方法丰富的扩展涉及学习内容。在理论与实际的结合中培养学生分析和解决实际工艺问题的能力。

3、有些内容适合项目教学法、研讨法。

作业方面：

每一章节完成后都有一定量的作业，用以学生巩固当前章节所学的基本理论，此外，根据教学内容的难易程度，课堂上随机布置一两道题的课堂作业。

考试环节：

1、本课程是考试课，考试的形式采用闭卷。

2、期末考试成绩占60%，实验成绩占30%，平时成绩占10%。

3、平时成绩包括作业、考勤、提问、实验过程中的动手能力等。

四、本课程与其它课程的联系与分工

本课程的先修课为：《机械原理》、《机械设计》、《机械工程测试技术》、《机械工程控制基础》、《机电系统设计》、《机电传动与控制》等。

五、建议教材与教学参考书

[1] 张宪民．机器人技术及其应用 [M]．北京：机械工业出版社，2019.