任務(wù)2工業(yè)機器人機械結(jié)構(gòu)的認知a

1、工業(yè)機器人技術(shù)基礎(chǔ)一體化教學(xué)授課名稱工業(yè)機器人基礎(chǔ)知識授課時間授課時數(shù)2 課時授課班級17 機器人班授課地點授課教師覃瑞勇課題任務(wù) 2 工業(yè)機器人機械結(jié)構(gòu)的認知教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)1、掌握機器人的自由度和工作空間2、了解工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)運動簡圖3、掌握關(guān)節(jié)坐標(biāo)機器人機身、 臂部、 腕部及手部等結(jié)構(gòu)特點及功能能力 目標(biāo)通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)能夠根據(jù)機器人的結(jié)構(gòu)組成確定其自由度與識別機器人的運動；能夠根據(jù)工作需求正確選擇機器人情感目標(biāo)（1）在學(xué)習(xí)過程中提高學(xué)生的思維能力， 感受學(xué)習(xí)的快樂， 激發(fā)學(xué) 習(xí)興趣。（ 2）認識掌握此項技能的重要性， 增強做一名技工的責(zé)任感和榮譽 感。教學(xué) 重點工業(yè)機器人的

2、運動自由度與坐標(biāo)系教學(xué) 難點工業(yè)機器人的運動自由度與坐標(biāo)系教學(xué) 用具教材、教案、多媒體課件、一體化平臺教材 分析本教材堅持以達到國家職業(yè)技能鑒定標(biāo)準(zhǔn)和就業(yè)能力為目標(biāo)， 以專業(yè)的 工作內(nèi)容為主線，以工作任務(wù)為引領(lǐng)，由淺入深，循序漸進，精簡理論，突 出核心技能與實操能力， 使理論與實踐融為一體， 充分體現(xiàn)“教”“學(xué)”“做” 合一的教學(xué)思想，。致力于構(gòu)建符合當(dāng)前教學(xué)改革方向的，以培養(yǎng)應(yīng)用型、 技術(shù)型和創(chuàng)新型人才為目標(biāo)的教學(xué)體系。學(xué)情 分析教學(xué) 對象部分學(xué)生綜合素質(zhì)低，沒有養(yǎng)成良好的日常行為規(guī)范；理解、 歸納問題能力有待于進一步提高；不具備主動學(xué)習(xí)的能力，好動， 頭腦靈活。正確引導(dǎo)心理上，學(xué)生對文字太

3、多的書本不感興趣，但對操作機械和以 視頻結(jié)合的課堂氣氛十足。我認為應(yīng)抓住這些有利因素，以講解 - 演示- 實踐為主線，并配以任務(wù)驅(qū)動法，引導(dǎo)學(xué)生身心投入課堂。教學(xué) 方法啟發(fā)式、講練法、任務(wù)驅(qū)動、總結(jié)提升學(xué)習(xí) 方法“教為主導(dǎo)、學(xué)為主體、練為主線”教學(xué)過程備注一、組織教學(xué)清點人數(shù)，師生相互問好，強調(diào)課堂紀律二、舊知回顧 工業(yè)機器人分類及應(yīng)用 1、按臂部的運動形式分 （1）直角坐標(biāo)型：臂部可沿三個直角坐標(biāo)移動； （2）關(guān)節(jié)型：臂部有多個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)； （3）圓柱坐標(biāo)型：臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動作； （4）組合結(jié)構(gòu)：可以實現(xiàn)直線、旋轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)、伸縮； （5）球坐標(biāo)型：臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮。2、按執(zhí)行機構(gòu)

4、運動的控制機能分：點位型、連續(xù)軌跡型 3、按程序輸入方式分：離線輸入型、示教輸入型 4、按應(yīng)用領(lǐng)域分類：可分為搬運機器人、裝配機器人、上下料機器人、焊 接機器人、碼垛機器人、噴涂機器人等。工業(yè)機器人的安全使用（1）安全注意事項（2）安全操作規(guī)程（3）安全使用規(guī)則（4）操作注意事項三、新課導(dǎo)入及分析 在前兩節(jié)課中， 我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了工業(yè)機器人的定義， 發(fā)展以及有關(guān)機器 人的分類和應(yīng)用。通過學(xué)習(xí)，讓我們知道了機器人是一種復(fù)雜的機械裝置， 但是這種機械裝置能實現(xiàn)強大的功能作用。 那么，這機器人到底是什么樣的 呢？它們的結(jié)構(gòu)又是怎樣的呢？懷著這些疑問， 讓我們走進工業(yè)機器人的世 界，去學(xué)習(xí)工業(yè)機器人的機

5、械結(jié)構(gòu)。四、新課授學(xué)（教師講解、觀看視頻）工業(yè)機器人的機械結(jié)構(gòu)是機器人的主要基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)， 你是現(xiàn)代 機械原理研究的主要內(nèi)容，機器人一般由驅(qū)動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)、控制系統(tǒng) 3 個基本系統(tǒng)，以及一些復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)組成。通常用自由度、工作空間、額 定負載、定位精度、 重復(fù)精度和最大工作速度等技術(shù)指標(biāo)來描述機器人的性 能。本任務(wù)主要內(nèi)容是通過學(xué)習(xí)， 了解有關(guān)工業(yè)機器人系統(tǒng)的基本組成、 技 術(shù)參數(shù)及運動控制， 能夠熟練進行機器人坐標(biāo)和運動軸的選擇， 并能熟練的 描述工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)。一 機器人結(jié)構(gòu)運動簡圖機器人結(jié)構(gòu)運動簡圖是指用結(jié)構(gòu)與運動符號表示機器人臂部、 腕部和手 指等結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)間的運動形式的簡

6、易圖形符號。 機器人結(jié)構(gòu)運動簡圖能夠更 好的分析和記錄機器人的各種運動和運動組合， 可簡單清晰的表明機器人的 運動狀態(tài)，有利于對機器人的設(shè)計方案進行鮮明的對比。1. 移動結(jié)構(gòu)注：b）是 a ）的側(cè)向圖形符號3. 回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)二 工業(yè)機器人的運動自由度物體在三維空1. 自由度的概念 描述物體相對于坐標(biāo)系進行獨立運動的數(shù)目稱為自由度。間有 6 個自由度，如圖所示。2. 工業(yè)機器人的自由度機器人的自由度是指描述機器人本體（不含末端執(zhí)行器）相對于基坐標(biāo) 系（機器人坐標(biāo)系）進行獨立運動的數(shù)目。機器人的自由度表示機器人動作 靈活的尺度，一般以軸的直線移動、擺動或旋轉(zhuǎn)動作的數(shù)目來表示。 機器人常用關(guān)節(jié)類型：移動

7、關(guān)節(jié)用字母 P 表示，它允許兩相鄰連桿沿關(guān)節(jié)軸線做相對移動， 這種關(guān)節(jié)具有 1 個自由度，如圖所示。轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)用字母 R 表示，它允許兩相鄰連桿繞關(guān)節(jié)軸線做相對轉(zhuǎn)動， 這 種關(guān)節(jié)具有 1 個自由度，如圖所示。球面關(guān)節(jié)用字母 S 表示，它允許兩連桿之間有三個獨立的相對轉(zhuǎn)動， 這 種關(guān)節(jié)具有 3 個自由度 , 如圖所示?；⒖算q關(guān)節(jié)用字母 T 表示，它允許兩連桿之間有二個相對轉(zhuǎn)動， 這種關(guān) 節(jié)具有 2 個自由度 , 如圖所示。1) 直角坐標(biāo)機器人的自由度 如圖所示為直角坐標(biāo)機器人，臂部具有 3 個自由度。特點：結(jié)構(gòu)剛度大，關(guān)節(jié)運動相互獨立，操作靈活性差。2) 圓柱坐標(biāo)機器人的自由度如圖所示為五軸圓柱坐

8、標(biāo)機器人，有 5 個自由度。特點：結(jié)構(gòu)緊湊，易于控制。3）球（極）坐標(biāo)機器人的自由度如圖所示為球（極）坐標(biāo)機器人，具有 5 個自由度。特點：靈活性好，工作空間大。4）關(guān)節(jié)機器人（1）SCARA型關(guān)節(jié)機器人SCARA型關(guān)節(jié)機器人有 4 個自由度，如圖所示特點：適用于平面定位，在垂直方向進行裝配作業(yè)（2）六軸關(guān)節(jié)機器人六軸關(guān)節(jié)機器人有6 個自由度，如圖所示特點：動作靈活、結(jié)構(gòu)緊湊5) 并聯(lián)機器人的自由度并聯(lián)機器人是由并聯(lián)方式驅(qū)動的閉環(huán)機構(gòu)組成的機器人。如圖所示， Gough-Stewart 并聯(lián)機構(gòu)和由此機構(gòu)構(gòu)成的機器人是典型的并聯(lián)機器人。與 開鏈?zhǔn)焦I(yè)機器人的自由度不同， 并聯(lián)機器人不能通過結(jié)構(gòu)

9、關(guān)節(jié)自由度的個 數(shù)明顯數(shù)出，可通過以下公式計算其自由度數(shù)。nF 6(l n 1)fii1特點：無累計誤差，精度較高，剛度大，承載能力強， 速度高，動態(tài)響應(yīng)好， 結(jié)構(gòu)緊湊，工作空間較小。三 工業(yè)機器人的坐標(biāo)系工業(yè)機器人的坐標(biāo)系主要包括：基坐標(biāo)系、關(guān)節(jié)坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系及 工具坐標(biāo)系，如圖所示。教學(xué)過程備注基坐標(biāo)系： 基坐標(biāo)系是機器人其它坐標(biāo)系的參照基礎(chǔ)， 是機器人示教與 編程時經(jīng)常使用的坐標(biāo)系之一， 它的位置沒有硬性的規(guī)定， 一般定義在機器 人安裝面與第一轉(zhuǎn)動軸的交點處。關(guān)節(jié)坐標(biāo)系： 關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的原點設(shè)置在機器人關(guān)節(jié)中心點處， 反映了該 關(guān)節(jié)處每個軸相對該關(guān)節(jié)坐標(biāo)系原點位置的絕對角度。工件坐標(biāo)系

10、： 工件坐標(biāo)系是用戶自定義的坐標(biāo)系， 用戶坐標(biāo)系也可以定 義為工件坐標(biāo)系，可根據(jù)需要定義多個工件坐標(biāo)系，當(dāng)配備多個工作臺時， 選擇工件坐標(biāo)系操作更為簡單。工具坐標(biāo)系： 工具坐標(biāo)系是原點安裝在機器人末端的工具中心點 （TCP： Tool Center Point ）處的坐標(biāo)系，原點及方向都是隨著末端位置與角度不 斷變化的，該坐標(biāo)系實際是將基坐標(biāo)系通過旋轉(zhuǎn)及位移變化而來的。五、教學(xué)拓展機器人的發(fā)展：60 年代，美國 Unination 公司研制成功第一臺數(shù)控機械手，標(biāo)志著工 業(yè)機器人的誕生。 它是一種具有記憶儲存能力的示教再現(xiàn)式機器人， 被稱為 第一代機器人。70 年代，出現(xiàn)了配備有感覺傳感器的第二代工業(yè)機器人，它能夠?qū)Νh(huán) 境和作業(yè)對象進行判斷、修正和選擇，具有一定自適應(yīng)能力。80 年代，開始研制第三代工業(yè)機器人，除了能完成體力勞動外，還具 有與人腦相似的功能，能完成部分腦力勞動。六、課堂小結(jié)1、機器人結(jié)構(gòu)運動簡圖是指用結(jié)構(gòu)與運動符號表示機器人臂部、腕部和手 指等結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)間的運動形式的簡易