工業(yè)機器人技術(shù)基礎(chǔ)-教學(xué)大綱

工業(yè)機器人技術(shù)基礎(chǔ)-教學(xué)大綱

本課程是工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)學(xué)生的必修課，旨在讓學(xué)生掌握生產(chǎn)一線技術(shù)和運行人員所必須掌握的機器人技術(shù)應(yīng)用的基本知識和基本技能。工業(yè)機器人應(yīng)用崗位已成為眾多行業(yè)特別是電子制造、汽車制造、半導(dǎo)體工業(yè)、機械制造、造船工業(yè)、機床加工等行業(yè)最關(guān)鍵最核心的工作崗位。本課程介紹了工業(yè)機器人的機械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和感覺系統(tǒng)，通過典型案例對工業(yè)機器人示教和操作的相關(guān)基礎(chǔ)共性問題進行詳細(xì)圖解，內(nèi)容涵蓋機器人搬運、碼垛、焊接、涂裝和裝配五大典型應(yīng)用任務(wù)。通過本課程的研究，學(xué)生掌握工業(yè)機器人技術(shù)的基礎(chǔ)知識，為后續(xù)的研究打下基礎(chǔ)。本課程是工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)基礎(chǔ)課程，集力學(xué)、機械學(xué)、生物學(xué)、人類學(xué)、計算機科學(xué)與工程、控制論與控制工程學(xué)、電子工程學(xué)、人工智能、社會學(xué)等多學(xué)科知識之大成，是一項綜合性很強的新技術(shù)。通過該課程的研究，學(xué)生基本熟悉這門技術(shù)以及其發(fā)展?fàn)顩r，為今后從事工業(yè)機器人技術(shù)安裝、應(yīng)用、設(shè)計等工作打下基礎(chǔ)。學(xué)生將了解機器人的發(fā)展?fàn)顩r、發(fā)展前景及工業(yè)機器人將對未來工業(yè)創(chuàng)造的巨大潛在價值。同時，學(xué)生將掌握機器人機械機構(gòu)、運動分析、控制和使用的技術(shù)要點和基礎(chǔ)理論，以及實際操作工業(yè)機器人的方法。本課程的目的是讓學(xué)生了解機器人的部件、結(jié)構(gòu)、特性、應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，機器人的語言系統(tǒng)的作用及內(nèi)容。學(xué)生將掌握機器人的各種分類方式、不同類型機器人的性能、機器人的基本術(shù)語、各類圖形符號和主要技術(shù)參數(shù)，以及機器人的機身、臂部、腕部、手部、行走機構(gòu)等的結(jié)構(gòu)特點、驅(qū)動方式、驅(qū)動機構(gòu)、傳動機構(gòu)、控制系統(tǒng)及控制方式、基本單元、控制系統(tǒng)的基本組成。此外，學(xué)生還將熟悉搬運、碼垛、焊接、涂裝和裝配五大典型機器人的系統(tǒng)組成及功能，以及這些機器人作業(yè)示教的基本流程。通過本課程的研究，學(xué)生將了解機器人的發(fā)展?fàn)顩r、前景和工業(yè)機器人的潛在價值。學(xué)生將理解工業(yè)機器人的基本原理和基礎(chǔ)知識，掌握機器人機械機構(gòu)、運動分析、控制和使用的技術(shù)要點和基礎(chǔ)理論，同時也將實際操作機器人。機器人是機電一體化裝置的典型代表，它不是簡單的機械、電子組合，而是機械、電子、控制、檢測、通信和計算機的有機融合。通過本課程的研究，學(xué)生將對機器人有一個全面、深入的認(rèn)識，并掌握相關(guān)的實用工業(yè)機器人控制、規(guī)劃和編程方法。本課程面向?qū)I(yè)是工業(yè)機器人技術(shù)，先修課程包括高等數(shù)學(xué)、計算機應(yīng)用技術(shù)、機械制圖與CAD、電工電子技術(shù)、機械基礎(chǔ)和電機與電控控制技術(shù)。由于工業(yè)機器人技術(shù)是一門融運動、力學(xué)分析、機械結(jié)構(gòu)及控制為一體的綜合性課程，它涉及機械、自動控制、計算機、傳感器、人工智能、電工電子技術(shù)等多學(xué)科的內(nèi)容。因此，本課程的教學(xué)必須在完成先修課程之后進行，要求學(xué)生能夠綜合運用所學(xué)知識，解決機器人方面的問題，為后續(xù)的工業(yè)機器人工作站維護、工業(yè)機器人工作站程序調(diào)試做準(zhǔn)備。本課程的教學(xué)內(nèi)容安排包括第1章機器人應(yīng)用技術(shù)概述，其中第一節(jié)是機器人的基本概念，第二節(jié)是機器人的組成原理與應(yīng)用技術(shù)。第一節(jié)的教學(xué)目的是讓學(xué)生了解機器人的定義與特性，理解機器人的歷史與發(fā)展過程。教學(xué)重點是計算機系統(tǒng)的組成，教學(xué)難點是計算機的工作原理。第二節(jié)的教學(xué)目的是讓學(xué)生了解機器人的應(yīng)用領(lǐng)域與應(yīng)用研究內(nèi)容，了解同內(nèi)和國際機器人應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀，掌握機器人的組成部分和工作原理。教學(xué)重點是機器人的組成和工作原理，教學(xué)難點是機器人的工作原理。為了更好地教學(xué)，采用多媒體教學(xué)手段，利用PPT課件和機器人工作的視頻，注重基本理論和基本概念的講授。主要考核內(nèi)容是機器人的發(fā)展歷程。作業(yè)要求是課后復(fù)機器人的定義與發(fā)展歷程。1.2執(zhí)行器；1.3傳感器；1.4控制器；1.5末端執(zhí)行器；1.6工作空間。2.機器人的圖形符號與簡圖繪制（B）2.1機器人的圖形符號；2.2機器人的簡圖繪制。3.機器人的技術(shù)參數(shù)（C）3.1負(fù)載能力；3.2工作范圍；3.3精度；3.4速度；3.5可靠性。四）教學(xué)方法與教學(xué)手段采用多媒體教學(xué)手段，利用PPT課件和機器人圖形符號的實際演示，注重基本理論和基本概念的講授。五）主要考核內(nèi)容機器人的基本術(shù)語、圖形符號與技術(shù)參數(shù)的掌握程度。六）作業(yè)要求繪制機器人的簡圖，并標(biāo)注機器人的各項技術(shù)參數(shù)。2.2腕部的組成；2.3手爪的結(jié)構(gòu)。3.機械結(jié)構(gòu)的典型機構(gòu)（B）3.1串聯(lián)結(jié)構(gòu)；3.2并聯(lián)結(jié)構(gòu)；3.3混合結(jié)構(gòu)。四）教學(xué)方法與教學(xué)手段采用多媒體教學(xué)手段，結(jié)合實物展示和PPT課件進行教學(xué)，注重理論與實踐相結(jié)合。五）主要考核內(nèi)容1.機器人機身和臂部結(jié)構(gòu)的組成原理；2.機械結(jié)構(gòu)的特點與工作原理。六）作業(yè)要求繪制不同類型機器人的機身和臂部結(jié)構(gòu)圖，并分析其特點和工作原理。2.2車輪的驅(qū)動方式；2.3車輪式行走機構(gòu)的優(yōu)缺點。3.履帶式行走機構(gòu)（A）3.1履帶的形式；3.2履帶的驅(qū)動方式；3.3履帶式行走機構(gòu)的優(yōu)缺點。4.足式行走機構(gòu)（B）4.1足式機器人的特點；4.2足式機器人的優(yōu)勢；4.3足式行走機構(gòu)的分類。四）教學(xué)方法與教學(xué)手段采用多媒體教學(xué)手段，利用PPT課件、實物展示相結(jié)合的方式進行教學(xué)，注重基本理論和基本概念的講授。五）主要考核內(nèi)容1.機器人行走機構(gòu)的特點；2.車輪式和履帶式行走機構(gòu)；3.足式行走機構(gòu)。六）作業(yè)要求復(fù)機器人的行走機構(gòu)。1.液壓驅(qū)動系統(tǒng)（A）1.1液壓傳動系統(tǒng)的構(gòu)成；1.2液壓泵和液壓馬達的工作原理；1.3液壓缸的工作原理。2.氣壓驅(qū)動系統(tǒng)（B）2.1氣源裝置；2.2氣動控制元件；2.3氣動執(zhí)行元件。四）教學(xué)方法與教學(xué)手段采用多媒體教學(xué)手段，利用PPT課件、實物展示相結(jié)合的方式進行教學(xué)，注重基本理論和基本概念的講授。五）主要考核內(nèi)容1.液壓驅(qū)動系統(tǒng)和氣壓驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理和應(yīng)用。六）作業(yè)要求1.液壓驅(qū)動系統(tǒng)和氣壓驅(qū)動系統(tǒng)的比較；2.氣動控制元件的種類和特點。教學(xué)重點：交流伺服電動機的調(diào)速原理和方法，機器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。教學(xué)難點：機器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。三）教學(xué)內(nèi)容1.交流伺服電動機的調(diào)速原理和方法（B）1.1交流伺服電動機的特點；1.2電動機調(diào)速的方法；1.3伺服電機調(diào)速的原理。2.機器人控制系統(tǒng)的基本功能（C）2.1機器人控制系統(tǒng)的基本功能；2.2機器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。3.機器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)（A）3.1機器人控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)；3.2機器人控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)。四）教學(xué)方法與教學(xué)手段采用多媒體教學(xué)手段，利用PPT課件、實物展示相結(jié)合的方式進行教學(xué)，注重基本理論和基本概念的講授。五）主要考核內(nèi)容1.機器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。六）作業(yè)要求1.交流伺服電動機的調(diào)速方法；2.機器人控制系統(tǒng)的基本功能和結(jié)構(gòu)。3.掌握機器人外部傳感器和視覺系統(tǒng)的基本原理和應(yīng)用。二）教學(xué)重點、難點教學(xué)重點：機器人的外部傳感器和視覺系統(tǒng)的基本原理和應(yīng)用。教學(xué)難點：機器人視覺系統(tǒng)的基本原理和應(yīng)用。三）教學(xué)內(nèi)容1.機器人的力覺、聽覺傳感器（C）1.1力覺傳感器的原理和應(yīng)用；1.2聽覺傳感器的原理和應(yīng)用。2.機器人的視覺系統(tǒng)（A）2.1視覺傳感器的分類；2.2機器人視覺系統(tǒng)的基本原理；2.3機器人視覺系統(tǒng)的應(yīng)用。3.機器人的外部傳感器（C）3.1機器人的激光測距傳感器；3.2機器人的超聲波傳感器；3.3機器人的紅外線傳感器。四）教學(xué)方法與教學(xué)手段采用多媒體教學(xué)手段，利用PPT課件、實物展示相結(jié)合的方式進行教學(xué)，注重基本理論和基本概念的講授。五）主要考核內(nèi)容1.機器人外部傳感器和視覺系統(tǒng)的基本原理和應(yīng)用。六）作業(yè)要求1.復(fù)本節(jié)所講的內(nèi)容。本節(jié)課的重點是讓學(xué)生理解機器人觸覺傳感器和視覺系統(tǒng)的工作原理，同時掌握視覺系統(tǒng)的原理。其中，機器人視覺系統(tǒng)的原理是難點。教學(xué)內(nèi)容包括機器人的觸覺傳感器和距離傳感器，力覺傳感器，聽覺傳感器以及視覺系統(tǒng)的組成和原理。為了更好地教學(xué)，采用多媒體教學(xué)手段，結(jié)合PPT課件和實物展示。學(xué)生需要復(fù)本節(jié)所講的內(nèi)容，并完成相應(yīng)的作業(yè)。此外，課程還安排了28學(xué)時的實驗實訓(xùn)，包括工業(yè)機器人圖形的繪制和認(rèn)識。1.了解工業(yè)機器人的組成部分、工作原理和工作過程。2.掌握各種傳感器的功能，學(xué)會選擇適合工業(yè)機器人的傳感器。3.研究機器人的語言系統(tǒng)，特別是MOTOMAN機器人的示教再現(xiàn)編程。4.掌握機器人離線編程技術(shù)，學(xué)會編程直線和圓弧程序。5.研究焊接機器人的組成，編寫焊接程序并進行焊接操作。6.了解搬運機器人工作站，學(xué)會編寫搬運機器的應(yīng)用程序。7.研究碼垛機器人的組成，編寫并操作碼垛機器人。8.掌握機器人對原料進行分揀的程序。以上是研究工業(yè)機器人需要掌握的基本知識和技能。了解機器人的組成部分、工作原理和工作過程是研究機器人的基礎(chǔ)。掌握各種傳