《工业机器人技术》教学大纲

《工业机器人技术》教学大纲一、课程基本情况英文名称：IndustrialRobotTechnology课程编号：F071730033048总学时：48讲课学时：44实践学时：4总学分：3课程性质：必修考核方式：考查适用对象：机械设计制造及其自动化专业先修课程：理论力学、机械原理、机械设计、电工学、单片机原理及应用参考文献：[1]刘极峰，杨小兰.机器人技术基础[M].北京：高等教育出版社，2019[2]张宪民,机器人技术及其应用（第三版）[M].北京：机械工业出版社，2018[3]郭洪红.工业机器人技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2017[4]许文稼,工业机器人技术基础[M].北京：高等教育出版社，2017o二、课程简介与目标本课程是机械设计制造及其自动化专业必修的专业课，涉及机器人基本结构、机器人运动学及动力学、机器人轨迹规划、机器人控制、机器人编程及机器人在工业领域的应用等相关知识和技能。旨在了解国内外机器人技术的研究现状、存在的问题及开展方向，掌握工业机器人设计相关知识，具有应用相关技术资料进行工业机器人及系统的设计和研究能力。通过案例教学，了解我国在机器人领域取得的巨大开展成就，以及国家在该领域的产业开展规划，具有爱国主义情怀和投身该领域研究的热情。通过本课程的学习，到达如下学习目标:目标1:掌握机器人基本结构、机器人运动学及动力学、机器人轨迹规划、机器人控制等工业机器人相关专业知识，并能够将相关专业知识和数学模型方法应用于工业机器人设计方案的比拟与综合。目标2:掌握机器人结构、参数、控制等设计方法，提出满足特定需求的机器人单机或系统的解决方案，具有追求创新的态度和意识，主要是设备机器人化的思想。目标3:通过文献研究或相关方法，调研和分析工业机器人系统在工业应用中的解决方案。三、课程教学目标与毕业要求关系矩阵―一螃目标毕业要求——目标1目标2目标3指标点1-4掌握机械设计原理与方法、机械制造工程原理与技术、机械系统中的传动与控制、计算机应用技术等专业知识，能够将相关知识和数学模型方法用于工矿机械设计与制造过程中复杂机械工程问题解决方案的比拟与综合。7指标点3-1掌握机械结构、制造工艺及控制系统的设计、开发方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的各种因素，能够提出满足特定需求的合理解决方案，并表达创新意识。指标点4.1能够基于科学原理和方法，通过文献研究或相关方法，调研和分析复杂机械工程问题的解决方案。四、教学内容、教学方法和手段、学时分配（一）教学内容知识单元一：机器人应用与开展支撑学习目标1、3（建议2学时）教与学要求：能够阐述机器人的广义概念和狭义概念及两者之间的区别；能说明机器人的分类、应用；能够陈述机器人的开展进程和未来开展趋势。教学内容：1-1：机器人定义、分类，国内外机器人技术的研究现状及存在的问题。1-2：工业机器人开展、智能机器人开展、特种机器人开展方向。重点：机器人的分类、应用；机器人未来开展趋势。难点：机器人未来开展趋势。知识单元二：机器人本体结构支撑学习目标1、2（建议6学时）教与学要求:能够陈述机器人本体的基本结构形式、机器人机身结构的基本形式和特点;能够设计机器人手部、腕部、传动、行走机构。教学内容：2-1：机器人本体结构参数与平衡方法。2-2：机器人手部、腕部、传动、行走机构。重点：机器人机身结构的基本形式；机器人手部、腕部、传动、行走机构的设计。难点：机器人手部、腕部、传动、行走机构的设计。知识单元三：机器人运动学支撑学习目标1、2（建议8学时）教与学要求：能利用机器人相关数学基础知识，求解工业机器人运动学相关问题。教学内容：3T：点向量和平面的描述。3-2：相对变换和一般性旋转变换方法、逆变换和物体的描述。3-3：扩展变换及其方程。重点：工业机器人运动学相关问题的求解。难点：工业机器人运动学相关问题的求解。知识单元四：机器人动力学支撑学习目标1、2（建议6学时）教与学要求：能利用机器人相关数学、力学基础知识，求解工业机器人动力学相关问题。教学内容：4-1：雅克比描述与速度分析。4-2：雅克比力计算、欧拉方程。4-3：机器人动态特性。重点：工业机器人动力学相关问题的求解。难点：工业机器人动力学相关问题的求解。知识单元五：机器人轨迹规划支撑学习目标1、2（建议6学时）教与学要求：能够解释机器人轨迹的概念、轨迹规划的一般性问题及轨迹的生成方式,能够解决轨迹规划涉及的主要问题、插补方式分类、机器人轨迹控制过程、轨迹插值计算等问题。教学内容：5-1：机器人轨迹与轨迹生成。5-2：轨迹插补与控制方程。5-3：轨迹插值计算。重点：机器人轨迹规划；机器人轨迹控制。难点：机器人轨迹插补与控制方程。知识单元六：机器人控制支撑学习目标1、2（建议4学时）教与学要求：能够陈述工业机器人控制系统的特点，解释工业机器人控制系统的主要功能和工业机器人的控制方式，能够分析机械手控制方法与误差，并能够进行多连杆机械手控制与伺服参数的计算。教学内容：6-1：机械手控制方法与误差。6-2：多连杆机械手控制与伺服参数计算。重点：工业机器人控制系统的控制方式；多连杆机械手控制与伺服参数的计算。难点：多连杆机械手控制与伺服参数的计算。知识单元七：机器人编程支撑学习目标1（建议4学时）教与学要求：能够针对实例，熟练操作机器人的示教编程与离线编程。能够举例说明工业机器人系统集成与典型应用。教学内容：7-1：机器人编程语言分类7-2：编程语言组成及基本功能7-3：编程语言介绍重点：机器人的示教编程与离线编程。难点：机器人的示教编程与离线编程。知识单元八：工业机器人的应用支撑学习目标1、3（建议8学时）教与学要求：能够举例说明工业机器人在搬运、码垛、焊接、喷涂、装配等行业的应用;能够阐述搬运机器人、码垛机器人、焊接机器人、喷涂机器人、装配机器人的系统组成和功能、作业示教的基本流程、周边设备与布局。教学内容：8-1：搬运机器人及其操作应用8-2：码垛机器人及其操作应用8-3：焊接机器人及其操作应用8-4：涂装机器人及其操作应用8-5：装配机器人及其操作应用重点：搬运机器人、码垛机器人、焊接机器人、喷涂机器人、装配机器人的系统组成;周边设备与布局。难点：搬运机器人、码垛机器人、焊接机器人、喷涂机器人、装配机器人的系统组成。（-）学时分配

教学内容学时课堂教学学时自主学习讲授实验上机作业阅读训练教与学方式、方法知识单元12244互动、案例式教学，阅读，多媒体课件知识单元2862讲授、案例式教学，实验，多媒体课件知识单元38844讲授、案例式教学，多媒体课件知识单元46644讲授、案例式教学，多媒体课件知识单元56644讲授、案例式教学，多媒体课件知识单元644讲授、案例式教学，多媒体课件知识单元7441讲授、案例式教学，实验，多媒体课件知识单元8108144讲授、案例式教学，实验，阅读，多媒体课件学时合计4844420128五、实践教学环节实验目的：通过实验，理解不同结构机器人的结构组成及其特点，能够分析工业机器人系统在工业应用中的解决方案。序号实验名称实验目的主要内容实验学时实验类型开出要求1工业机器人的结构和运动基础1.掌握工业机器人的组成及工作原理，加深对机电一体化系统的理解；2.理解工业机器人的系统结构、几何结构、坐标类型和运动控制原理;3.掌握D-H坐标系的建立方法。用实物讲述机器人的具体结构以及如何运动，并分析其原理，并能够建立D—H坐标系。2验证必做2工业机器人搬运、码垛操作实训1.掌握工业机器人示教编程方法及基本操作；2.理解工业机器人搬运码垛基本原理及编程；3.了解工业机器人生产现场应用现状。分析工业机器人系统的组成、工作原理，实践操作搬运机器人。2验证必做六、成绩构成和评价方法（一）考核方式说明.以试卷、实验、阅读笔记、作业等形式考核。.采用闭卷考试，课程成绩组成：试卷占总成绩70%,实验总成绩10%,阅读笔记占总成绩10%,作业占总成绩10%。

(-)考核权重分配^方式及权重教学内容、\^考试作业阅读笔记实验备注70%10%10%10%知识单元1VV知识单元2VV知识单元3VV知识单元4VV知识单元5VV知识单元6V知识单元7VV知识单元8VVV七、成绩评价标准1.平时成绩评价标准(1)作业成绩评价标准基本要求评价标准完成情况得分课程目标1:掌握机器人基本结构、机器人运动学及动力学、机器人轨迹规划、机器人控制等工业机器人相关专业知识，并能够将相关专业知识和数学模型方法应用于工业机器人设计方案的比拟与综合。毕业要求指标点：1-4能准确运用机器人运动学及动力学、机器人轨迹规划的基础知识解答机器人设计方案相关的问题；公式准确，计算步骤完整，结果准确；准时上交；作业整洁规范。90-100能较准确运用机器人运动学及动力学、机器人轨迹规划的基础知识解答机器人设计方案相关的问题；公式准确，计算步骤完整，结果较确；准时上交；作业整洁规范。80〜89能基本准确地运用机器人运动学及动力学、机器人轨迹规划的基础知识解答机器人设计方案相关的问题；公式准确，计算步骤基本完整，结果基本正确；准时上交；作业整洁规范性一般。70〜79能基本准确地运用机器人运动学及动力学、机器人轨迹规划的基础知识解答机器人设计方案相关的问题；公式基本准确，计算步骤基本完整，结果不完全正确；准时上交；作业整洁规范性一般。60〜69不能准确运用机器人运动学及动力学、机器人轨迹规划的基础知识解答机器人设计方案相关的问题；公式错误较多，计算步骤不完整，结果不正确；未准时上交；作业不规范。0〜59(2)阅读笔记成绩评价标准

基本要求评价标准完成情况得分课程目标3：通过文献研究或相关方法，调研和分析工业机器人系统在工业应用中的解决方案。毕业要求指标点4-1题目和内容贴切，层次清楚，重点突出，有个人观点。表述的术语和概念充分、严谨、正确。页面整洁规范，内容没有雷同，准时上交。90〜100题目和内容较贴切，层次较清楚，有重点，有个人观点。表述的术语和概念较充分、正确。页面较整洁，内容没有雷同，准时上交。80〜89题目和内容基本贴切，层次较清楚，有重点，有较少个人观点。表述的术语和概念较充分、正确。页面基本整洁规范，内容雷同较少，准时上交。70~79题目和内容基本贴切，层次不太清楚，重点不突出，有较少个人观点。表述的术语和概念个别有误。页而整洁规范性一般，内容有局部雷同，准时上交。60-69题目和内容不贴切，层次不清楚，重点不突出，没有个人观点。表述的术语和概念错误较多。页面整洁规范性差，内容雷同，未准时上交。0~59（3）实验成绩评价标准（具体评价标准见《机械精度设计与检测》实验报告）基本要求评价标准完成情况得分课程目标3：通过文献研究或相关方法，调研和分析工业机器人系统在工业应用中的解决方案。毕业要求指标点4-1能够根据实验要求，规范、准确地完成实验；通过查阅文献，对实验过程中涉及到的机器人结构、系统组成、工业应用等领域有全面的理解；实验报告撰写认真，内容准确。90~100能够根据实验要求，较规范、准确地完成实验；通过查阅文献，对实验过程中涉及到的机器人结构、系统组成、工业应用等领域有较全面的理解；实验报告撰写认真，内容较准确。80~89能够根据实验要求，基本规范、准确地完成实验；通过查阅文献，对实验过程中涉及到的机器人结构、系统组成、工业应用等领域有基本的理解；实验报告撰写认真，内容基本准确。70-79能够根据实验要求，基本规范、准确地完成实验；通过查阅文献，对实验过程中涉及到的机器人结构、系统组成、工业应用等领域有基本的理解；实验报告撰写质量一般，内容有局部错误。60~69不能根据实验要求，规范准、确地完成实验；不认真查阅文献，对实验过程中涉及到的机器人结构、系统组成、工业应用等领域不能理解或理解错误；实验报告撰写质量较差，内容错误较多。0~592.期末考试评价与评分标准期末考试试卷的评分标准和评价标准的制定见下表，其中评价标准决定评分标准，依据评价标准制定的详细评分标准见考试试卷〃标准答案及评分标准〃。基本要求评价标准知识掌握情况得分课程目标1：掌握机器人基本结构、机器人运动学及动力学、机器人轨迹规划、机器人控制等工业机器人相关专业知识，并能够将相关专业知识和数学模型方法应用于工业机器人设计方案的比拟与综合。毕业要求指标点1-4能准确运用机器人运动学及动力学、机器人轨迹规划的基础知识解答机器人设计方案相关的问题；公式准确，计算步骤完整，结果准确。90~100能较准确运用机器人运动学及动力学、机器人轨迹规划的基础知识解答机器人设计方案相关的问题；公式准确，计算步骤完整，结果较准确。80-89能基本准确地运用机器人运动学及动力学、机器人轨迹规划的基础知识解答机器人设计方案相关的问题；公式准确，计算步骤基本完整，结果基本正确。70~79能基本准确地运用机器人运动学及动力学、机器人轨迹规划的基础知识解答机器人设计方案相关的问题；公式基本准确，计算步骤基本完整，结果不完全正确。60-690~59课程目标2：0~59课程目标2：掌握机器人结构、参数、控制等设计方法,提出满足特定需求的机器人单机或系统的解决方案，具有追求创新的态度和意识，主要是设备机器人化的思想。毕业要求指标点3-1能较准确地掌握机器人结构、参数、控制等设计方法，较准确地提出满足特定需求的机器人单机或系统的解决方案。80~89能基本准确地掌握机器人结构、参数、控制等设计方法，提出基本满足特定需求的机器人单机或系统的解决方案。70~79能基本准确地准确掌握机器人结构、参数、控制等设计方法，提出基本满足特定需求的机器人单机或系统的解决方案，但存在较大的改进空间。60~69能准确地掌握机器人结构、参数、控制等设计方法，准确地提出满足特定需求的机器人单机或系统的解决方案。不能准确运用机器人运动学及动力学、机器人轨迹规划的基础知识解答机器人设计方案相关的问题；公式错误较多，计算步骤不完整，结果不正确。不能准确地掌握机器人结构、参数、控制等设计方法，不能提出满足特定需求的机器人单机或系统的解决方案。课程目标3:课程目标3:通过文献研究或相关方法，调研和分析工业机器人系统在工业应用中的解决方案。毕业要求指标点4-1能准确分析工业机器人系统在工业应用中的解决方案。90~100能较准确分析工业机器人系统在工业应用中的解决方案。80~89能基本准确分析工业机器人系统在工业应用中的解决方案。70-79能基本准确分析工业机器人系统在工业应用中的解决方案，但方案不完善。60-69不能准确分析工业机器人系统在工业应用