《机器人编程与系统集成》教学大纲

《机器人编程与系统集成》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：22140301课程性质：专业必修课学分：3.5学分学时：56学时（理论46学时，实验10学时）先修课程：机器视觉及图像处理、机器人驱动与运动控制、机器人工业总线技术、机器人检测技术与传感器等后续课程：毕业实习、毕业设计等适用专业：机器人工程专业开课单位：智能工程学院一、课程说明《机器人编程与系统集成》是机器人工程专业必修的一门专业必修课。本课程主要讲授机器人编程与系统集成的基本理论与方法，为学习其他有关课程及毕业后从事技术工作打下必要的基础。本课程注重基本理论知识的深入学习，强调培养运用基础理论知识解决生产实际中问题的能力，兼顾新技术、新工艺及其发展方向的介绍，培养“厚基础、宽口径、高素质、强能力”的人才。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：能够正确应用数学、自然科学基本原理，对机器人系统集成设计中的复杂机械工程问题进行表述，能够对机器人工程领域复杂工程问题进行建模。课程目标2：能够针对机器人工程领域复杂工程问题设计解决方案，能够通过单元集成和优化，进行机械电子结构、智能算法、系统集成等部件的应用与设计，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、环境、健康、安全、法律、文化等因素，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和行为规范，履行责任。课程目标3：能够基于机器人机械、电子电路、计算机、控制等科学原理，并采用数学建模、系统仿真等科学方法，对机器人工程领域的复杂工程问题进行研究，能够对机器人工程的复杂部件或控制装置进行合理描述、建模设计，培养学生积极思考、严谨创新的科学态度和解决实际问题的能力，塑造学生刻苦钻研的使命感和爱国情怀，培养科学探索的工程素养。三、课程目标与毕业要求《机器人编程与系统集成》课程教学目标对机器人工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度2.问题分析2.2应用数学、物理等方法和专业知识，能够对机器人工程领域复杂工程问题进行建模。课程目标1：能够正确应用数学、自然科学基本原理，对机器人系统集成设计中的复杂机械工程问题进行表述，能够对机器人工程领域复杂工程问题进行建模。M3.设计/开发解决方案3.3能够通过单元集成和优化，进行机械电子结构、智能算法、系统集成等部件的应用与设计。课程目标2：能够针对机器人工程领域复杂工程问题设计解决方案，能够通过单元集成和优化，进行机械电子结构、智能算法、系统集成等部件的应用与设计，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、环境、健康、安全、法律、文化等因素，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和行为规范，履行责任。H4.研究4.2能够对机器人工程的复杂部件或控制装置进行合理描述、建模设计。课程目标3：能够基于机器人机械、电子电路、计算机、控制等科学原理，并采用数学建模、系统仿真等科学方法，对机器人工程领域的复杂工程问题进行研究，能够对机器人工程的复杂部件或控制装置进行合理描述、建模设计，培养学生积极思考、严谨创新的科学态度和解决实际问题的能力，塑造学生刻苦钻研的使命感和爱国情怀，培养科学探索的工程素养。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.工业机器人硬件基础1.1工业机器人概述1.2工业机器人的硬件系统构成1.3工业机器人坐标系1.4工业机器人系统设置思政1：蔡鹤皋院士，国产工业机器人事业的开创者教学要求：使学生掌握工业机器人的硬件系统构成、坐标系与系统设置方法。重点：工业机器人的硬件系统构成；坐标系；工业机器人系统设置。难点：坐标系；工业机器人系统设置。401、22.工业机器人编程基础2.1机器人示教器2.2机器人手动示教2.3变量2.4运算指令2.5运动指令2.6信号处理指令2.7流程控制指令思政2：华中数控机器人-国产机器人操作系统的先驱思政3：天和号机械臂-机器人的创新前沿教学要求：使学生了解机器人示教器的使用，掌握机器人的变量、运算指令、运动指令、信号处理指令、流程控制指令以及高级指令。重点：机器人的变量、运算指令、运动指令、信号处理指令、流程控制指令。难点：机器人的变量、运算指令、运动指令、信号处理指令、流程控制指令。1421、23.PLC与伺服控制系统3.1PLC与伺服控制概述3.2PLC与伺服控制的应用思政4：汇川技术，国产工业自动化领域核心技术供应商教学要求：使学生了解PLC、伺服电机、伺服控制器的原理与应用；掌握PLC与伺服控制系统在机器人中的应用。重点：PLC与伺服控制系统在机器人中的应用。难点：PLC与伺服控制系统在机器人中的应用。421、2、34.人机交互系统4.1人机交互系统概述4.2人机交互系统的应用教学要求：使学生了解人机交互系统的原理与应用，掌握HMI的硬件配置与组态软件设计，掌握人机交互系统在机器人系统中的应用。重点：HMI的硬件配置与组态软件设计；人机交互系统在机器人系统中的应用。难点：HMI的硬件配置与组态软件设计；人机交互系统在机器人系统中的应用。422、35.工业视觉系统5.1工业视觉系统概述5.2工业视觉系统的应用思政5：沈春华-机器视觉全球领军学者归国任教教学要求：使学生了解工业视觉系统的原理与应用，掌握工业视觉系统的硬件配置与软件设计，掌握工业视觉系统在机器人系统中的应用。重点：工业视觉系统的硬件配置与软件设计；工业视觉系统在机器人系统中的应用。难点：工业视觉系统的硬件配置与软件设计；工业视觉系统在机器人系统中的应用。401、2、36.工业机器人系统集成6.1数控加工机器人工作站设计与实现6.2码垛机器人工作站设计与实现6.3视觉分拣机器人工作站设计与实现思政6：新松机器人-中国机器人行业的领军企业教学要求：使学生掌握数控加工机器人工作站设计与实现、码垛机器人工作站设计与实现、视觉分拣机器人工作站设计与实现。重点：数控加工机器人工作站设计与实现、码垛机器人工作站设计与实现、视觉分拣机器人工作站设计与实现。难点：数控加工机器人工作站设计与实现、码垛机器人工作站设计与实现、视觉分拣机器人工作站设计与实现。1641、2、3合计46102.实验:部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.工业机器人示教编程实验内容：工业机器人示教编程。实验要求：掌握工业机器人示教器的使用、坐标系设置和示教编程。222.工业机器人与上位机通信实验内容：工业机器人与上位机的通信。实验要求：掌握工业机器人与PLC、触摸屏等上位机的通信。423.工业机器人系统集成应用实验内容：PLC、触摸屏、工业机器人等设备的系统集成应用。实验要求：掌握PLC、触摸屏等设备在工业机器人自动化生产线上的集成应用。42合计10五、教学方法及手段课程教学采用理实一体化教学方式，通过设定教学任务和教学目标，让师生双方边教、边学、边做，全程构建素质和技能培养框架，丰富课堂教学和实践教学环节，提高教学质量。结合理论讲授、课堂讨论、实验、作业，配合多媒体课件、慕课、学习通等资源等共同课完成堂授课内容。采用E-mail、钉钉、微信等交流工具，加强和学生之间的交流和沟通。在实验前学生应复习和掌握与本实验有关的教学内容、认真阅读实验指导书，了解实验原理；在实验中要严格遵守实验纪律，按操作规程使用仪器，需要学生记录实验数据和截图实验运行画面；实验结束后，按规定对仪器进行维护保养；每完成一项实验，分析处理实验数据，解读收发数据的信息，回答思考题内容，认真完成一份实验报告。六、课程资源1.推荐教材：（1）杨富超.机器人编程与系统集成技术（校内讲义）.2.参考书：（1）胡金华.FANUC工业机器人系统集成与应用[M].北京:机械工业出版社,2021年.（2）黄鹏程.ABB工业机器人制造系统集成技术应用[M].北京:电子工业出版社,2020年.（3）杨明.工业机器人应用系统集成[M].北京:化学工业出版社,2021年.（4）林燕文.工业机器人系统集成与应用[M].北京:机械工业出版社,2021年.（5）许怡赦.工业机器人系统集成技术应用[M].北京:机械工业出版社,2021年.（6）庞广信，杨明，杨瀚.工业机器人系统集成[M].北京:化学工业出版社,2021年.3.期刊：（1）秦海波,张建波.视觉系统在工业机器人集成系统中的应用[J].现代制造技术与装备,2022,58(03):189-191.（2）孙鹏涛.汽车玻璃涂胶装配的工业机器人实训系统结构设计[J].科学技术创新,2021(10):153-154.（3）刘祥,陈友东,王田苗.一种工业机器人切削加工的系统集成与仿真方法[J].机器人技术与应用,2014(06):19-22.4.网络资源：（1）中国机器人网，/（2）中国机器视觉网，/七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现10（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442实验20（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√20作业10（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442期末考核60（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核工业机器人的硬件组成、示教编程、PLC、HMI、视觉系统、机器人系统集成应用等内容。（3）考试题型为：选择题、填空题、简答题、程序设计题等。√√√252510合计：100分335314八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、实验、作业、期末考试等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末试卷成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末试卷成绩为100分（权重60%），试题类型为填空题、选择题、简答题、程序设计题等类型，试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50%，综合应用题、分析题不低于50%；课堂表现、实验、作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现25笔记完整，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。笔记完整，认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。笔记不完整，偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。上课不认真，上课不记笔记，偶尔参与教学活动。上课不认真，上课不记笔记，不参与教学活动。作业25作业完整，思路清晰，准确率大于90%，字迹工整。作业完整，准确率大于80%，字迹工整。不交作业2次以内，准确率大于70%.不交作业4次以内，准确率大于60%