工业机器人技术基础（微课版）教案 项目二 工业机器人系统组成

教案专业组别：专业名称：课程名称：《工业机器人技术基础》作品学时：

任务2.1工业机器人机械系统课程名称工业机器人技术基础授课地点授课对象授课学时授课内容授课形式授课时间教材选用教学重点工业机器人机械系统的组成：强调学生需要熟悉工业机器人的机座、臂部、腕部、手部或末端执行器的类型、特点及运动结构。末端执行器的类型与选择：学生应能根据实际需求选择合适的末端执行器，并了解不同类型的末端执行器（夹持式、吸附式、专用工具）的特点和适用场合。工业机器人的传动机构：重点讲解谐波减速器和RV减速器的结构、工作原理以及它们的特点和应用。工业机器人臂部的配置形式：介绍横梁式、立柱式、机座式和屈伸式等配置形式，并分析它们的特点和适用场景。工业机器人腕部的运动形式和分类：让学生理解腕部的独立自由度以及如何通过腕部调整或改变工件的位姿。教学难点工业机器人机械系统的运动结构：由于机械系统复杂，学生可能难以理解各个组成部分如何协同工作。末端执行器的设计与应用：学生可能难以掌握如何根据特定任务设计和选择末端执行器。传动机构的工作原理：谐波减速器和RV减速器的工作原理较为复杂，学生可能难以理解其内部的机械运动和动力传递。工业机器人臂部和腕部的配置形式与特点：学生可能难以区分不同配置形式的特点和适用场景。柔顺腕部结构的理解：柔顺腕部结构的概念和应用可能对学生来说比较新颖和复杂。工业机器人的精度和灵活性：学生可能难以理解如何在保证精度的同时实现机器人的灵活性。多媒体资料：教学PPT，包含工业机器人机械系统的组成、末端执行器的类型、传动机构等内容工具：工业机器人的实物模型或打印模型，各种类型的末端执行器，用于直观展示。1.导入新课教师活动：通过展示工业机器人工作的视频，引起学生的兴趣和好奇心。学生活动：观看视频，思考并回答教师的问题。2.讲授新知2.1.1工业机器人机座教师活动：展示不同类型的机座图片、讨论机座的设计考虑因素。机座的功能和分类（固定式和移动式）。固定式机座的安装方式。移动式机座与行走机构的组成。学生活动：认真听讲，记录要点。2.1.2工业机器人臂部教师活动：通过模型或虚拟软件展示臂部的运动。臂部的作用和配置形式横梁式配置立柱式配置机座式配置屈伸式配置臂部的特点刚度要求高导向性要好重量要轻运动要平稳、定位精度要高学生活动：分组讨论不同配置形式的臂部适用的工作场景。2.1.3工业机器人腕部教师活动：演示腕部的运动形式。腕部的作用和运动形式臂转手转腕摆腕部的分类单自由度二自由度三自由度柔顺腕部结构主动柔顺装配被动柔顺装配学生活动：讨论柔顺腕部在精密装配中的应用。2.1.4工业机器人末端执行器教师活动：分析末端执行器的应用场合。末端执行器概述夹持式末端执行器回转型末端执行器平移型末端执行器末端执行器的手指吸附式末端执行器气吸式末端执行器磁吸式末端执行器专用工具学生活动：观察和操作不同类型的末端执行器。2.1.5工业机器人的传动机构教师活动：展示减速器的工作原理视频。谐波减速器结构工作原理特点RV减速器结构工作原理特点学生活动：讨论减速器的选择依据。3.实操练习教师活动：指导学生操作工业机器人。学生活动：记录操作过程和观察结果。4.总结与巩固教师活动：总结本节课的重点内容。老师组织学生填写“考核与评价细则”表并统计分数。学生活动：讨论在实操中遇到的问题、回顾本节课内容，积极回答教师的问题。布置任务教案专业组别：专业名称：课程名称：《工业机器人技术基础》作品学时：

任务2.2工业机器人驱动系统课程名称工业机器人技术基础授课地点授课对象授课学时授课内容授课形式授课时间教材选用教学重点工业机器人驱动系统的分类：液压驱动、气动驱动和电动驱动的定义和区别。各驱动系统的特点：输出功率、控制性能、响应速度、结构性能及体积、安全性、对环境的影响和在工业机器人中的应用范围。液压驱动系统的组成与工作原理：液压泵、液动机、控制调节装置、辅助装置的作用及其协同工作方式。气动驱动系统的组成与工作原理：气源系统、气源净化辅助设备、气动执行机构、空气控制阀和气动逻辑元件的构成和功能。电动驱动系统的组成与工作原理：直流伺服电动机、交流伺服电动机、步进伺服电动机的特点和应用。驱动系统的比较与应用：比较三种驱动系统的优势和局限性，并根据不同的应用场景选择合适的驱动系统。教学难点液压驱动系统的工作原理：学生可能难以理解液压泵如何将机械能转换为压力能，以及伺服阀如何利用电信号控制液压系统。气动驱动系统的气源净化过程：学生可能对压缩空气中水汽、油气和灰尘的去除过程感到困惑。电动驱动系统中电动机的分类和选择：不同类型的电动机（直流、交流、步进）及其适用场景的区别可能难以掌握。伺服驱动器的控制原理：学生可能难以理解伺服驱动器如何通过PWM信号控制电动机的动作。驱动系统的维护和安全性：液压系统的漏油问题、气动系统的噪声问题、电动系统的火花问题等维护和安全性问题可能难以全面掌握。多媒体资料：教学PPT，包含液压驱动、气动驱动、电动驱动系统等教学视频。1.导入新课教师活动：通过提问和讨论，激发学生对驱动系统的兴趣。学生活动：思考并回答教师的问题。2.讲授新知2.2.1工业机器人液压驱动系统教师活动：分析液压驱动系统的应用场景和优缺点。液压系统的组成液压泵液压执行装置控制调节装置辅助装置液压伺服驱动系统学生活动：观看液压驱动系统的工作视频。2.2.2工业机器人气体驱动系统教师活动：分析气动驱动系统的应用场景和优缺点。气源系统液压泵液压执行装置控制调节装置辅助装置气源净化辅助设备后冷却器油水分离器储气罐过滤器气动执行机构气缸气动马达空气控利润和气动逻辑元件压力控制阀流量控制阀方向控制阀学生活动：观看气动驱动系统的工作视频。2.2.3工业机器人电动驱动系统教师活动：分析电动驱动系统的应用场景和优缺点。电动机直流伺服电动机（DC伺服电动机）交流伺服电动机（AC伺服电动机步进伺服电动机驱动器直流伺服电动机驱动器交流伺服电动机驱动器步进伺服电动机驱动器学生活动：观看电动驱动系统的工作视频。3.实操练习教师活动：指导学生操作工业机器人工作站。学生活动：记录操作过程和观察结果。4.总结与巩固教师活动：总结本节课的重点内容。老师组织学生填写“考核与评价细则”表并统计分数。学生活动：讨论在实操中遇到的问题、回顾本节课内容，积极回答教师的问题。布置任务教案专业组别：专业名称：课程名称：《工业机器人技术基础》作品学时：

任务2.3工业机器人传感系统课程名称工业机器人技术基础授课地点授课对象授课学时授课内容授课形式授课时间教材选用教学重点传感器的基本概念和作用：理解传感器在工业机器人中的重要性，以及它们如何将物理量转换为电信号。工业机器人传感器的分类：掌握内部传感器和外部传感器的区别，以及它们的功能和应用场景。传感器的性能指标：了解灵敏度、线性度、精度、测量范围、重复性、分辨率和响应时间等关键性能指标。内部传感器的类型和应用：重点学习位移传感器、速度传感器和力觉传感器的工作原理和应用。外部传感器的类型和应用：重点学习视觉传感器、非视觉传感器（如接近觉、触觉、力觉、听觉等）的工作原理和应用。传感器的选择和使用：根据工业机器人的使用要求和场合，学会选择合适的传感器。教学难点传感器工作原理的深入理解：学生可能难以理解某些传感器（如光电编码器、力觉传感器）的工作原理。传感器性能指标的量化理解：学生可能难以把握灵敏度、线性度等性能指标的具体含义和测量方法。内部传感器和外部传感器的区别：学生可能难以区分内部传感器和外部传感器，以及它们在机器人中的应用差异。传感器的选择和应用：学生可能在如何根据实际应用场景选择合适的传感器方面存在困难。传感器的维护和故障诊断：学生可能难以掌握传感器的维护方法和故障诊断技巧。多媒体资料：教学PPT，包含液压驱动、气动驱动、电动驱动系统等教学视频。教学工具:工业机器人传感器模型或实物,电位器式位移传感器、光电编码器、测速发电机、力觉传感器、CCD传感器等。1.导入新课教师活动：通过提问和讨论，激发学生对驱动系统的兴趣。学生活动：思考并回答教师的问题。2.讲授新知相关知识工业机器人传感器的种类内部传感器外部传感器性能指标2.3.1工业机器人内部传感器教师活动：演示不同类型内部传感器的工作原理。分析内部传感器在工业机器人中的应用场景。位移传感器速度传感器力觉传感器学生活动：认真听讲，做笔记。2.3.2教师活动：使用CCD传感器进行物体识别和定位。接触觉传感器滑觉传感器接近觉传感器视觉传感器学生活动：记录操作过程和观察结果。3.实操练习教师活动：指导学生操作工业机器人传感器。学生活动：分组进行工业机器人传感器的操作练习。描述传感器的类型、工作原理和应用场景。4.总结与巩固教师活动：总结本节课的重点内容。老师组织学生填写“考核与评价细则”表并统计分数。学生活动：讨论在实操中遇到的问题、回顾本节课内容，积极回答教师的问题。布置任务教案专业组别：专业名称：课程名称：《工业机器人技术基础》作品学时：

任务2.4工业机器人控制系统课程名称工业机器人技术基础授课地点授课对象授课学时授课内容授课形式授课时间教材选用教学重点工业机器人控制系统的功能：理解示教再现和运动控制两种基本功能。工业机器人控制系统的特点：掌握控制系统与机构运动学及动力学的关系、多变量控制、计算机控制、闭环控制的需求。工业机器人控制系统的组成：学习控制计算机、示教盒、操作面板、存储器、输入/输出接口、传感器接口等组成部分。工业机器人控制方式：掌握运动控制、力（力矩）控制和智能控制三种控制方式。工业机器人控制器的功能：了解多任务功能、网络功能、操作历史记录功能、海量存储和用户接口。工业机器人常用的控制器：学习单CPU结构、多CPU结构、串行和并行处理结构的控制器。教学难点控制系统与机构运动学及动力学的关系：学生可能难以理解控制系统如何与机器人的物理运动相互作用。多变量控制系统的理解：学生可能难以把握多变量控制系统的复杂性，尤其是在实时控制中的应用。计算机控制系统的实现：学生可能难以掌握如何利用计算机技术实现复杂的控制算法。闭环控制的实现：学生可能难以理解如何结合传感器反馈实现精确的闭环控制。智能控制的实现：学生可能难以掌握智能控制算法，如人工神经网络、遗传算法等。控制器结构的复杂性：学生可能难以理解并行处理结构和串行处理结构的区别及应用。控制算法的并行化：学生可能难以掌握如何将串行算法改造为并行算法以提高计算速度。多媒体资料：教学PPT，包含液压驱动、气动驱动、电动驱动系统等教学视频。教学工具:ABB工业机器人的IRC5紧凑型控制柜1.导入新课教师活动：通过提问和讨论，引入工业机器人控制系统的概念。介绍控制系统在工业机器人中的作用和重要性。学生活动：思考并回答教师的问题。2.讲授新知相关知识控制系统的功能示教再现功能运动控制功能控制系统的特点控制系统的组成2.4.1工业机器人控制方式教师活动：通过案例分析，讨论不同控制方式的实际应用。运动控制点位控制连续轨迹控制力（力矩）控制智能控制学生活动：分析一个具体任务，选择最合适的控制方式。2.4.2教