《工业机器人技术》课程教学设计

《工业机器人技术》课程教学设计

摘要：《工业机器人技术》课程是新工科专业重要的专.业课，实践性较强，

在培养学生专业能力方面占有重要的地位。通过本课程的学习，学生可以了解机

器人概况，掌握工业机器人运动学动力学知识、掌握工业机器人典型应用、具备

分析与解决工业机器人编程问题的能力。该课程通过项目化教学形式，培养学生

分析问题和解决问题的能力，提高学生创新意识和工程意识，培养学生在工业机

器人应用方面的实践动手能力，支撑专业学习成果中相应指标点的达成。

关键词：工业机器人；项目化教学；工程意识

1、课程建设思路

《工业机器人技术》是电气类应用性较强的专业核心课程，课程分为理论教

学和项目实践两个部分，理论课分为工业机器人概述、工业机器人的机械结构、

工业机器人运动学和动力学、工业机器人的环境感知技术、工业机器人的控制技

术、工业机器人编程六个部分；项目实践环节分为仿真实验和机器人实操两个部

分，仿真实验部分主要采用Matlab进行设计，项目实操主要为工业机器人工程

项目练习。由于该门课程所讲述的知识在工程应用较为广泛，可在在项目设计环

节融入思政元素，培养学生的工匠精神，激发学生学习热情以及爱国主义精神。

2、课程建设目标

课程目标1增强对所学知识和规律进行整理、归纳、总结和消化吸收的能力;

具有发现问题，解决问题的能力，围绕教学内容，阅读参考文书籍和资料•，自主

学习能力。

课程目标2.学习态度端正，课堂表现积极。通过作业和课堂讨论，学会简

明扼要地表达自己解决问题的思路和步骤的能力。养成独立思考，深入钻研问题

的习惯。在实验环节，培养良好的团队沟通能力、独立工作能力和团队协作能力。

课程目标3.掌握工业机器人系统构成、工业机器人编程等知识和进行机器

人工作站系统建模及仿真等技术，具有一定工业机器人编程及仿真设计能力，结

合仿真软件平台学习及机器人本体实操练习，了解工业机器人的基本概念，掌握

机器人仿真软件的使用方法，掌握机器人本体I/O通讯设置、程序数据及坐标系

设定，掌握机器人的程序指令系统等机器人基本使用方法。

3、课程课时及内容安排

《工业机器人技术》课程是自动化专业一门重要的专业课程，主要介绍工业

机器人相关技术。该门课程将项目化教学方式实施，同时也将在线教学和线下教

学两种教学形式的有机结合，把学生的学习由浅到深地引向深度学习。

本次课程分为了44个课时，其中理论课时2c个，仿真实验及项目实践24

个。教学内容安排如下：

一、理论教学

理论教学主要分为以下几个部分：

1、工业机器人概述；2、工业机器人的机械结构；3、工业机器人运动学和

动力学：（1）工业机器人的运动学；（2）工业机器人的动力学；（3）工业机

器人的运动轨迹规划。4、工业机器人的环境感觉技术：（1）工业机器人传感器

概述；（2）传感器的性能指标；（3）工业机器人的位置传感器、角速度传感器、

接近觉传感器、触觉传感器、视觉传感器。5、工业机器人的控制技术：（1）工

业机器人控制系统的功能、特点和结构组成；（2）典型工业机器人控制系统；

（3）工业机器人的伺服、力觉、视觉控制；（4）工业机器人集成控制系统，

二、仿真实验及项目实践

仿真实验部分主要分为以下四个部分，分别为机器人坐标变换、机器人D-H

建模、机器人运动学计算、机器人轨迹规划。

实验1-机器人坐标变换：（1）熟悉MATLAB软件基本操作与MATLAB

RoboticsToolbox工具箱的常用指令。（2）掌握利用MATLABRobotics

Toolbox工具箱对机器人坐标进行变换。实验2-机器人D-H建模：（1）掌握

Matlab机器人工具箱的Link和SerialLink函数基本使用。（2）掌握用D-H方

法建立机器人模型。实验3-机器人运动学计算：（1）掌握Matlab机器人工具箱

的fkine和Tkine6s函数基本使用。（2）掌握机器人的运动学计算方法（正运

动学和逆运动学）。实验4-机器人轨迹规划。（1）掌握Matlab机器人工具箱的

tploy、Ispb、jtraj^ctraj等函数的基本使用。（2）掌握机器人关节坐标运动

时的轨迹规划方法。

通过以上三个实验的学习，学生掌握Matlab仿真在工业机器人中的应用，

通过仿真巩固相关工业机器人知识点的掌握。

项目实践由易到难，共设有三个项目，内容如下：

（1）项目1一机器人上下料项目。（2）项目2—机器人压铸项目。（3）项

目3—机器人码垛、拆垛项目。

通过以上三个项目的实践，学生对掌握了工业机器人的基本示教以及I/O使

用方法，同时对工业机器人的集成设计也有一定的认识。

（2）增加思政元素。

高校思想政治工作关系高校培养什么样的人、如何培养人以及为谁培养人这

个根本问题。课程思政就是要发挥思想政治教育作用，用好课堂教学主渠道，

《工业机器人控制》课程也需要充分融入思政元素，引导学生将所学的知识转化

为内在品德，转化为一种素质素养，传承中华美德。

本课程主要的思政目标有如下两个：

思政目标1.能用科学思想方法去观察、思考、分析问题。崇尚真知，尊重

事实和证据，能用正确的逻辑分析、质疑和批判，创造性地提出观点、方法，以

解决具体的问题。

思政目标2.引导学生追求高超的技艺和精湛的技能，在学习和工作中具有

严谨细致、专注负责的工作态度，精雕细琢、精益求精的工作理念，以及对职业

的认同感、责任感。

4、教材选择

由于本课程采用项目化教学，课程教材建设应考虑兼具理论性和实践性，目

前选用的教材为李瑞峰，葛连正编写的《工业机器人技术》。该教材对■工业技术

相关技术介绍较为细致，同时对工业机器人软件及操作的介绍也非常详细。为了

配合实践教学，同时自主编写项目实践及仿真实验相关内容的指导书，配合教材

使用。

5、项目实施

项目化教学是师生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动，项

目教学法是“行为导向”教学法的一种。一个项目是项计划好的有固定的开始时

间和结束的时间的工作，原则上项目结束后应有一件较完整的作品。该课程的项

目实践环节正是采用项目化教学形式，改变以往以教师教学为主的形式，转为以

学生为中心。主要实施流程如下：（1）明确项目实践的任务：教师提出项目要

求，同学讨论。（2）制定项目计划：学生制定教师审查并给予指导。（3）实施

计划:学生分组及明确分工合作完成.（4）检查评估，继续优化:学生自我评估教

师评价，学生优化。（5）项目验收:记录归档，应用实践。

6结语

《工业机器人技术》课程采用项目化教学是专业课课程设计的一个新的探索,

项目化教学将学生实践能力培养提升到更高的层次。学生在完成了基础的理论课

程学习后，在项目中去学习和巩固知识，大大提升了学生自主探究、分析解决问

题的能力。同时在小组和班级讨论中不断完善项目，增强了团队合作能力及创新

能力，教师在项目教学中可着重培养学生工匠精神，同时在教学过程中融入思政

元素,增强学生报效祖国的使命感和责任感，培养学生爱国情怀。

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