教案（适配教材）-工业机器人技术基础（微课版）

河北工业职业技术大学《工业机器人技术基础》教案2026年2月5日

河北工业职业技术大学《工业机器人技术基础》教案授课教师班级学时授课日期教学任务模块一：认识工业机器人授课方式√讲授授课地点主要参考资料教材PPT在线课资源教学目标掌握工业机器人的核心定义、发展里程碑、主流分类方式与核心特征；能匹配工业机器人的类型与应用场景，具备基础的场景适配分析能力；建立工业机器人技术的整体认知，了解行业发展现状与核心趋势，树立专业学习目标。教学内容工业机器人发展历史与核心里程碑；工业机器人的定义、核心特征与行业发展分析；工业机器人的主流分类方式与核心特点；4.工业机器人核心应用领域与场景适配。重点难点【教学重点】1.工业机器人的核心定义、基本特征与主流分类方式【教学难点】1.不同运动形式工业机器人的结构原理与适用场景区分；2.工业机器人行业发展的核心逻辑与未来趋势分析。教学方法√理论讲授○项目教学○任务驱动○小组实训素材资源□文本素材□实物展示☑PPT幻灯片□视频素材☑图形/图像素材□网络资源课后作业1.完成本模块【巩固练习】的全部题目；2.梳理工业机器人发展核心里程碑，制作发展时间轴；3.预习模块二《工业机器人的结构》全部内容，完成预习思考题。教学反思关注学生状态，循序渐进注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份本表。重复班授课可不另填写教案。 教学过程及内容第一部分：新课导入富士康“百万机器人”上岗折射中国制造业升级2011年，富士康CEO郭台铭表示希望到2012年底装配30万台机器人，到2014年装配100万台，要在5到10丙看到首批完全自动化的工厂，并在数年内通过自动化消除简单重复性的工序。机器人的投产使用，可将目前的人力资源转移到具备更高附加值的岗位上，这也符合将我国“人口红利”转为“人才红利”的大目标。这一工业机器人的井喷潮涌，何时会蔓延到“中国制造”的每一个工厂、每一条生产线、每一个工序、每一个工位上，将为“中国制造”的转型提“智”做出何等贡献?我们对此充满期待。第二部分：新课教学1.1什么是机器人机器人涉及到人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。美国一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行种种任务的，并具有编程能力的多功能操作机。日本一种带有存储器件和末端操作器的通用机械，它能够通过自动化的动作替代人类劳动。中国一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或者生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。ISO一种能自动控制，可重复编程，多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具来完成各种作业。广义地说:工业机器人是一种在计算机控制下的可编程的自动机器。它具有四个基本特征:①特定的机械机构②通用性③不同程度的智能④独立性。1.2为何发展工业机器人让机器人替人类干那些人不愿干、干不了、干不好的工作。ABB给出十大投资机器人的理由:第一，降低运营成本;第二，提升产品质量与一致性;第三，改善员工的工作环境;第四，扩大产能;第五，增强生产的柔性;第六，减少原料浪费，提高成品率;第七，满足安全法规，改善生产安全条件;第八，减少人员流动，缓解招聘技术工人的压力;第九，降低投资成本，提高生产效率;最后一点，节约宝贵的生产空间。1.3工业机器人发展概况1.3.1工业机器人的诞生1959年，美国造出了世界上第一台工业机器人Unimate，可实现回转、伸缩置、俯仰等动作。1.3.2工业机器人发展现状和趋势2005年，YASKAWA推出可代替人完成组装或搬运机器人MOTOMAN-DA20和MOTOMAN-IA20。2010年意大利柯马（COMAU）推出SMART5PAL机器人，可实现装载/卸载、多产品拾取、堆垛等。KUKA公司推出KR5arcHW（HollowWrist），其机械臂和机械手上有一个50mm宽的通孔，可以保护机械臂上的整套保护气体软管的敷设。1.3.2工业机器人发展现状和趋势FANUC推出的RobotM-3iA装配机器人采用四轴或六轴模式，具有独特的平行连接结构，具备轻巧便携的特点，承重范围可达6kg。国际工业机器人技术日趋成熟，基本沿着两个路径在发展：一是模仿人的手臂，实现多维运动，典型应用为点焊、弧焊机器人；二是模仿人的下肢运动，实现物料输送、传递等搬运功能，如搬运机器人。机器人研发水平最高的是日本、美国与欧洲，他们在发展工业机器人方面各有千秋：日本模式：各司其职，分层面完成交钥匙工程。欧洲模式：一揽子交钥匙工程。美国模式：采购与成套设计相结合。国产机器人与进口机器人尚存一定差距，具体现状如下：第一，低端技术水平有待改善。第二，产业链条亟待充实与规范。2.1核心定义与基本特征2.1.1核心定义工业机器人是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度机器装置，具备自动性，可依靠自身动力与控制能力完成各类工业加工制造功能，可接受人类指挥、按预编程序运行，也可基于人工智能技术自主行动。不同国家/组织的核心定义共性为：可编程、可重复编程、多功能、多自由度、自动化、可替代人类劳动，是工业机器人区别于其他自动化机械的核心标志。2.1.2四大核心基本特征可编程：可通过编程灵活调整动作路径与作业流程，适配多品种、小批量柔性生产，是核心特征。拟人化：结构模仿人类手臂与关节，具备类似人类的运动能力，可完成抓取、搬运、装配等多种作业，同时具备环境感知与动作调整能力。通用性：非专用机械，可通过更换末端执行器、调整程序完成多种作业，适配不同生产场景与需求。机电一体化：是机械、电子、计算机、控制、传感、人工智能技术的深度融合产物，性能提升依赖多技术领域协同发展。2.2行业发展分析2.2.1全球发展现状当前全球工业机器人技术日趋成熟，已成为现代制造业核心自动化设备，市场规模持续增长，应用领域不断拓展。技术发展核心分为两大路径：一是模仿人类手臂实现多维运动，典型为点焊、弧焊机器人；二是模仿人类下肢实现物料输送，典型为搬运机器人。全球技术领先的国家与地区形成了差异化发展模式：日本模式：产业链分工明确，各司其职完成交钥匙工程，是全球工业机器人产量、保有量最高的国家。欧洲模式：提供一揽子交钥匙工程，企业具备从本体、核心零部件到系统集成的全链条能力，高端市场竞争力强。美国模式：采购与成套设计结合，聚焦核心技术研发与系统集成，结合软件、人工智能技术提供定制化解决方案，高端智能化领域领先。2.2.2四大核心品牌全球工业机器人市场形成了日本发那科、安川电机、瑞士ABB、德国库卡四大核心品牌主导的格局，各品牌核心特点如下：发那科：全球最大工业机器人制造商之一，核心优势为数控系统、伺服电机等核心零部件自主研发，产品覆盖全系列，以高可靠性、高精度、高速度著称。安川电机：核心优势为电机与驱动技术，机器人运动控制与精度控制领先，在弧焊、搬运、装配领域应用广泛。ABB：1974年推出全球首台全电力驱动、微处理器控制的工业机器人，核心优势为全电力驱动技术与控制系统，产品高柔性、高智能化、高可靠性，覆盖全应用领域。库卡：1973年推出全球首台机电驱动6轴机器人，核心优势为机电驱动技术与结构设计，重载、高精度机器人领域领先，在汽车制造、航空航天等领域应用广泛。2.2.3国内发展现状与核心障碍中国自2013年起连续多年成为全球最大工业机器人消费国，市场规模快速增长，应用领域从汽车、3C电子向食品、医药、物流、新能源等行业持续渗透。但国产机器人与进口品牌仍存在明显差距，核心发展障碍包括：核心技术瓶颈：高端伺服电机、减速器、控制器等核心零部件对外依存度高，核心控制算法、人工智能技术存在短板，制约高端化发展。应用场景拓展难度大：标准化大批量场景应用成熟，但多品种、小批量、非标准化场景与中小企业应用拓展难度大，机器人柔性化、智能化水平仍需提升。专业人才供给不足：编程、操作、运维、系统集成等专业人才缺口大，尤其是复合型人才严重不足，制约行业发展。行业标准与规范不完善：不同品牌产品的编程接口、通信协议差异大，系统集成、运维、人才培养难度高，行业标准化、规模化发展受限。投资回报周期较长：前期采购、安装、调试、培训成本高，中小企业投资回报周期长，推广应用受限。3工业机器人的分类工业机器人分类无统一国际标准，应用最广泛的是按臂部运动形式分类和按驱动方式分类两大核心方式。3.1按臂部运动形式分类按臂部运动形式可分为7大类，核心结构、特点与适用场景如下：（1）直角坐标型：通过3个相互垂直轴线的移动实现位置变化，3个移动关节、3个自由度。核心特点：结构简单、编程容易、定位精度高、直线运动速度快；但工作范围小、灵活性差、占地面积大、移动惯量大。适用场景：高精度装配、检测、上下料，如3C电子芯片装配、电路板检测、机床上下料。（2）圆柱坐标型：2个移动关节+1个转动关节，3个自由度，由腰部转动、升降运动、手臂伸缩运动组成。核心特点：控制精度高、结构紧凑、工作范围大、末端运动速度高；但手臂不能到达底部，离z轴越远切向控制精度越低。适用场景：机床上下料、物料搬运、装配，如汽车零部件搬运、机械加工车间工件上下料。（3）球坐标型：2个转动关节+1个移动关节，3个自由度，手臂可伸缩、垂直平面摆动、水平面转动。核心特点：同等空间下工作范围更大，可伸向地面完成工件提取；但运动直观性差、结构复杂、臂端位置误差随臂伸长增大。适用场景：地面物料搬运、机床上下料、装配，世界首台工业机器人Unimate即为该类型。（4）关节型：由底座、大臂、小臂组成，含腰关节、肩关节、肘关节，通常6个自由度，是目前应用最广泛的类型。核心特点：结构紧凑、占地面积小、灵活性好、定位精准、避障性能好、关节密封性好、能耗低；但运动控制存在耦合、结构刚度随臂伸展降低。适用场景：焊接、装配、搬运、喷涂等全场景，是汽车制造、3C电子、机械加工行业的核心应用类型。（5）串联型：开放运动链，所有运动杆未形成封闭结构链，是目前最主流的结构类型。核心特点：结构简单、成本低、控制简单、运动空间大、无驱动轴耦合效应；但各轴需独立控制，末端误差为各关节误差累积，精度相对较低、结构刚度不足。适用场景：机床上下料、装配、物料搬运等通用场景，大部分关节型机器人均为串联型。（6）并联型：封闭运动链，末端执行器由多根连杆同时支承，与串联机器人形成互补。核心特点：刚度大、结构稳定、承载能力强、无误差积累、精度高、动力学特性好；但运动学正解求解困难、工作空间小、控制难度高、成本高。适用场景：高精度装配、分拣、搬运、飞行模拟器、并联机床等，如3C电子芯片分拣、食品行业高速分拣。（7）混联型：以并联机构为基础，嵌入多自由度串联机构形成的混联系统，是对并联机构的补偿优化。核心特点：结合串联与并联机器人的核心优势，刚度大、承载能力强、速度高、精度高、运动空间大、控制灵活；但结构设计复杂、研发难度大、成本高。适用场景：食品、医药、3C、物流等行业的理料、分拣、转运、涂胶等对速度、精度、灵活性均有高要求的场景。3.2按驱动方式分类按动力源不同可分为气动、液压、电动三大类，核心原理、优劣势与适用场景如下：（1）气动式：以压缩空气为动力源，通过气缸、气动马达驱动运动。核心特点：结构简单、成本低、动作速度快、响应快、维护简单、安全性高，易燃易爆环境无火花；但定位精度低、输出扭矩小、运动平稳性差、能效低。适用场景：高速、短程、轻负载作业，如装配线零件传送、组装、分拣、上下料，食品、医药、电子行业轻负载物料搬运。（2）液压式：以液压油为工作介质，通过液压泵、液压缸、液压马达驱动运动。核心特点：输出功率大、扭矩大、承载能力强、运动平稳、响应快、控制精度高；但结构复杂、成本高、维护难度大、易泄漏、对环境洁净度要求高、低温环境性能受影响。适用场景：重载、高强度、高精度作业，如汽车车身焊接、重型机械加工、金属加工、冶金行业物料搬运与装配。（3）电动式：以电动机为动力源，通过减速器、传动机构驱动运动，是目前应用最广泛、技术最成熟的类型。核心特点：高效、精准、环保、控制性能好、响应快、定位精度高、运动平稳、结构紧凑、维护简单、能效高，可实现复杂路径规划与力控制；但成本相对较高，对核心零部件精度要求高。适用场景：几乎所有工业作业场景，包括焊接、装配、搬运、喷涂、加工、检测等，是汽车制造、3C电子、机械加工等行业的核心应用类型，全球主流品牌均以电动式机器人为核心产品。4.1核心应用领域工业机器人应用覆盖全工业制造行业，核心应用领域包括搬运、机械加工、喷涂、装配、焊接5大类，不同领域的核心场景与机器人适配逻辑如下：（1）搬运应用：最基础、最广泛的应用场景，核心完成工件/物料的搬运、上下料、码垛/拆垛作业。核心场景：机床上下料、生产车间物料转运、仓储码垛/拆垛。机器人适配：轻负载高速搬运选SCARA/直角坐标型；中重负载长距离搬运选关节型/圆柱坐标型；重载搬运选液压式/重载关节型；高速高精度分拣选并联型。机械加工应用：核心完成金属切削、磨削抛光、激光/水射流切割、零件铸造等加工作业。核心场景：汽车/航空航天零件切削加工、五金/卫浴产品磨削抛光、钣金件激光切割、铸件清理打磨。机器人适配：高精度切削加工选高精度关节型/并联型；磨削抛光选6自由度关节型+力控系统；激光/水射流切割选高精度关节型/直角坐标型；重载加工选液压式/重载关节型。（2）喷涂应用：核心完成工件表面喷涂、涂胶、点胶作业，是汽车、卫浴、家具行业的核心应用场景。核心场景：汽车车身/零部件喷涂、陶瓷卫浴产品施釉、亚克力/复合材料产品喷涂、3C电子/汽车零部件点胶涂胶。机器人适配：汽车车身喷涂选6/7自由度关节型防爆机器人；复杂曲面喷涂选6自由度关节型+静电喷涂系统；高精度点胶选SCARA/高精度关节型；所有喷涂机器人均需具备防爆性能。（3）装配应用：核心完成零部件的安装、拆卸、修复作业，是3C电子、汽车、机械制造行业的核心应用场景。核心场景：3C电子产品/芯片装配、汽车发动机/变速箱/车身装配、机械产品/家电产品装配调试。机器人适配：高精度电子装配选SCARA/高精度6自由度关节型；复杂结构产品装配选6/7自由度关节型；柔性装配选搭配视觉/力控系统的关节型机器人；高速装配选SCARA/并联型。（4）焊接应用：核心完成工件的点焊、弧焊、激光焊接、等离子焊接作业，是汽车制造、机械加工、航空航天行业的核心应用场景。核心场景：汽车车身/零部件点焊/弧焊、机械/工程机械结构件焊接、航空航天产品高精度焊接、新能源产品焊接。机器人适配：汽车车身点焊选6自由度关节型机器人；复杂结构件弧焊选6/7自由度关节型机器人；高精度激光焊接选高精度关节型/直角坐标型；重载焊接选液压式/重载关节型；所有焊接机器人均需具备强抗电磁干扰能力。4.2模块小结通过本模块学习，学生可建立工业机器人技术的整体认知，核心掌握四大模块内容：工业机器人发展历史：从早期概念萌芽到近代技术诞生、快速发展、成熟普及的完整脉络，核心里程碑事件与技术突破，以及未来发展趋势。工业机器人定义与行业发展：核心定义、四大基本特征，全球行业发展模式、四大核心品牌技术特点，国内行业发展现状与核心障碍。工业机器人核心分类：按运动形式、驱动方式两大核心分类方式，不同类型机器人的结构原理、核心特点、优劣势与适用场景。工业机器人应用领域：五大核心应用领域的作业场景、机器人结构特点与适配逻辑，可根据不同场景需求匹配对应机器人类型。本模块为后续工业机器人结构、控制、编程、应用等模块的学习奠定了坚实的理论基础，同时帮助学生建立了对工业机器人行业的整体认知，激发了专业学习兴趣。第三部分：作业布置1.完成本模块【巩固练习】的全部填空题与简答题，要求书写规范、答案完整；2.结合课堂学习内容，梳理工业机器人发展核心里程碑，制作工业机器人发展时间轴；3.预习模块二《工业机器人的结构》的全部内容，完成课前预习思考题，了解工业机器人的基本组成与各部分功能。

河北工业职业技术大学《工业机器人技术基础》教案授课教师班级学时授课日期教学任务模块二：工业机器人的结构授课方式理实一体授课地点主要参考资料教材PPT在线课资源教学目标1.掌握工业机器人的四大核心组成部分，明确各部分的功能与结构特点；2.能准确识别工业机器人执行机构、驱动系统、控制系统、传感系统的核心部件，具备基础的结构分析能力；3.建立工业机器人机械结构的整体认知，理解结构与功能的适配逻辑，培养严谨的工程思维与工匠精神。教学内容工业机器人的四大核心组成：执行机构、驱动系统、控制系统、传感系统；执行机构的核心结构：手部、腕部、臂部、腰部的功能与特点；驱动系统的三大类型：电力驱动、液压驱动、气动驱动的原理与适用场景；4.控制系统的核心组成：控制柜、示教器的功能与操作逻辑重点难点【教学重点】1.工业机器人四大核心组成部分的功能、结构特点与核心部件；2.工业机器人执行机构的细分结构、手部的类型与适用场景。【教学难点】1.工业机器人不同驱动方式的工作原理、优劣势与适用场景区分；2.工业机器人控制系统的控制逻辑、示教器的核心功能与操作逻辑。教学方法○理论讲授√项目教学√任务驱动○小组实训素材资源□文本素材□实物展示☑PPT幻灯片□视频素材☑图形/图像素材□网络资源课后作业1.完成本模块【巩固练习】的全部题目；2.绘制工业机器人四大核心组成部分的结构示意图，标注核心部件与功能；3.预习模块三全部内容，完成预习思考题。教学反思关注学生状态，循序渐进注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份本表。重复班授课可不另填写教案。 教学过程及内容第一部分：新课导入导入案例：汽车焊接车间工业机器人的结构奥秘在汽车整车焊接车间，6轴工业机器人能够精准完成汽车车身的复杂焊接作业，重复定位精度可达±0.02mm，这一精准作业能力完全依赖于机器人精密的结构设计。从末端的焊枪手部，到多关节的臂部结构，再到内部的驱动系统、控制系统与传感系统，每一个结构部件都直接决定了机器人的作业性能。导入目标通过真实的工业应用场景案例，引发学生对工业机器人结构的学习兴趣，直观理解结构设计对机器人作业性能的核心影响，明确本模块的学习目标、核心内容与学习意义，建立工业机器人结构的整体认知。第二部分：新课教学2.1工业机器人的基本组成工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科技术于一体的自动化装备，通常由执行机构、驱动系统、控制系统和传感系统4大核心部分组成，各部分协同工作，共同完成机器人的作业任务。执行机构：机器人完成工作任务的实体部分，是工业机器人的本体机械结构，由一系列连杆、关节组成，核心实现机器人的空间运动与作业动作。驱动系统：向执行机构各部件提供动力的装置，是机器人的“动力系统”，将能源转化为机械能，驱动执行机构完成规定运动。控制系统：工业机器人的“神经中枢”，根据作业指令与传感器反馈信号，支配执行机构完成规定的运动和功能，实现机器人的精准控制。传感系统：机器人的“感知系统”，由各类传感器与处理单元组成，实现对机器人内部状态与外部环境的信息感知、采集与传输，为控制系统提供反馈依据。2.2工业机器人的执行机构执行机构是工业机器人的核心机械本体，从功能上可分为手部、腕部、臂部、腰部四大核心部分，各部分协同实现机器人的空间运动与末端作业动作。2.2.1工业机器人的手部工业机器人的手部属于末端执行器，是装在腕部上直接抓握工件或执行作业任务的部件，是决定作业质量与柔性的核心部件。核心基本特征：与腕部相连处可拆卸，可根据作业对象快速更换；是末端执行器，既可以是类人手爪，也可以是焊接枪、喷漆枪等专业作业工具；通用性较差，通常为专用装置，适配特定工件或作业任务；是独立的机械部件，是机器人机械系统的核心组成之一。核心类型：夹钳式取料手：最常用的手部形式，由手指、驱动装置、传动机构及支架组成，通过手指开合实现工件夹持，适配多种规则形状工件的抓取；吸附式取料手：通过磁力、真空吸力实现工件吸附，适配板材、薄件、表面平整工件的抓取；仿生多指灵巧手：模仿人类手指设计，具备多自由度与触觉感知能力，适配复杂形状、柔性工件的抓取；专用操作器及换接器：针对特定作业场景设计的专用手部，可实现快速换接，适配多工序作业需求。2.2.2工业机器人的腕部、臂部与腰部腕部：连接手部与臂部的部件，核心作用是调整手部的姿态，通常具备2-3个自由度，可实现偏转、俯仰、回转运动，让手部适应不同的作业姿态需求。臂部：机器人的主要运动部件，连接腰部与腕部，通常由大臂和小臂组成，核心作用是将手部运送到工作空间的指定位置，决定了机器人的工作范围与运动精度。腰部：机器人的基座部分，是整个机器人的支撑基础，通常可实现回转运动，调整机器人的整体作业方向，同时承载机器人的全部重量，保证机器人的运动稳定性。2.3工业机器人的驱动系统工业机器人的驱动系统是向执行机构提供动力的装置，核心分为电力驱动、液压驱动、气动驱动三大类型，不同驱动方式具备不同的特点与适用场景。2.3.1电力驱动电力驱动是目前工业机器人应用最广泛的驱动方式，利用电动机产生的力或力矩，直接或经减速机构驱动机器人运动，实现所需的位置、速度和加速度控制。核心优势：低惯量、大转矩、控制灵活、使用方便、无需能量转换，适配绝大多数工业机器人的运动控制需求；核心劣势：多数电动机需安装精密传动机构，直流有刷电动机不能直接用于防爆环境，成本高于气动、液压驱动系统；适用场景：绝大多数通用工业机器人，包括焊接、装配、搬运、喷涂等场景，是目前工业机器人的主流驱动方式。2.3.2液压驱动液压驱动通过液压泵将电能转化为液压能，通过液压缸、液压马达驱动执行机构运动，速度控制多采用节流调速。核心优势：输出功率大、扭矩大、承载能力强、运动平稳、响应快，适配重载机器人的驱动需求；核心劣势：需进行能量转换，效率低于电力驱动系统，液体泄漏易污染环境，工作噪声大，低温环境性能受影响；适用场景：重载、高强度作业的工业机器人，如汽车车身焊接、重型机械加工、冶金行业的物料搬运机器人等。2.3.3气动驱动气动驱动系统以压缩空气为动力源，通过气缸、气阀、气罐和空压机等组成，驱动执行机构进行工作。核心优势：速度快、系统结构简单、维修方便、价格低、安全性高，易燃易爆环境无火花；核心劣势：难以实现伺服控制，定位精度低、输出扭矩小、运动平稳性差，多用于开环程序控制；适用场景：中、小负荷的工业机器人，如上下料机器人、冲压机器人、装配线的轻负载物料搬运机器人等。2.4工业机器人的控制系统工业机器人控制系统是自动化生产的神经中枢，核心由控制计算机、示教器、驱动系统、传感系统及外围设备接口构成，核心作用是精准控制机器人的运动位置、姿态、轨迹、操作顺序及动作时间，确保机器人高效、准确地执行作业任务。2.4.1机器人控制柜控制柜是机器人控制系统的核心硬件载体，一般由主电源、计算机供电单元、计算机控制模块、I/O板、用户连接端口、示教器接线端口、各轴计算机板、伺服电动机驱动单元等组成。核心功能：实现机器人的逻辑运算、运动控制、信号处理，接收示教器的控制命令，驱动各轴伺服电动机完成规定运动，同时处理传感器的反馈信号，实现机器人的闭环控制。核心组成：标准硬件主要为控制模块和驱动模块，控制模块包含控制机器人动作的核心计算机，负责程序执行与信号处理；驱动模块为伺服电动机供电，每个驱动单元控制一个机器人关节，标准6轴工业机器人通常使用一个驱动模块。2.4.2机器人示教器示教器又叫示教编程器，是机器人控制系统的核心手持操作部件，是进行机器人手动操纵、程序编写、参数配置以及状态监控的核心装置。核心组成：主要由触摸屏、控制杆、专用硬件按键和紧急停止开关等组成；核心功能：实现机器人的手动操纵、程序编写与存储、参数配置、状态监控，操作者通过手持示教器，将控制信号传送到控制柜的存储器中，即可实现对机器人的精准控制，是工业机器人现场操作与编程的核心工具。2.5工业机器人的传感系统传感系统是机器人的重要组成部分，核心由各类传感器与处理单元组成，可实现对机器人内部状态与外部环境的信息感知、采集、处理与传输，为控制系统提供实时反馈依据，提升机器人的作业精度、自适应能力与智能化水平。2.5.1传感器的核心分类按采集信息的位置，工业机器人传感器一般可分为内部传感器和外部传感器两大类：内部传感器：机器人完成运动控制所必需的传感器，核心采集机器人内部的运动、位置、姿态信息，是构成机器人的不可缺少的基本元件。核心类型：位置传感器、速度传感器、加速度传感器、角度传感器等；核心作用：实现对机器人运动、位置及姿态的精确控制，传统工业机器人仅采用内部传感器即可完成基础的点位控制与轨迹控制。外部传感器：让机器人对外部环境具有一定程度的适应能力，从而表现出一定程度的智能性，是提升机器人柔性作业能力的核心部件。核心类型：视觉传感器、触觉传感器、力觉传感器、接近觉传感器、距离传感器等；核心作用：感知外部环境的变化，识别工件的位置、形状、姿态，检测作业过程的状态，为控制系统提供实时反馈，实现机器人的自适应调整与智能作业。2.5.2常见的外部传感器视觉传感器：通过图像采集与处理，实现工件的识别、定位、尺寸检测，是工业机器人最常用的外部传感器，广泛应用于装配、分拣、焊接、检测等场景；触觉/力觉传感器：安装在机器人手部或腕部，感知抓取工件的接触力、作业过程的作用力，实现柔性抓取、精密装配、打磨抛光等作业；接近觉传感器：检测机器人与周边物体、工件的距离，实现避障、工件接近检测，提升机器人的作业安全性与适应性。第三部分：作业布置1.完成本模块【巩固练习】的全部填空题与简答题，要求书写规范、答案完整；2.结合课堂学习内容，绘制工业机器人四大核心组成部分的结构示意图，标注核心部件名称与核心功能；3.预习模块三《工业机器人的控制》的全部内容，完成课前预习思考题，了解工业机器人的控制原理、控制方式与核心控制算法。

河北工业职业技术大学《工业机器人技术基础》教案授课教师班级学时授课日期教学任务模块三：工业机器人的运动学和动力学授课方式理实一体授课地点主要参考资料教材PPT在线课资源教学目标知识目标：了解工业机器人位姿描述；掌握齐次坐标与齐次变换矩阵运算；理解D-H参数法、正逆运动学方程及动力学基本概念。

技能目标：能计算机器人关节的齐次坐标矩阵；掌握正逆运动学求解思想及基本矩阵运算。

素养目标：培养空间想象力、独立分析解决问题的逻辑思维，以及潜心钻研的职业精神。教学内容1.运动学与动力学的数学基础（空间点、向量、坐标系）。

2.工业机器人位姿描述（齐次坐标）。

3.齐次变换和运算。

4.工业机器人主要技术参数（自由度、关节、工作空间等）。5.工业机器人正运动学（D-H参数法）与逆运动学。

6.工业机器人动力学（正/逆动力学概念）。重点难点重点：齐次坐标的构建；平移与旋转变换矩阵；工业机器人7大关键技术参数；D-H连杆参数的物理意义。

难点：复合变换中矩阵相乘的顺序原则（左乘规则）；D-H正运动学方程的建立。教学方法√理论讲授○项目教学○任务驱动○小组实训素材资源□文本素材□实物展示☑PPT幻灯片□视频素材☑图形/图像素材□网络资源课后作业1.复习矩阵乘法基础规则。

2.完成课后巩固练习（简答题：正逆运动学的区别；计算题：复合坐标变换矩阵计算）。教学反思关注学生状态，循序渐进。空间坐标变换和矩阵运算属于数理基础，理论性较强易枯燥。需充分利用PPT微课和3D动画辅助教学，帮助学生建立空间直角坐标系的立体感。在讲授复合变换矩阵乘法顺序时，应辅以黑板推导演算。注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份本表。重复班授课可不另填写教案。教学过程及内容第一部分：新课导入设疑导入：工业机器人是如何知道自己的夹爪（末端执行器）在空间中的准确位置的？当我们需要机器人从A点移动到B点抓取零件时，其内部控制器在计算什么？概念引出：运动学：只研究运动（位置、姿态、速度等），不考虑力。分为正向（知关节求末端）和逆向（知末端求关节）。动力学：研究运动与力/力矩之间的关系。第二部分：新课教学一、运动学与动力学的数学基础空间点与向量的表示：点A=(Ax,Ay,Az)TA=(A_x,A_y,A_z)^TA=(Ax​,Ay​,Az​)T；向量形式v=Axi+Ayj+Azkv=A_xi+A_yj+A_zkv=Ax​i+Ay​j+Az​k。空间坐标系：由3个互相垂直的空间向量组成，分绝对坐标系与相对坐标系（笛卡儿坐标系）。【技能训练】：结合教材图3-4正方体模型，提问并带领学生提取空间顶点坐标。二、工业机器人位姿描述与齐次变换齐次坐标：用4×14\times14×1列向量表示三维空间位置。引入比例因子ω\omegaω（通常设为1）。形式：[x,y,z,1]T[x,y,z,1]^T[x,y,z,1]T。齐次变换矩阵（核心考点）：（1）平移变换：相对坐标轴方向纯移动，平移算子Trans(a,b,c)Trans(a,b,c)Trans(a,b,c)。（2）旋转变换：绕x,y,zx,y,zx,y,z轴旋转θ\thetaθ角，讲解旋转算子Rot(x,θ)Rot(x,\theta)Rot(x,θ)、Rot(y,θ)Rot(y,\theta)Rot(y,θ)、Rot(z,θ)Rot(z,\theta)Rot(z,θ)的矩阵构成规律。（3）复合变换（难点）：既有平移又有旋转。运算定则：基于参考坐标系，先运动的后乘，后运动的先乘（矩阵左乘）。【案例讲解】：讲解教材案例“绕x轴90°->绕z轴90°->沿z轴平移5”，展示矩阵连乘过程。三、工业机器人的技术参数刚体：大小形状不变，常用质心固定坐标系表示姿态。七大主要技术参数：（1）自由度：独立运动参数数目（常≤6）。（2）关节：R（翻转）、B（弯曲）、Y（偏转）及平动副、转动副等。（3）工作空间：末端达到的空间点集合（可达空间vs应用空间）。（4）其他参数：工作速度、工作载荷（最大负载）、分辨率（最小移动量）、精度（定位精度与重复定位精度）。四、工业机器人运动学方程正运动学（已知关节角，求末端位姿）：D-H四参数法：建立相邻连杆坐标系的经典方法。四大参数解析：（1）沿平移，使与相交，算子为。（2）绕旋转，使与重合，算子为。（3）沿平移，使i−1和i坐标系的原点重合，算子为。（4）绕旋转，使i−1和i坐标系完全重合，算子为。根据刚体的运动学理论知识，将上述4步用齐次变换矩阵的形式表示并连乘，则由坐标系

i−1到i之间的变换关系用表示，具体的表达式为为了使公式书写更加简单，这里把三角函数进行了简写，其中。在实际中操作、设计工业机器人的时候，常常使一些连杆的参数取特殊的数值，如，，这样使齐次变换矩阵变得比较简单，同时使后续的轨迹规划、控制设计变得简单。一般地，我们对工业机器人的每一个关节都建立一个坐标系，并用齐次坐标矩阵的形式表达各个坐标系之间的相对位置，通常我们用表示一个关节坐标系与下一个关节坐标系之间的相对位置关系，来描述相连关节坐标系之间的平移和旋转运动。表示机身的坐标系（固定坐标系），表示第一个关节与机身坐标系之间的相对位置关系，表示第二个关节与第一个关节之间的相对位置关系，以此类推，可以得到工业机器人手部的坐标系与机身之间的齐次变换矩阵，表达式为实际生产中，常用到的机器人为6自由度工业机器人，如图3-13所示。图3-136自由度工业机器人机器人的手部相对于前一个关节的齐次变换矩阵为，相对于关节i−1坐标系的齐次变换矩阵为机器人手部的末端执行器相对于机身固定坐标系的齐次变换矩阵为这个矩阵即工业机器人的正运动学方程。逆运动学（已知末端位姿，求关节角）：在操纵工业机器人作业时，一般都是已知各个关节的位置和姿态，需要求解出机器人末端执行器的位置和姿态，从而准确控制各个关节的电动机，使机器人按照预定的轨迹运动作业。已知机器人末端执行器的位姿，求解各个关节位姿的过程称为工业机器人的逆运动学计算。具体的逆运动学计算过程如下表达式所示。五、工业机器人动力学工业机器人的动力学主要研究机器人各个关节瞬时的速度、加速度、位移、电动机输出力矩或者力之间的关系，这就是机械系统动力学运动方程，即机器人动态运动的特性。机器人动力学方程的求解可分为正动力学和逆动力学两种不同性质的问题。1.机器人的正动力学机器人的正动力学研究已知机器人各个执行器的驱动力或者驱动力矩，求解机器人关节变量在空间的轨迹或者末端执行器在笛卡儿坐标系中的空间轨迹。2.机器人的逆动力学机器人的逆动力学研究关节变量在空间的轨迹已经确定或者末端执行器在笛卡儿坐标系中的空间轨迹已经确定的前提下，求解机器人各个执行器的输出力矩或者力。第三部分：作业布置理论巩固：教材“巩固练习”填空题1-4题；简答题2、3、4题（涉及正逆运动学区别及常用参数）。计算实战：简答题第5题（计算连续三次旋转的复合变换矩阵，锻炼矩阵乘法能力）。

河北工业职业技术大学《工业机器人技术基础》教案授课教师班级学时授课日期教学任务模块四：工业机器人的传感部分授课方式理实一体授课地点主要参考资料教材PPT在线课资源教学目标知识目标：了解传感器分类及性能指标；掌握内/外部传感器原理及应用。

技能目标：能准确对传感器分类，把握性能指标；能根据具体工况正确选型。

素养目标：培养工程意识与精益求精的工匠精神，提升自主探究能力。教学内容1.认识传感器（组成、分类及精度、灵敏度、分辨率等8大特性）。

2.内部传感器（电位计、光电编码器、测速发电机、力/扭矩传感器）。

3.外部传感器（接近觉、接触觉、压觉、视觉及距离传感器）。

4.传感器融合（竞争性融合、互补性融合）。重点难点重点：工业机器人内/外部传感器的区分及典型应用；传感器8大特性指标。

难点：相对式与绝对式光电编码器原理；应变片式六维力传感器工作原理。教学方法√理论讲授○项目教学○任务驱动○小组实训素材资源□文本素材□实物展示☑PPT幻灯片□视频素材☑图形/图像素材□网络资源课后作业1.计算题：根据光电编码器条纹数计算分辨角。

2.简答题：简述内部传感器与外部传感器的本质区别。教学反思关注学生状态，循序渐进。传感器原理涉及物理与电子知识，相对抽象，建议多结合生活实例（如手机触摸屏、自动门）和实物图片进行讲解。注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份本表。重复班授课可不另填写教案。 教学过程及内容第一部分：新课导入设疑导入：在无人工厂中，机器人是如何“看”到零件、“感觉”到抓取力度的？概念引出：机器人传感器相当于人的感官（眼、鼻、皮肤），是实现智能化、闭环控制的核心基础。第二部分：新课教学一、认识传感器组成：敏感元件、转换元件、转换电路、辅助电源。分类：内部传感器（测自身状态）、外部传感器（测环境与对象）。特性指标（重点）：测量范围、精度、灵敏度、线性度、分辨率、重复性、响应时间、抗干扰能力。二、内部传感器（用于精确控制）1.位置/位移传感器：电位计式（直线型/旋转型，滑动变阻原理）。2.光电编码器（核心考点）：相对式（增量式，测相对位移/速度，需判断相位差）、绝对式（格雷码编码，断电不丢失位置）。3.速度传感器：测速发电机（输出电压与角速度成正比）、光电编码器（数字法测速）。4.力/扭矩传感器：利用电阻应变片效应测量六维力。三、外部传感器（用于适应环境）接近觉传感器：电容式（测非金属/金属）、电感式（电涡流效应，仅测金属）、光电式。其他传感器：接触觉（开关阵列）、压觉传感器（电容/压阻阵列）、视觉与距离传感器（超声波、激光三角测距）。四、传感器融合概念：综合处理多传感器信息，分竞争性（同类优选）与互补性（多维互补，如视觉+激光测距）。第三部分：作业布置完成教材P79选择题1-5题。根据表4-4完成传感器内/外部属性分类。河北工业职业技术大学《工业机器人技术基础》教案授课教师班级学时授课日期教学任务模块五：工业机器人的控制系统授课方式理实一体授课地点主要参考资料教材PPT在线课资源教学目标知识目标：了解控制系统特点、结构及控制方式；掌握ABB控制柜接口及接线。

技能目标：能绘制控制系统结构图；识别IRC5控制柜接口与DSQC652板卡并完成配置。

素养目标：培养系统化工程思维，通过接线与配置提升动手能力和安全规范意识。教学内容1.控制系统基础（开环/闭环、机器人控制特点及结构方案）。

2.机器人运动控制方式（PTP、CP、TC、力矩控制）。

3.ABBIRC紧凑型控制柜硬件接口。

4.DSQC652标准I/O板卡认识与配置。重点难点重点：闭环控制原理；点位(PTP)与连续路径(CP)的区别；DSQC652板卡接口及地址分配。

难点：基于PC和运动控制卡的系统架构图理解；DeviceNet总线地址硬件拨码（剪线）规则。教学方法○理论讲授√项目教学√任务驱动○小组实训素材资源□文本素材□实物展示☑PPT幻灯片□视频素材☑图形/图像素材□网络资源课后作业1.辨析点位控制(PTP)与连续路径控制(CP)的适用场景。

2.简述DSQC652板卡的X1-X5端子功能。教学反思关注学生状态，循序渐进。硬件接口与通信总线内容枯燥，需结合控制柜实物或高清图片对应讲解。总线地址计算是难点，需在黑板上举例演算。注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份本表。重复班授课可不另填写教案。 教学过程及内容第一部分：新课导入设疑导入：用水箱液位自动控制的例子，引出“大脑（控制器）、眼睛（传感器）、手（执行器）”的系统概念。主题引出：机器人的“大脑”就是控制系统，它是决定机器人水平的关键。第二部分：新课教学一、控制系统基本结构与特点1.开环与闭环：开环无反馈抗干扰差；闭环有传感器反馈，精度高。2.机器人控制特点：多轴联动、非线性、高度依赖计算机与数学模型。3.三种构成方案：基于PLC、基于PC+运动控制卡（主流）、纯PC控制。二、运动控制方式（重点）1.点位控制（PTP）：只关心起点和终点位姿，不在乎轨迹（适用点焊、搬运）。2.连续路径控制（CP）：严格规定轨迹路径（适用弧焊、涂胶）。a）点位控制a）点位控制b）连续轨迹控制点位控制又称PTP控制，这种方式只控制起始点和重点的位姿，控制时只要求快速、准确地实现个点之间的运动，而对两点之间的运动轨迹不做任何规定。PTP方式控制比较简单，适用于上下料、搬运、点焊等作业。连续轨迹控制又称CP控制，这种方式不仅要求机器人以一定的精度达到目标点，而且对移动轨迹形式有一定精度上的要求。例如连续弧焊、喷漆等作业。对工业机器人的运动控制来说，在位置控制的同时，有时还要进行速度控制。例如，在连续轨迹控制方式的情况下，工业机器人按预定的指令，控制运动部件的速度和实行加、减速，以满足运动平稳、定位准确的要求。为了实现这一要求，机器人的行程要遵循一定的速度变化曲线。3.其他：轨迹控制（含速度规划）、力矩控制、智能控制。三、ABBIRC5紧凑型控制柜硬件认识1.前面板/外部：模式旋钮、急停按钮、电动机上电/复位按钮。2.接口：动力线接口、示教器接口、SMB接口、急停与安全停止接口、通信网口。四、DSQC652I/O板卡与配置（重点+难点）1.板卡规格：16个数字输入（X3,X4），16个数字输出（X1,X2）。2.X5端子（DeviceNet通信）：利用6-12号引脚剪线设定物理地址（二进制加法原理，如剪断8号和10号，地址为2+8=10）。3.软件配置步骤：控制面板->配置->DeviceNetDevice->添加DSQC652模板->设定Name(board10)和Address(10)->重启生效。第三部分：作业布置完成教材P99选择题1-4题。画出基于PC和运动控制卡的工业机器人闭环控制结构简图。

河北工业职业技术大学《工业机器人技术基础》教案授课教师班级学时授课日期教学任务模块六：工业机器人的手动操纵授课方式理实一体授课地点主要参考资料教材PPT在线课资源教学目标知识目标：牢记安全操作规程；熟悉示教器按键；掌握坐标系概念及3种手动运动方式。

技能目标：能规范操作示教器（握持/使能）；能进行单轴/线性/重定位操纵；能完成TCP标定。

素养目标：树立“安全第一”的工程意识，执行6S管理，培养规范操作的职业素养。教学内容1.机器人安全操作规程与示教器硬件认识。

2.示教器初始设置（语言、数据备份/恢复、日志查看）。

3.工业机器人坐标系（关节、大地、基、工具、工件）。

4.三种运动方式（单轴运动、线性运动、重定位运动）。

5.工具坐标系(TCP)三点法标定与工件坐标系建立。重点难点重点：使能开关的正确使用；单轴、线性、重定位三种运动方式的区别；四大直角坐标系。

难点：重定位运动的空间理解；工具中心点（TCP）多点标定的原理与实操步骤。教学方法○理论讲授√项目教学√任务驱动√小组实训素材资源□文本素材□实物展示☑PPT幻灯片□视频素材☑图形/图像素材□网络资源课后作业1.默写机器人手动操纵的三大安全核心准则。

2.简述线性运动与重定位运动的区别。教学反思关注学生状态，安全第一。手动操纵具有较高危险性，课堂必须反复强调急停与使能按钮的使用。TCP标定较抽象，需用圆锥体等教具进行物理演示辅助理解。注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份本表。重复班授课可不另填写教案。 教学过程及内容第一部分：新课导入安全警告导入：展示机器人误操作导致的碰撞事故动图，强调规范操作是实践的第一步。主题引出：如何像开汽车一样，通过“方向盘”（示教器）让机器人按意愿移动？第二部分：新课教学任务一：手动操作安全规程一、在线示教安全操作1.禁止用力摇晃机械臂及在机械臂上悬挂重物。2.示教时请勿戴手套。穿戴和使用规定的工作服、安全鞋、安全帽、保护用具等。3.未经许可不能擅自进入机器人所及的区域。调试人员进入机器人工作区域时，需要随身携带示教器，以防他人误操作。4.示教前，需仔细确认示教器的安全保护装置是否能够正确工作，如【急停键】、【安全开关】等。5.在手动操作机器人时要采用较低的倍率速度以增加对机器人的控制机会。6.在按下示教器上的【轴操作键】之前要考虑到机器人的运动趋势。7.要预先考虑好避让机器人的运动轨迹，并确认该路径不受干涉。8.在察觉到有危险时，立即按下【急停键】，停止机器人运转。二、再现和自动运行安全操作1.机器人处于自动模式时，严禁进入机器人本体动作范围内。2.在运行作业程序前，须知道机器人根据所编程序将要执行的全部任务。3.使用由其他系统编制的作业程序时，要先跟踪一遍确认动作，之后再使用该程序。4.须知道所有会左右机器人移动的开关、传感器和控制信号的位置和状态。5.必须知道机器人控制器和外围控制设备上的【急停键】的位置，准备在紧急情况下按下这些按钮。6.永远不要认为机器人没有移动，其程序就已经完成，此时机器人很可能是在等待让它继续移动的输入信号。三、安全守则1.万一发生火灾，请使用二氧化碳灭火器。2.急停开关(E-Stop)不允许被短接。3.在任何情况下，不要使用机器人原始启动盘，用复制盘。4.机器人停机时，夹具上不应置物，必须空机。5.机器人在发生意外或运行不正常等情况下，均可使用E-Stop键，停止运行。6.因为机器人在自动状态下，即使运行速度非常低，其动量仍很大，所以在进行编程、测试及维修等工作时，必须将机器人置于手动模式。7.气路系统中的压力可达0.6MP，任何相关检修都要切断气源。8.在手动模式下调试机器人，如果不需要移动机器人时，必须及时释放使能器(EnableDevice)。9.在得到停电通知时，要预先关断机器人的主电源及气源。10.突然停电后，要赶在来电之前预先关闭机器人的主电源开关，并及时取下夹具上的工件。11.维修人员必须保管好机器人钥匙，严禁非授权人员在手动模式下进入机器人软件系统，随意翻阅或修改程序及参数。12.严格执行生产现场6S管理规定和安全制度。13.严格按照机器人的标准化操作流程进行操作，严禁违规操作。四、现场作业产生的废弃物处理1.现场服务产生的危险固体废弃物包括：废工业电池、废电路板、废润滑油、废油脂、粘油废棉丝或抹布、废油桶、损坏的零件、包装材料等。2.现场作业产生的废弃物处理方法：（1）现场服务产生的损坏零件由公司现场服务人员或客户修复后再使用。（2）废包装材料，建议客户交回收公司回收再利用。（3）现场服务产生的废工业电池和废电路板，由公司现场服务人员带回后交还供应商，或由客户保管，在购买新电池时作为交换物。（4）废润滑油、废润滑脂、废油桶、粘油废棉丝和抹布等，分类收集后交给专业公司处理。任务二：工业机器人的运动方式一、机器人系统的启动和关闭1.机器人系统的启动在确认机器人工作范围内无人后，合上机器人控制柜上的电源主开关，系统自动检查硬件。检查完成后若没有发现故障，启动系统。正常启动后，机器人系统通常保持最后一次关闭电源时的状态，且程序指引位置保持不变，全部数字输出都保持断电以前的值或者置为系统参数指定的值，原有程序可以立即执行。2.机器人系统的关闭关闭机器人系统需要关闭控制柜上的主电源开关。当机器人系统关闭时，所有数字输出都将被置为0，这会影响到机器人的手爪和外围设备。因此，在关闭机器人系统之前，首先要检查是否有人处于工作区域内，以及设备是否运行，以免发生意外。如果有程序正在运行或者手爪夹持有工件，则要先用示教器上的停止按钮使程序停止运行并使手爪释放工件，然后再关闭主电源开关。机器人系统启动后，在按下示教器上的使能按钮给机器人各轴的伺服电机上电后，就可以通过推动摇杆来控制机器人的运动。二、工业机器人的运动方式除在自动模式下，机器人各轴伺服电动机没有上电或正在执行程序时不能手动操纵机器人之外，无论打开何种窗口，都可以用摇杆来操纵机器人。1.选择运动单元及运动方式：对机器人进行手动操纵时，首先要明确选择运动单元及运动方式。机器人系统可能不仅由机器人本体单独构成，可能还包括其他的机械单元，如外部轴，也可以被选为运动单元进行单独操作。每个运动单元都有一个标志或名字，这个名字在系统设定时已经进行定义。ABB机器人具有线性运动、重定位运动和单轴运动3种运动方式。（1)线性运动大多数情况下，选择从点移动到点时，机器人的运行轨迹为直线，所以称为直线运动，也称为线性运动。其特点是焊枪（或工件）姿态保持不变，只是位置改变。（2）重定位运动重定位运动方式是工件姿态改变，而位置保持不变。（3）单轴运动通过摇杆控制机器人单轴运动。工业机器人的移动可以是单步的，也可以是连续的；可以实现单轴单步运动，也可以实现多轴协调运动，需根据工作实际综合考虑。所有的这些运动均通过操作示教器来实现。2.点动点动机器人就是点按\微动【轴操作键】来移动机器人手臂的方式。每点按或微动【轴操作键】一次机器人移动一段距离。点动机器人主要用在示教时离目标位置较近的场合或初期操作中用户。3.连续移动连续移动机器人则是长按/拨动【轴操作键】来移动机器人手臂的方式。连续移动机器人主要用在示教时离目标位置较远的场合。第三部分：作业布置完成教材P121选择题1-5题。思考题：标定TCP时，如果使用的是“四点法”或“六点法”，相比“三点法”多了什么信息的确认？

河北工业职业技术大学《工业机器人技术基础》教案授课教师班级学时授课日期教学任务模块七：工业机器人编程技术授课方式理实一体授课地点主要参考资料教材PPT在线课资源教学目标知识目标：了解在线/离线编程；熟悉RAPID程序架构及VAR/PERS/CONST数据类型；掌握4大运动指令。

技能目标：能创建RAPID程序；能独立规划并编写单工件搬运程序；完成调试运行。

素养目标：培养逻辑思维能力、任务规划能力及解决复杂工程问题的团队协作精神。教学内容1.编程方式（在线示教、离线仿真RobotStudio、自主编程）。

2.RAPID程序架构与数据类型（VAR、PERS、CONST）。

3.基础运动指令（MoveJ、MoveL、MoveC、MoveAbsJ）。

4.典型任务：单工件搬运路径规划与流程图。

5.典型任务：程序创建、目标点示教、指令编写与调试。重点难点重点：RAPID程序结构（模块与例行程序）；MoveJ与MoveL的区别及参数（v,z,tool）；搬运逻辑流程。

难点：目标点数据(robtarget)的示教与修改；抓取/放置工件时的逻辑指令配合（Set/Reset）。教学方法○理论讲授√项目教学√任务驱动√小组实训素材资源□文本素材□实物展示☑PPT幻灯片□视频素材☑图形/图像素材□网络资源课后作业1.绘制单工件搬运的逻辑流程图与路径轨迹图。

2.解释运动指令中转弯数据(z100与fine)的区别。教学反思关注学生状态，循序渐进。编程逻辑对部分学生较难，务必先在白板上画出流程图和路径点，理清“大脑思维”后，再进行“代码编写”。注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份本表。重复班授课可不另填写教案。 教学过程及内容第一部分：新课导入设疑导入：手动操纵只能让机器人动一次，如何让机器人24小时自动重复搬运物料？主题引出：通过编写机器人语言（RAPID程序），赋予机器人自动运行的逻辑。第二部分：新课教学一、RAPID程序结构在ABB工业机器人中，使用的编程语言是RAPID语言，它是一种英文编程语言，包含了一连串控制机器人的指令，执行这些指令可以实现对ABB工业机器人的控制，包括移动机器人、设置输出、读取输入，还能实现决策、重复其他指令，构造程序，与系统操作员交流等功能。RAPID编程语言由自己特定的词汇和语法编写而成，基本架构表见表1。表1RAPID程序基本架构程序模块1程序模块2…程序模块n程序数据程序数据…程序数据主程序main例行程序…例行程序例行程序中断程序…中断程序中断程序功能…功能功能…1.RAPID程序架构主要特点（1）RAPID程序是由程序模块与系统模块组成。一般的，只通过新建程序模块构建机器人程序，而系统模块多用于系统方面的控制。（2）可以根据不同的用途创建多个程序模块，如专门用于主程序的程序模块，用于位置计算的程序模块，用于存放数据的程序模块，这样便于归类管理不同用途的例行程序与数据。（3）每一个程序模块包含了程序数据、例行程序、中断程序和功能四种对象，但并非每一个模块中都有这四种对象，程序模块之间的数据、例行程序、中断程序和功能都是可以相互调用的。（4）在RAPID程序中，只有一个主程序main，且存在于任意一个程序模块中，并作为整个RAPID程序执行的起点。2.任务、模块和例行程序之间的关系一台机器人的RAPID程序由系统模块与程序模块组成，每个模块中可以建立若干程序，如图1所示。图1RAPID程序架构通常情况下，系统模块多用于系统方面的控制，而只通过新建程序模块来构建机器人的执行程序。机器人一般都自带USER模块与BASE模块两个系统模块，新建程序模块后会自动生成具有相应功能的模块如图2所示。建议不要对任何自动生成的系统模块进行修改。图2机器人的系统模块在设计机器人程序时，可根据不同的用途创建不同的程序模块，如用于位置计算的程序模块，用于存储数据的程序模块，这样便于归类管理不同用途的例行程序与数据。注意，在RAPID程序中，只有一个主程序main，并作为整个RAPID程序执行的起点，可存在于任意一个程序模块中。每一个程序模块一般包含了程序数据、程序、指令和函数四种对象。程序主要分为Procedure、Function、Trap三大类。Procedure类型的程序没有返回值；Function类型的程序有特定类型的返回值；Trap类型的程序叫做中断例行程序，Trap例行程序和某个特定中断连接，一旦中断条件满足，机器人将转入中断处理程序。2.单工件搬运运动路径规划根据前面分析可知，工业机器人单个工件搬运的动作分为：抓取工件、搬运工件、放下工件。抓取工件前，机器人处于home等待位（home点），抓取动作中运动路径分别到拾取工件的等待点，一般采用MoveJ指令，实际工况如果对机器人运动到等待位的路径有严格要求，可选用线性运动（MoveL指令）。紧接着，线性运动（MoveL指令）到工件拾取点，精准到位后，用set/reset或setdo、resetdo指令配合拾取工件，具体用到哪个指令需看机器人末端工具是双控电磁阀控制还是单控电磁阀控制。如果是单控阀只需执行set或setdo，如果是双控阀需要置复位指令配对使用。拾取工件后开始搬运，首先线性运动（MoveL指令）到拾取等待位，经过渡点到放置工件等待点。其中过渡点不是必须的。要根据实际工况要求，和机器人的位姿进行灵活调整。接着要放下工件，此时需线性运动（MoveL指令）到放置工件点，接着用set/reset或者setdo、resetdo配合，执行放置工件操作。放置完成后，线性运动（MoveL指令）到放置等待点，之后回到home等待位，完成一个工件搬运的任务。路径规划如图3所示。图3单个工件搬运路径规划图二、编程指令学习所谓运动指令，是指以指定的移动速度和移动方法使机器人向作业空间内的指定位置进行移动的控制语句。ABB机器人在空间中的运动主要有关节运动（MoveJ）、线性运动（MoveL）、圆弧运动（MoveC）和绝对位置运动（MoveAbsJ）四种方式。1.关节运动指令-MoveJ关节运动是指机器人从起始点以最快的路径移动到目标点，这是时间最快也是最优化的轨迹路径，最快的路径不一定是直线，由于机器人做回转运动，且所有轴的运动都是同时开始和结束，所以机器人的运动轨迹无法精确的预测，如图4所示，这种轨迹的不确定性也限制了这种运动方式只适合于机器人在空间大范围移动且中间没有任何遮挡物，所以机器人在调试以及试运行时，应该在阻挡物体附近降低速度来测试机器人的移动特性，否则可能发生碰撞由此造成部件、工具或机器人损伤的后果。图4关节运动关节运动指令语句格式如图5所示。图5关节运动指令语句格式2.线性运动指令-MoveL线性运动是机器人沿一条直线以定义的速度将TCP引至目标点，如图6所示，机器人从P10点以直线运动方式移动到P20点，从P20点移动到P30点也是以直线运动方式，机器人的运动状态是可控的，运