《智能建造工程装备与机器人》课程教学大纲

《智能建造工程装备与机器人》课程教学大纲课程代码：课程名称：智能建造工程装备与机器人（Constructionalmechanicsandroboticstechnology）学分/总学时：2学分/32学时讲课学时：32；研讨学时：0；实验学时：0；上机学时：0；课外学时：0课程类别：专业方向及跨学科选修课开课学期：四（1）适用对象：智能建造专业、土木工程专业先修课程：高等数学、理论力学、电工电子、机械原理等后续课程：课程负责人：课程目标本课程立足智能建造、土木工程相关学生的知识基础，通过介绍工程机械、建造装备和建筑机器人在内的智能建造相关装备的基本运转原理、构造组成以及典型装备的特点和使用要求等知识，了解工程建造过程中涉及的施工机械的种类、作用、工作性能等，培养工程建造在施工机械方面的系统思维；通过介绍智能建造工业机器人的基本原理、构成、控制和编程等内容，使学生掌握机器人学的基本知识，学会分析、设计和应用以工业机器人为基本原件的建造机器人使用和开发，通过机器人平台提高综合分析问题、解决问题的能力。将工匠精神、家国情怀和社会责任等德育要素融入本课程教学的全过程。通过国内工程机械发展成就、典型优秀案例、机器人设计与控制实操等，增强学生的民族自豪感、历史使命感和社会责任感，培养学生严谨求实、追求至善的工匠精神。具体为：了解常用工程装备的基本机械结构构成和原理，理解常见施工集成平台、电液控制特种装备等构成，建立工程机械、大型装备平台基本概念。掌握工业机器人的基本原理、构成、控制系统和编程方法，形成进一步使用和开发建造机器人的知识储备。培养学生对机器人系统进行分析和操控的能力。包括分析机器人的机构、控制系统软硬件等；培养对机器人主要组成功能和实现部分的设计和选型能力；培养针对实际需求集成和综合机器人动作编排的初步能力。通过课程的学习，培养学生独立思考、深入钻研问题的习惯；培养学生的创新意识和创新能力。课程目标与教学内容和教学环节对应关系表序号课程目标教学内容教学环节课堂教学研讨实验上机1了解常用工程装备的基本机械结构构成和原理，理解常见施工集成平台、电液控制特种装备等构成，建立工程机械、大型装备平台基本概念。工程机械概述工程机械基本构成和设计原则典型工程机械及智能化应用预制构件加工设备其他专用工程装备＋2掌握工业机器人的基本原理、构成、控制系统和编程方法，形成进一步使用和开发建造机器人的知识储备。建造机器人基本原理建造机器人的结构与机构建造机器人控制系统建造机器人的变成与指令＋3培养学生对机器人系统进行分析和操控的能力。包括分析机器人的机构、控制系统软硬件等；培养对机器人主要组成功能和实现部分的设计和选型能力；培养针对实际需求集成和综合机器人动作编排的初步能力。建造机器人开发案例＋4通过课程的学习，培养学生独立思考、深入钻研问题的习惯；培养学生的创新意识和创新能力。学生做大作业＋课程内容3.1课堂教学工程机械概述（2学时）工程机械基本概念、种类、发展历程，我国工程机械行业取得的成就等，包含常规施工机械以及施工集成平台等。工程机械构成和设计原则（4学时）介绍工程机械结构的典型组成部分，包括工程机械液压系统、传动系统、转向系统、制动系统等；介绍工程机械的总体设计概念和要求。典型工程机械（4学时）介绍典型施工机械的工作机理、基本结构、使用注意事项等，包括起重机械、装载机械、盾构机及岩石掘进机等。预制构件加工设备（2学时）介绍典型预制混凝土构件、钢结构构件、木结构构件的加工设备。其他专用工程装备（2学时）介绍典型智能施工集成平台及装备的基本构成、运转机制、实现路径、优缺点等；介绍其他电液控制装备的原理和应用等。建造机器人基本原理（4学时）工业机械人主要概念、分类，以及基本组成、主要技术参数、工作原理等。建造机器人的结构与机构（4学时）介绍建造机器人末端执行器、手腕、手臂、机身、行走机构、传动系统等。建造机器人的控制系统（4学时）机器人的坐标系统、功能特点和结构组成、代表性控制系统、伺服/力觉/视觉控制系统、集成控制系统。建造机器人的编程与指令（4学时）建造机器人的编程系统、示教编程、建造机器人的指令等。建造机器人开发案例（2学时）介绍建造机器人功能开发流程、功能开发平台和代表性案例。3.2课程思政案例1)．对工程机械及智能施工集成平台的发展历程、国内外现状、我国发展成就进行介绍，激发学生对国家发展的民族自豪感，增强学生的家国情怀和心系国家建设发展的贡献精神。2)．组织学生开展工业机器人相关实验，针对实操过程中问题的解决和实验目标的达成，培养学生精益求精、追求至善的工匠精神。教学安排本课程为课堂教学，围绕工程机械、现代施工装备及建造机器人的基本知识，结合典型案例进行授课。加强对学生过程学习的评价，以及开展实验环节，锻炼学生团队合作和创新的能力。建议学时分配如下表：教学内容课内学时自学学时作业学时第1章工程机械概述2第2章工程机械构成和设计原则4第3章典型工程机械4第4章预制构件加工设备2第5章其他专用工程装备2第6章建造机器人基本原理4第7章建造机器人的结构与机构4第8章建造机器人的控制系统4第9章建造机器人的编程与指令4第10章建造机器人开发案例2合计32教学方法针对本课程的4个课程目标，采用以下教学方法：通过课堂授课、讨论、观看资料片等多种教学手段共同实施。使学生掌握工程机械、机器人学的基本知识，分析、设计和应用机器人的基本方法；通过机器人这个平台，使学生能够把过去所学的知识综合起来，提高学生综合分析问题、解决问题的能力。尽可能采用多媒体教学和现场板书相结合的方式，特别是对于典型机械的运转原理、施工机械、机器人的运行方式等通过视频可有效传递信息；部分公式推导通过适当板书可以减缓授课节凑，便于学生理解和接受。充分利用网络交流实时性强的优点，网上辅助答疑和指导，提高教学效率。注重教与学的互动，采用课堂提问和随堂测验等多种方式了解学生学习效果。本课程思政的教学要求与成果示例结合课程内容特点，梳理、归纳、提炼本课程的“思政元素”，将其列入教学大纲的重要条目和课堂讲授的重要内容，将知识教育和思政教育结合起来，使“课程思政”与“思政课程”同向同行，形成协同效应。围绕价值塑造、能力培养、知识传授三位一体的课程建设目标，在课程内容中寻找与家国情怀、法制意识、诚信履约意识、职业道德、社会责任、工程伦理、工匠精神等社会核心价值观相关德育元素的“触点”和“融点”，通过典型案例等教学素材的设计运用，以“润物无声”的方式将正确的价值追求、理想信念和家国情怀有效地传递给学生。我国在工程装备方面取得了较大突破，全球最大、最重的工程机械往往均出自中国，通过国内工程机械发展成就、典型优秀案例融入教学过程中，增强学生的国家荣誉感以及投入国家建设的使命感。通过对造楼机等工程的组成、设计、施工流程以及安全管理等教学，提升学生安全意识和社会责任感。通过基于工业机器人的课程作业，增强学生在工匠精神的培养。本课程体现学科前沿的教学内容与示例在本课程教学过程中，教学内容、教材建设、学生创新训练等环节将面向学科发展前沿，充分反映和体现建筑产业向工业化、信息化、智能化的发展趋势，发挥学生的主观能动性和创造性，让学生了解和熟悉最新的产业发展动态和最佳工程实践。课程中，介绍最新工程机械的发展趋势，特别是工程机械本身的信息化、自动化升级，体现前沿技术。结合当前我国建筑业关于造楼机的应用动态，带领学生领会我国在新一代大型集成装备上的发展，掌握发展趋势。与此同时，通过工业机器人与建筑业的结合，体现当前建筑机器人的发展，以及学生通过自身动手，实践建造机器人前沿科技。课程考核与成绩评定课程的考核以考核学生对课程目标的达成为主要目的，以检查学生对教学内容的掌握程度为重要内容。课程成绩包括3个部分，分别为平时成绩、课程论文、大作业成绩。成绩评定方式如下表所示：考核环节分值考核/评价细则平时成绩30根据平时表现和平时作业的得分计入总成绩。课程论文30主要考察学生工程机械、自动化施工集成平台、建造机器人等相关知识的认识和理解。大作业成绩40主要考察学生对机器人主要组成功能和实现部分的设计和选型能力，针对实际需求集成和综合机器人系统初步能力。课程教材与主要参考书教材管东芝，靳慧，