任務(wù)2工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的認(rèn)知a

1、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)一體化教學(xué)授課名稱工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)授課時(shí)間授課時(shí)數(shù)2 課時(shí)授課班級(jí)17 機(jī)器人班授課地點(diǎn)授課教師覃瑞勇課題任務(wù) 2 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的認(rèn)知教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、掌握機(jī)器人的自由度和工作空間2、了解工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖3、掌握關(guān)節(jié)坐標(biāo)機(jī)器人機(jī)身、 臂部、 腕部及手部等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及功能能力 目標(biāo)通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)能夠根據(jù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成確定其自由度與識(shí)別機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)；能夠根據(jù)工作需求正確選擇機(jī)器人情感目標(biāo)（1）在學(xué)習(xí)過(guò)程中提高學(xué)生的思維能力， 感受學(xué)習(xí)的快樂(lè)， 激發(fā)學(xué) 習(xí)興趣。（ 2）認(rèn)識(shí)掌握此項(xiàng)技能的重要性， 增強(qiáng)做一名技工的責(zé)任感和榮譽(yù) 感。教學(xué) 重點(diǎn)工業(yè)機(jī)器人的

2、運(yùn)動(dòng)自由度與坐標(biāo)系教學(xué) 難點(diǎn)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度與坐標(biāo)系教學(xué) 用具教材、教案、多媒體課件、一體化平臺(tái)教材 分析本教材堅(jiān)持以達(dá)到國(guó)家職業(yè)技能鑒定標(biāo)準(zhǔn)和就業(yè)能力為目標(biāo)， 以專業(yè)的 工作內(nèi)容為主線，以工作任務(wù)為引領(lǐng)，由淺入深，循序漸進(jìn)，精簡(jiǎn)理論，突 出核心技能與實(shí)操能力， 使理論與實(shí)踐融為一體， 充分體現(xiàn)“教”“學(xué)”“做” 合一的教學(xué)思想，。致力于構(gòu)建符合當(dāng)前教學(xué)改革方向的，以培養(yǎng)應(yīng)用型、 技術(shù)型和創(chuàng)新型人才為目標(biāo)的教學(xué)體系。學(xué)情 分析教學(xué) 對(duì)象部分學(xué)生綜合素質(zhì)低，沒(méi)有養(yǎng)成良好的日常行為規(guī)范；理解、 歸納問(wèn)題能力有待于進(jìn)一步提高；不具備主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力，好動(dòng)， 頭腦靈活。正確引導(dǎo)心理上，學(xué)生對(duì)文字太

3、多的書(shū)本不感興趣，但對(duì)操作機(jī)械和以 視頻結(jié)合的課堂氣氛十足。我認(rèn)為應(yīng)抓住這些有利因素，以講解 - 演示- 實(shí)踐為主線，并配以任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，引導(dǎo)學(xué)生身心投入課堂。教學(xué) 方法啟發(fā)式、講練法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、總結(jié)提升學(xué)習(xí) 方法“教為主導(dǎo)、學(xué)為主體、練為主線”教學(xué)過(guò)程備注一、組織教學(xué)清點(diǎn)人數(shù)，師生相互問(wèn)好，強(qiáng)調(diào)課堂紀(jì)律二、舊知回顧 工業(yè)機(jī)器人分類及應(yīng)用 1、按臂部的運(yùn)動(dòng)形式分 （1）直角坐標(biāo)型：臂部可沿三個(gè)直角坐標(biāo)移動(dòng)； （2）關(guān)節(jié)型：臂部有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)； （3）圓柱坐標(biāo)型：臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動(dòng)作； （4）組合結(jié)構(gòu)：可以實(shí)現(xiàn)直線、旋轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)、伸縮； （5）球坐標(biāo)型：臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮。2、按執(zhí)行機(jī)構(gòu)

4、運(yùn)動(dòng)的控制機(jī)能分：點(diǎn)位型、連續(xù)軌跡型 3、按程序輸入方式分：離線輸入型、示教輸入型 4、按應(yīng)用領(lǐng)域分類：可分為搬運(yùn)機(jī)器人、裝配機(jī)器人、上下料機(jī)器人、焊 接機(jī)器人、碼垛機(jī)器人、噴涂機(jī)器人等。工業(yè)機(jī)器人的安全使用（1）安全注意事項(xiàng)（2）安全操作規(guī)程（3）安全使用規(guī)則（4）操作注意事項(xiàng)三、新課導(dǎo)入及分析 在前兩節(jié)課中， 我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了工業(yè)機(jī)器人的定義， 發(fā)展以及有關(guān)機(jī)器 人的分類和應(yīng)用。通過(guò)學(xué)習(xí)，讓我們知道了機(jī)器人是一種復(fù)雜的機(jī)械裝置， 但是這種機(jī)械裝置能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能作用。 那么，這機(jī)器人到底是什么樣的 呢？它們的結(jié)構(gòu)又是怎樣的呢？懷著這些疑問(wèn)， 讓我們走進(jìn)工業(yè)機(jī)器人的世 界，去學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)

5、械結(jié)構(gòu)。四、新課授學(xué)（教師講解、觀看視頻）工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)是機(jī)器人的主要基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)， 你是現(xiàn)代 機(jī)械原理研究的主要內(nèi)容，機(jī)器人一般由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng) 3 個(gè)基本系統(tǒng)，以及一些復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成。通常用自由度、工作空間、額 定負(fù)載、定位精度、 重復(fù)精度和最大工作速度等技術(shù)指標(biāo)來(lái)描述機(jī)器人的性 能。本任務(wù)主要內(nèi)容是通過(guò)學(xué)習(xí)， 了解有關(guān)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的基本組成、 技 術(shù)參數(shù)及運(yùn)動(dòng)控制， 能夠熟練進(jìn)行機(jī)器人坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)軸的選擇， 并能熟練的 描述工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。一 機(jī)器人結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)器人結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖是指用結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)符號(hào)表示機(jī)器人臂部、 腕部和手 指等結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)間的運(yùn)動(dòng)形式的簡(jiǎn)

6、易圖形符號(hào)。 機(jī)器人結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖能夠更 好的分析和記錄機(jī)器人的各種運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)組合， 可簡(jiǎn)單清晰的表明機(jī)器人的 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有利于對(duì)機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行鮮明的對(duì)比。1. 移動(dòng)結(jié)構(gòu)注：b）是 a ）的側(cè)向圖形符號(hào)3. 回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)二 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度物體在三維空1. 自由度的概念 描述物體相對(duì)于坐標(biāo)系進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱為自由度。間有 6 個(gè)自由度，如圖所示。2. 工業(yè)機(jī)器人的自由度機(jī)器人的自由度是指描述機(jī)器人本體（不含末端執(zhí)行器）相對(duì)于基坐標(biāo) 系（機(jī)器人坐標(biāo)系）進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。機(jī)器人的自由度表示機(jī)器人動(dòng)作 靈活的尺度，一般以軸的直線移動(dòng)、擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的數(shù)目來(lái)表示。 機(jī)器人常用關(guān)節(jié)類型：移動(dòng)

7、關(guān)節(jié)用字母 P 表示，它允許兩相鄰連桿沿關(guān)節(jié)軸線做相對(duì)移動(dòng)， 這種關(guān)節(jié)具有 1 個(gè)自由度，如圖所示。轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)用字母 R 表示，它允許兩相鄰連桿繞關(guān)節(jié)軸線做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)， 這 種關(guān)節(jié)具有 1 個(gè)自由度，如圖所示。球面關(guān)節(jié)用字母 S 表示，它允許兩連桿之間有三個(gè)獨(dú)立的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)， 這 種關(guān)節(jié)具有 3 個(gè)自由度 , 如圖所示。虎克鉸關(guān)節(jié)用字母 T 表示，它允許兩連桿之間有二個(gè)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)， 這種關(guān) 節(jié)具有 2 個(gè)自由度 , 如圖所示。1) 直角坐標(biāo)機(jī)器人的自由度 如圖所示為直角坐標(biāo)機(jī)器人，臂部具有 3 個(gè)自由度。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)剛度大，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，操作靈活性差。2) 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的自由度如圖所示為五軸圓柱坐

8、標(biāo)機(jī)器人，有 5 個(gè)自由度。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，易于控制。3）球（極）坐標(biāo)機(jī)器人的自由度如圖所示為球（極）坐標(biāo)機(jī)器人，具有 5 個(gè)自由度。特點(diǎn)：靈活性好，工作空間大。4）關(guān)節(jié)機(jī)器人（1）SCARA型關(guān)節(jié)機(jī)器人SCARA型關(guān)節(jié)機(jī)器人有 4 個(gè)自由度，如圖所示特點(diǎn)：適用于平面定位，在垂直方向進(jìn)行裝配作業(yè)（2）六軸關(guān)節(jié)機(jī)器人六軸關(guān)節(jié)機(jī)器人有6 個(gè)自由度，如圖所示特點(diǎn)：動(dòng)作靈活、結(jié)構(gòu)緊湊5) 并聯(lián)機(jī)器人的自由度并聯(lián)機(jī)器人是由并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)機(jī)構(gòu)組成的機(jī)器人。如圖所示， Gough-Stewart 并聯(lián)機(jī)構(gòu)和由此機(jī)構(gòu)構(gòu)成的機(jī)器人是典型的并聯(lián)機(jī)器人。與 開(kāi)鏈?zhǔn)焦I(yè)機(jī)器人的自由度不同， 并聯(lián)機(jī)器人不能通過(guò)結(jié)構(gòu)

9、關(guān)節(jié)自由度的個(gè) 數(shù)明顯數(shù)出，可通過(guò)以下公式計(jì)算其自由度數(shù)。nF 6(l n 1)fii1特點(diǎn)：無(wú)累計(jì)誤差，精度較高，剛度大，承載能力強(qiáng)， 速度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好， 結(jié)構(gòu)緊湊，工作空間較小。三 工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)系工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)系主要包括：基坐標(biāo)系、關(guān)節(jié)坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系及 工具坐標(biāo)系，如圖所示。教學(xué)過(guò)程備注基坐標(biāo)系： 基坐標(biāo)系是機(jī)器人其它坐標(biāo)系的參照基礎(chǔ)， 是機(jī)器人示教與 編程時(shí)經(jīng)常使用的坐標(biāo)系之一， 它的位置沒(méi)有硬性的規(guī)定， 一般定義在機(jī)器 人安裝面與第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸的交點(diǎn)處。關(guān)節(jié)坐標(biāo)系： 關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的原點(diǎn)設(shè)置在機(jī)器人關(guān)節(jié)中心點(diǎn)處， 反映了該 關(guān)節(jié)處每個(gè)軸相對(duì)該關(guān)節(jié)坐標(biāo)系原點(diǎn)位置的絕對(duì)角度。工件坐標(biāo)系

10、： 工件坐標(biāo)系是用戶自定義的坐標(biāo)系， 用戶坐標(biāo)系也可以定 義為工件坐標(biāo)系，可根據(jù)需要定義多個(gè)工件坐標(biāo)系，當(dāng)配備多個(gè)工作臺(tái)時(shí)， 選擇工件坐標(biāo)系操作更為簡(jiǎn)單。工具坐標(biāo)系： 工具坐標(biāo)系是原點(diǎn)安裝在機(jī)器人末端的工具中心點(diǎn) （TCP： Tool Center Point ）處的坐標(biāo)系，原點(diǎn)及方向都是隨著末端位置與角度不 斷變化的，該坐標(biāo)系實(shí)際是將基坐標(biāo)系通過(guò)旋轉(zhuǎn)及位移變化而來(lái)的。五、教學(xué)拓展機(jī)器人的發(fā)展：60 年代，美國(guó) Unination 公司研制成功第一臺(tái)數(shù)控機(jī)械手，標(biāo)志著工 業(yè)機(jī)器人的誕生。 它是一種具有記憶儲(chǔ)存能力的示教再現(xiàn)式機(jī)器人， 被稱為 第一代機(jī)器人。70 年代，出現(xiàn)了配備有感覺(jué)傳感器的第二代工業(yè)機(jī)器人，它能夠?qū)Νh(huán) 境和作業(yè)對(duì)象進(jìn)行判斷、修正和選擇，具有一定自適應(yīng)能力。80 年代，開(kāi)始研制第三代工業(yè)機(jī)器人，除了能完成體力勞動(dòng)外，還具 有與人腦相似的功能，能完成部分腦力勞動(dòng)。六、課堂小結(jié)1、機(jī)器人結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖是指用結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)符號(hào)表示機(jī)器人臂部、腕部和手 指等結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)間的運(yùn)動(dòng)形式的簡(jiǎn)易