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1、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)課程教學(xué)大綱課程編號(hào): S4080370課程名稱:工業(yè)機(jī)器人技術(shù) 課程英文名稱: INDUSTRIAL ROBOT TECHNOLOGY 總學(xué)時(shí):30 講課學(xué)時(shí):26 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):4 上機(jī)學(xué)時(shí): 0 學(xué) 分: 2課程類型:限選課 開(kāi)課單位:機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械制造及自動(dòng)化系 授課對(duì)象:機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)、其它相關(guān)專業(yè) 先修課程:線性代數(shù)、測(cè)試技術(shù)及儀器開(kāi)課時(shí)間:第七學(xué)期 教材與主要參考書(shū): 尤波、王廣林等編 .工業(yè)機(jī)器人技術(shù) .校內(nèi)講義 陳哲、吉熙章編著 . 機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ) . 機(jī)械工業(yè)出版社 1994 年 蔡自興著. 機(jī)器人學(xué) .清華大學(xué)出版社 2000 年一、課
2、程教學(xué)目的 本課程將系統(tǒng)的介紹機(jī)器人技術(shù)的九個(gè)重要組成部分的基礎(chǔ)知識(shí), 將綜合運(yùn)用所學(xué)數(shù)學(xué)、力學(xué)、電子、機(jī)械、計(jì)算機(jī)等多種學(xué)科知識(shí),分 析解決機(jī)器人學(xué)中的主要問(wèn)題。培養(yǎng)學(xué)生從事多學(xué)科交叉滲透、綜合運(yùn) 用的科學(xué)研究能力。二、教學(xué)內(nèi)容及基本要求(一)本課程的主要章節(jié)本課程的主要內(nèi)容有:機(jī)器人學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué), 機(jī)器人的軌跡控制和力控制以及機(jī)器人中的主要技術(shù),包括機(jī)器人控制 器、機(jī)器人伺服系統(tǒng)、機(jī)器人的語(yǔ)言、機(jī)器人的感覺(jué)系統(tǒng)和機(jī)器人的移 動(dòng)技術(shù)等。本課程的主要章節(jié)有:第一章 機(jī)器人技術(shù);(2 學(xué)時(shí))機(jī)器人學(xué)的發(fā)展史及機(jī)器人學(xué)教育、機(jī)器人學(xué)的術(shù)語(yǔ)和定義及其與 其他學(xué)科的關(guān)系、機(jī)器人的分
3、類和組成、操作機(jī)幾何學(xué)。第二章 機(jī)器人坐標(biāo)系統(tǒng);(4 學(xué)時(shí))位置與姿態(tài)、正交坐標(biāo)系、轉(zhuǎn)動(dòng)的表示法、齊次變換、機(jī)器人的坐 標(biāo)系統(tǒng)。第三章 位置運(yùn)動(dòng)學(xué);(4 學(xué)時(shí))手部位姿與關(guān)節(jié)變量的關(guān)系正問(wèn)題、關(guān)節(jié)變量與手部位姿的關(guān) 系逆問(wèn)題。第四章 速度運(yùn)動(dòng)學(xué);(2 學(xué)時(shí)) 操作機(jī)的微分運(yùn)動(dòng)、雅可比矩陣及其變換。第五章 軌跡控制;(2 學(xué)時(shí))軌跡的記錄與再現(xiàn)、笛卡爾運(yùn)動(dòng)與軌跡設(shè)計(jì)、軌跡控制多項(xiàng)式、笛 卡爾控制等。第六章 機(jī)器人動(dòng)力學(xué);(2 學(xué)時(shí)) 動(dòng)力學(xué)方程的推導(dǎo)、動(dòng)力學(xué)方程的應(yīng)用。第七章 力控制與柔性機(jī)器人;(3 學(xué)時(shí)) 位置控制與力控制策略、組合控制策略、柔性機(jī)器人系統(tǒng)、力和力 矩的直接敏感。第八章 機(jī)器
4、人中的主要技術(shù);(1 學(xué)時(shí))現(xiàn)代機(jī)器人組成和功能、機(jī)器人的主要技術(shù)、機(jī)器人的分代與技術(shù) 內(nèi)容。第九章 機(jī)器人控制器;(1 學(xué)時(shí))機(jī)器人控制器功能與組成、機(jī)器人控制方式、機(jī)器人的示教再現(xiàn)控 制、計(jì)算機(jī)控制 第十章 機(jī)器人伺服系統(tǒng);(1學(xué)時(shí))機(jī)器人伺服控制的特點(diǎn)、伺服機(jī)構(gòu)的分類、控制模型、常用的伺服 控制方法。第十一章機(jī)器人語(yǔ)言;(1學(xué)時(shí))機(jī)器人語(yǔ)言的特點(diǎn)和分類、VAL語(yǔ)言及編程舉例。第十二章 機(jī)器人的感覺(jué)技術(shù);(1學(xué)時(shí))感覺(jué)裝置分類及技術(shù)內(nèi)容、光軸編碼器、觸覺(jué)技術(shù)介紹、聽(tīng)覺(jué)技術(shù) 介紹、視覺(jué)技術(shù)介紹。第十三章機(jī)器人移動(dòng)技術(shù);(1學(xué)時(shí))移動(dòng)機(jī)構(gòu)、移動(dòng)方向的誘導(dǎo)方法、移動(dòng)機(jī)器人的追蹤控制。第十四章機(jī)器
5、人實(shí)例與發(fā)展趨勢(shì);(1學(xué)時(shí))工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)例、機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)、機(jī)器人技術(shù)在我國(guó)的迅速 發(fā)展。(二)其他教學(xué)環(huán)節(jié)安排1、實(shí)驗(yàn)安排4學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有: 工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)及控制實(shí)驗(yàn)(2學(xué)時(shí)); 工業(yè)機(jī)器人上下料及裝配實(shí)驗(yàn)(2學(xué)時(shí));(三)考試權(quán)重平時(shí)成績(jī)占10%,實(shí)驗(yàn)成績(jī)占10%,期末考試成績(jī)占80%。(四)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目明細(xì)表序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn) 要求實(shí)驗(yàn)類型每組人數(shù)1工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)及控制2必修綜合22工業(yè)機(jī)器人上下料及裝配實(shí)驗(yàn)2必修設(shè)計(jì)2工業(yè)機(jī)器人技術(shù)課程教學(xué)設(shè)計(jì)(一)基本描述課程編號(hào): S4080370 課程名稱:工業(yè)機(jī)器人技術(shù)英文譯名: INDUSTRIAL ROBOT TECHNOLOGY
6、課程學(xué)時(shí): 30 講課:26 實(shí)驗(yàn):4 上機(jī):0 適用專業(yè):機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)、其他相關(guān)專業(yè) 開(kāi)課單位:機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械制造及自動(dòng)化系 開(kāi)課時(shí)間:第七學(xué)期先修課程:線性代數(shù)、機(jī)械工程測(cè)試技術(shù) 主要教材及參考書(shū):尤波、王廣林等編 .工業(yè)機(jī)器人技術(shù) .校內(nèi)講義 陳哲、吉熙章編著 . 機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ) . 機(jī)械工業(yè)出版社 1994 年 蔡自興著. 機(jī)器人學(xué) .清華大學(xué)出版社 2000 年(二)課程的性質(zhì)、研究對(duì)象及任務(wù)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是一門機(jī)械工程學(xué)科中機(jī)電控制及其結(jié)合的專業(yè)模 塊課。本課程研究對(duì)象是分析解決機(jī)器人學(xué)中的主要問(wèn)題,為以后機(jī)電 結(jié)合的設(shè)計(jì)和使用技術(shù)打下基礎(chǔ)。本課程的主要
7、任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生從事多 學(xué)科交叉滲透、綜合運(yùn)用的科學(xué)研究能力。(三)教材的選擇與分析 近年來(lái),國(guó)內(nèi)關(guān)于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)方面的教材和書(shū)籍很多。本課程選擇尤波、王廣林等編寫(xiě)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù),參考教材選擇陳哲、吉 熙章編著機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)(機(jī)械工業(yè)出版社)和蔡自興著機(jī)器人學(xué) (清華大學(xué)出版社)。(四)本課程各章的主要內(nèi)容與基本要求、重點(diǎn)與難點(diǎn)、學(xué)時(shí)分配第一章 機(jī)器人技術(shù)( 2 學(xué)時(shí))對(duì)機(jī)器人學(xué)這門學(xué)科的產(chǎn)生、發(fā)展以及特點(diǎn)等方面的背景有一個(gè)概 括地介紹。包括機(jī)器人學(xué)的發(fā)展史及機(jī)器人學(xué)教育、機(jī)器人學(xué)的術(shù)語(yǔ)和 定義及其與其他學(xué)科的關(guān)系、機(jī)器人的分類和組成、操作機(jī)幾何學(xué)?;疽螅毫私鈾C(jī)器人學(xué)的發(fā)展史及機(jī)器人學(xué)教
8、育、掌握機(jī)器人學(xué) 的術(shù)語(yǔ)和定義,了解其與其他學(xué)科的關(guān)系、掌握機(jī)器人的分類和組成、 操作機(jī)幾何學(xué)。重點(diǎn): 機(jī)器人的分類和組成、操作機(jī)幾何學(xué)。難點(diǎn) : 操作機(jī)幾何學(xué)第二章 機(jī)器人坐標(biāo)系統(tǒng);(4 學(xué)時(shí))為了表示組成機(jī)器人系統(tǒng)的各個(gè)元部件的位置和姿態(tài),表示它們之 間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系,需要采用一套機(jī)器人坐標(biāo)系統(tǒng)。包括位置與姿態(tài)、正交 坐標(biāo)系、轉(zhuǎn)動(dòng)的表示法、齊次變換、機(jī)器人的坐標(biāo)系統(tǒng)等知識(shí)?;疽螅赫莆瘴恢门c姿態(tài)、正交坐標(biāo)系、轉(zhuǎn)動(dòng)的表示法、齊次變 換、機(jī)器人的坐標(biāo)系統(tǒng)等知識(shí)。重點(diǎn)與難點(diǎn) : 正交坐標(biāo)系、齊次變換、機(jī)器人的坐標(biāo)系統(tǒng) 重點(diǎn)與難點(diǎn) : 齊次變換第三章 位置運(yùn)動(dòng)學(xué);(4 學(xué)時(shí)) 運(yùn)動(dòng)學(xué)處理運(yùn)動(dòng)的幾何學(xué)
9、以及與時(shí)間有關(guān)的量,而不考慮引起運(yùn)動(dòng) 的力,搞清機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的幾何關(guān)系是認(rèn)識(shí)機(jī)器人的首要問(wèn)題?;疽螅?掌握包括手部位姿與關(guān)節(jié)變量的關(guān)系正問(wèn)題、關(guān)節(jié) 變量與手部位姿的關(guān)系逆問(wèn)題。重點(diǎn)和難點(diǎn) : 正問(wèn)題和逆問(wèn)題第四章 速度運(yùn)動(dòng)學(xué);(7 學(xué)時(shí))操作機(jī)不僅需要達(dá)到某個(gè)或一系列的位置,而且需要按給定的速度 達(dá)到這些位置,所以要考慮速度運(yùn)動(dòng)學(xué)。包括操作機(jī)的微分運(yùn)動(dòng)、雅可 比矩陣及其變換。基本要求:掌握操作機(jī)的微分運(yùn)動(dòng)、雅可比矩陣及其變換。 重點(diǎn)和難點(diǎn) : 雅可比矩陣及其變換。第五章 軌跡控制;(2 學(xué)時(shí))在工程應(yīng)用中經(jīng)常需要使操作機(jī)在空間一系列的給定點(diǎn)上平穩(wěn)的運(yùn) 動(dòng),因此就涉及到軌跡控制的問(wèn)題,屬于運(yùn)動(dòng)
10、學(xué)的范疇。包括軌跡的記 錄與再現(xiàn)、笛卡爾運(yùn)動(dòng)與軌跡設(shè)計(jì)、軌跡控制多項(xiàng)式、笛卡爾控制等。基本要求: 了解軌跡的記錄與再現(xiàn)、掌握笛卡爾運(yùn)動(dòng)與軌跡設(shè)計(jì)、 軌跡控制多項(xiàng)式、笛卡爾控制。重點(diǎn) : 軌跡控制多項(xiàng)式、笛卡爾控制難點(diǎn) : 軌跡控制多項(xiàng)式第六章 機(jī)器人動(dòng)力學(xué);(2 學(xué)時(shí))在機(jī)器人動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上考慮力對(duì)具有一定質(zhì)量或慣量的物體運(yùn)動(dòng) 的影響。包括動(dòng)力學(xué)方程的推導(dǎo)、動(dòng)力學(xué)方程的應(yīng)用?;疽螅赫莆談?dòng)力學(xué)方程的推導(dǎo)、了解動(dòng)力學(xué)方程的應(yīng)用。重點(diǎn)和難點(diǎn) : 動(dòng)力學(xué)方程的推導(dǎo)第七章 力控制與柔性機(jī)器人 (3 學(xué)時(shí))為了考慮機(jī)器人手部所施加的力作用,需要在位置控制的基礎(chǔ)上引 入力控制以及組合控制的概念。包括位置
11、控制與力控制策略、組合控制 策略、柔性機(jī)器人系統(tǒng)、力和力矩的直接敏感?;疽螅赫莆瘴恢每刂婆c力控制策略、組合控制策略、了解柔性 機(jī)器人系統(tǒng)、力和力矩的直接敏感。重點(diǎn)和難點(diǎn): 位置控制與力控制策略、組合控制策略。第八章 機(jī)器人中的主要技術(shù);(1 學(xué)時(shí))機(jī)器人技術(shù)是研究機(jī)器人工程技術(shù)的學(xué)問(wèn),期望用機(jī)構(gòu)、傳感器、 驅(qū)動(dòng)器及計(jì)算機(jī)等把類人的功能綜合起來(lái)。 包括現(xiàn)代機(jī)器人組成和功能、 機(jī)器人的主要技術(shù)、機(jī)器人的分代與技術(shù)內(nèi)容?;疽螅毫私猬F(xiàn)代機(jī)器人組成和功能、機(jī)器人的主要技術(shù)、機(jī)器 人的分代與技術(shù)內(nèi)容。第九章 機(jī)器人控制器;(1 學(xué)時(shí)) 機(jī)器人控制器相當(dāng)于人的大腦,它指揮機(jī)器人的動(dòng)作,并協(xié)調(diào)機(jī)器 人
12、與生產(chǎn)系統(tǒng)之間的關(guān)系,它是反映機(jī)器人功能和水平的核心部分。包 括機(jī)器人控制器功能與組成、 機(jī)器人控制方式、機(jī)器人的示教再現(xiàn)控制、 計(jì)算機(jī)控制?;疽螅毫私鈾C(jī)器人控制器功能與組成、機(jī)器人控制方式、機(jī)器 人的示教再現(xiàn)控制、計(jì)算機(jī)控制。第十章 機(jī)器人伺服系統(tǒng);(1 學(xué)時(shí)) 機(jī)器人伺服系統(tǒng)主要由啟動(dòng)器、減速機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳感器及計(jì)算機(jī) 組成,作用是控制機(jī)器人的位姿、速度等跟隨目標(biāo)值變化。包括機(jī)器人 伺服控制的特點(diǎn)、伺服機(jī)構(gòu)的分類、控制模型、常用的伺服控制方法?;疽螅毫私鈾C(jī)器人伺服控制的特點(diǎn)、伺服機(jī)構(gòu)的分類、控制模 型、常用的伺服控制方法。第十一章 機(jī)器人語(yǔ)言;(1 學(xué)時(shí)) 對(duì)于機(jī)器人采用示教的方式
13、,不存在語(yǔ)言編程問(wèn)題,然而存在停產(chǎn) 時(shí)間長(zhǎng),不適應(yīng)操作對(duì)象和外界環(huán)境變化等缺點(diǎn),因此采用機(jī)器人語(yǔ)言 編程,可使機(jī)器人停產(chǎn)時(shí)間很短,能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的感覺(jué)控制。包括機(jī)器 人語(yǔ)言的特點(diǎn)和分類、VAL語(yǔ)言及編程舉例?;疽螅毫私鈾C(jī)器人語(yǔ)言的特點(diǎn)和分類、VAL語(yǔ)言。第十二章 機(jī)器人的感覺(jué)技術(shù);(1 學(xué)時(shí))機(jī)器人配置感覺(jué)裝置,賦予它對(duì)作業(yè)對(duì)象和環(huán)境的檢測(cè)判斷功能, 則機(jī)器人就能適應(yīng)變化的情況, 靈活地改變動(dòng)作程序,自動(dòng)地進(jìn)行作業(yè) 包括感覺(jué)裝置分類及技術(shù)內(nèi)容、光軸編碼器、觸覺(jué)技術(shù)介紹、聽(tīng)覺(jué)技術(shù)介紹、視覺(jué)技術(shù)介紹?;疽螅毫私飧杏X(jué)裝置分類及技術(shù)內(nèi)容、 光軸編碼器、 觸覺(jué)技術(shù)、 聽(tīng)覺(jué)技術(shù)、視覺(jué)技術(shù)。第十三章
14、機(jī)器人移動(dòng)技術(shù);(1 學(xué)時(shí)) 移動(dòng)機(jī)器人的行走部分包括移動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、傳感探測(cè)器等, 它一方面支撐機(jī)身、臂、手部等,另一方面根據(jù)要求在廣闊的空間內(nèi)運(yùn) 動(dòng),使機(jī)器人的性能有了飛躍性的提高。包括移動(dòng)機(jī)構(gòu)、移動(dòng)方向的誘 導(dǎo)方法、移動(dòng)機(jī)器人的追蹤控制?;疽螅毫私庖苿?dòng)機(jī)構(gòu)、移動(dòng)方向的誘導(dǎo)方法、移動(dòng)機(jī)器人的追 蹤控制第十四章 機(jī)器人實(shí)例與發(fā)展趨勢(shì);(1 學(xué)時(shí)) 介紹機(jī)器人實(shí)例與發(fā)展趨勢(shì)。包括工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)例、機(jī)器人發(fā) 展趨勢(shì)、機(jī)器人技術(shù)在我國(guó)的迅速發(fā)展?;疽螅毫私夤I(yè)機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)例、機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)、機(jī)器人技 術(shù)在我國(guó)的迅速發(fā)展(五)課程的講授任課教師必須做到下面幾點(diǎn):1)認(rèn)真?zhèn)湔n,做好教案,熟練掌握課程的基本內(nèi)容。2)采用啟發(fā)式、討論式的教學(xué)方法,以學(xué)生為中心,活躍課堂氣氛, 調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性,培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力、分析問(wèn)題能 力和解決問(wèn)題能力。3)講課思路要清晰,包括:?jiǎn)栴}的提出、解決問(wèn)題的條件、建立模 型、分析解決問(wèn)題的思路、解題和總結(jié)等;概念要準(zhǔn)確,重點(diǎn)要突出,理論聯(lián)系實(shí)際,要適時(shí)
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