《工業(yè)機器人技術(shù)》教學(xué)大綱

1、工業(yè)機器人技術(shù)教學(xué)大綱一、課程基本情況英文名稱：Industrial Robot Technology課程編號：F071730033048總 學(xué) 時：48 講課學(xué)時：44 實踐學(xué)時：4總 學(xué) 分：3課程性質(zhì)：必修考核方式：考查適用對象：機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)先修課程：理論力學(xué)、機械原理、機械設(shè)計、電工學(xué)、單片機原理及應(yīng)用參考文獻：劉極峰，楊小蘭.機器人技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2019張憲民.機器人技術(shù)及其應(yīng)用（第三版）M.北京：機械工業(yè)出版社，2018郭洪紅.工業(yè)機器人技術(shù)M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2017許文稼.工業(yè)機器人技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2017。二、

2、課程簡介與目標(biāo)本課程是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)必修的專業(yè)課，涉及機器人基本結(jié)構(gòu)、機器人運動學(xué)及動力學(xué)、機器人軌跡規(guī)劃、機器人控制、機器人編程及機器人在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用等相關(guān)知識和技能。旨在了解國內(nèi)外機器人技術(shù)的研究現(xiàn)狀、存在的問題及發(fā)展方向，掌握工業(yè)機器人設(shè)計相關(guān)知識，具有應(yīng)用相關(guān)技術(shù)資料進行工業(yè)機器人及系統(tǒng)的設(shè)計和研究能力。通過案例教學(xué)，了解我國在機器人領(lǐng)域取得的巨大發(fā)展成就，以及國家在該領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，具有愛國主義情懷和投身該領(lǐng)域研究的熱情。通過本課程的學(xué)習(xí)，達到如下學(xué)習(xí)目標(biāo)：目標(biāo)1:掌握機器人基本結(jié)構(gòu)、機器人運動學(xué)及動力學(xué)、機器人軌跡規(guī)劃、機器人控制等工業(yè)機器人相關(guān)專業(yè)知識，并能夠?qū)?/p>

3、相關(guān)專業(yè)知識和數(shù)學(xué)模型方法應(yīng)用于工業(yè)機器人設(shè)計方案的比較與綜合。目標(biāo)2:掌握機器人結(jié)構(gòu)、參數(shù)、控制等設(shè)計方法，提出滿足特定需求的機器人單機或系統(tǒng)的解決方案，具有追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識，主要是設(shè)備機器人化的思想。 目標(biāo)3:通過文獻研究或相關(guān)方法，調(diào)研和分析工業(yè)機器人系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中的解決方案。三、課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系矩陣 課程目標(biāo)畢業(yè)要求目標(biāo)1目標(biāo)2目標(biāo)3指標(biāo)點1-4 掌握機械設(shè)計原理與方法、機械制造工程原理與技術(shù)、機械系統(tǒng)中的傳動與控制、計算機應(yīng)用技術(shù)等專業(yè)知識，能夠?qū)⑾嚓P(guān)知識和數(shù)學(xué)模型方法用于工礦機械設(shè)計與制造過程中復(fù)雜機械工程問題解決方案的比較與綜合。指標(biāo)點3-1 掌握機械結(jié)構(gòu)、制造工

4、藝及控制系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)方法和技術(shù)，了解影響設(shè)計目標(biāo)和技術(shù)方案的各種因素，能夠提出滿足特定需求的合理解決方案，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識。指標(biāo)點4-1 能夠基于科學(xué)原理和方法，通過文獻研究或相關(guān)方法，調(diào)研和分析復(fù)雜機械工程問題的解決方案。四、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、學(xué)時分配（一）教學(xué)內(nèi)容知識單元一： 機器人應(yīng)用與發(fā)展 支撐學(xué)習(xí)目標(biāo)1、3（建議2學(xué)時）教與學(xué)要求：能夠闡述機器人的廣義概念和狹義概念及兩者之間的區(qū)別；能說明機器人的分類、應(yīng)用；能夠陳述機器人的發(fā)展進程和未來發(fā)展趨勢。教學(xué)內(nèi)容：1-1：機器人定義、分類，國內(nèi)外機器人技術(shù)的研究現(xiàn)狀及存在的問題。 1-2：工業(yè)機器人發(fā)展、智能機器人發(fā)展、特種機器人

5、發(fā)展方向。重點：機器人的分類、應(yīng)用；機器人未來發(fā)展趨勢。難點：機器人未來發(fā)展趨勢。知識單元二： 機器人本體結(jié)構(gòu) 支撐學(xué)習(xí)目標(biāo)1、2（建議6學(xué)時）教與學(xué)要求：能夠陳述機器人本體的基本結(jié)構(gòu)形式、機器人機身結(jié)構(gòu)的基本形式和特點；能夠設(shè)計機器人手部、腕部、傳動、行走機構(gòu)。教學(xué)內(nèi)容：2-1：機器人本體結(jié)構(gòu)參數(shù)與平衡方法。 2-2：機器人手部、腕部、傳動、行走機構(gòu)。重點：機器人機身結(jié)構(gòu)的基本形式；機器人手部、腕部、傳動、行走機構(gòu)的設(shè)計。難點：機器人手部、腕部、傳動、行走機構(gòu)的設(shè)計。知識單元三： 機器人運動學(xué) 支撐學(xué)習(xí)目標(biāo)1、2（建議8學(xué)時）教與學(xué)要求：能利用機器人相關(guān)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識，求解工業(yè)機器人運動學(xué)相關(guān)

6、問題。教學(xué)內(nèi)容：3-1：點向量和平面的描述。3-2：相對變換和一般性旋轉(zhuǎn)變換方法、逆變換和物體的描述。3-3：擴展變換及其方程 。重點：工業(yè)機器人運動學(xué)相關(guān)問題的求解。難點：工業(yè)機器人運動學(xué)相關(guān)問題的求解。知識單元四： 機器人動力學(xué) 支撐學(xué)習(xí)目標(biāo)1、2（建議6學(xué)時）教與學(xué)要求：能利用機器人相關(guān)數(shù)學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)知識，求解工業(yè)機器人動力學(xué)相關(guān)問題。教學(xué)內(nèi)容：4-1：雅克比描述與速度分析。 4-2：雅克比力計算、歐拉方程。4-3：機器人動態(tài)特性。重點：工業(yè)機器人動力學(xué)相關(guān)問題的求解。難點：工業(yè)機器人動力學(xué)相關(guān)問題的求解。知識單元五： 機器人軌跡規(guī)劃 支撐學(xué)習(xí)目標(biāo)1、2（建議6學(xué)時）教與學(xué)要求：能夠解釋

7、機器人軌跡的概念、軌跡規(guī)劃的一般性問題及軌跡的生成方式，能夠解決軌跡規(guī)劃涉及的主要問題、插補方式分類、機器人軌跡控制過程、軌跡插值計算等問題。教學(xué)內(nèi)容：5-1：機器人軌跡與軌跡生成。 5-2：軌跡插補與控制方程。5-3：軌跡插值計算 。重點：機器人軌跡規(guī)劃；機器人軌跡控制。難點：機器人軌跡插補與控制方程。知識單元六： 機器人控制 支撐學(xué)習(xí)目標(biāo)1、2（建議4學(xué)時）教與學(xué)要求：能夠陳述工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的特點，解釋工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的主要功能和工業(yè)機器人的控制方式，能夠分析機械手控制方法與誤差，并能夠進行多連桿機械手控制與伺服參數(shù)的計算。教學(xué)內(nèi)容：6-1：機械手控制方法與誤差 。6-2：多連桿機械

8、手控制與伺服參數(shù)計算 。重點：工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的控制方式；多連桿機械手控制與伺服參數(shù)的計算。難點：多連桿機械手控制與伺服參數(shù)的計算。知識單元七： 機器人編程 支撐學(xué)習(xí)目標(biāo)1（建議4學(xué)時）教與學(xué)要求：能夠針對實例，熟練操作機器人的示教編程與離線編程。能夠舉例說明工業(yè)機器人系統(tǒng)集成與典型應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容：7-1：機器人編程語言分類 7-2：編程語言組成及基本功能7-3：編程語言介紹 重點：機器人的示教編程與離線編程。難點：機器人的示教編程與離線編程。知識單元八： 工業(yè)機器人的應(yīng)用 支撐學(xué)習(xí)目標(biāo)1、3（建議8學(xué)時）教與學(xué)要求：能夠舉例說明工業(yè)機器人在搬運、碼垛、焊接、噴涂、裝配等行業(yè)的應(yīng)用；能夠闡述

9、搬運機器人、碼垛機器人、焊接機器人、噴涂機器人、裝配機器人的系統(tǒng)組成和功能、作業(yè)示教的基本流程、周邊設(shè)備與布局。教學(xué)內(nèi)容：8-1：搬運機器人及其操作應(yīng)用8-2：碼垛機器人及其操作應(yīng)用8-3：焊接機器人及其操作應(yīng)用8-4：涂裝機器人及其操作應(yīng)用8-5：裝配機器人及其操作應(yīng)用重點：搬運機器人、碼垛機器人、焊接機器人、噴涂機器人、裝配機器人的系統(tǒng)組成；周邊設(shè)備與布局。難點：搬運機器人、碼垛機器人、焊接機器人、噴涂機器人、裝配機器人的系統(tǒng)組成。（二）學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容學(xué)時課堂教學(xué)學(xué)時自主學(xué)習(xí)教與學(xué)方式、方法講授實驗上機作業(yè)閱讀訓(xùn)練知識單元12244互動、案例式教學(xué)，閱讀，多媒體課件知識單元2862講授、

10、案例式教學(xué)，實驗，多媒體課件知識單元38844講授、案例式教學(xué)，多媒體課件知識單元466 44講授、案例式教學(xué)，多媒體課件知識單元56644講授、案例式教學(xué)，多媒體課件知識單元644講授、案例式教學(xué)，多媒體課件知識單元7441講授、案例式教學(xué)，實驗，多媒體課件知識單元8108144講授、案例式教學(xué)，實驗，閱讀，多媒體課件學(xué)時合計4844420128實踐教學(xué)環(huán)節(jié)實驗?zāi)康模和ㄟ^實驗，理解不同結(jié)構(gòu)機器人的結(jié)構(gòu)組成及其特點，能夠分析工業(yè)機器人系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中的解決方案。序號實驗名稱實驗?zāi)康闹饕獌?nèi)容實驗學(xué)時實驗類型開出要求1工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)和運動基礎(chǔ)1.掌握工業(yè)機器人的組成及工作原理，加深對機電一體化系

11、統(tǒng)的理解；2.理解工業(yè)機器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、幾何結(jié)構(gòu)、坐標(biāo)類型和運動控制原理；3.掌握DH坐標(biāo)系的建立方法。用實物講述機器人的具體結(jié)構(gòu)以及如何運動，并分析其原理，并能夠建立DH坐標(biāo)系。2驗證必做2工業(yè)機器人搬運、碼垛操作實訓(xùn)1.掌握工業(yè)機器人示教編程方法及基本操作；2.理解工業(yè)機器人搬運碼垛基本原理及編程；3.了解工業(yè)機器人生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用現(xiàn)狀。分析工業(yè)機器人系統(tǒng)的組成、工作原理，實踐操作搬運機器人。2驗證必做六、成績構(gòu)成和評價方法（一）考核方式說明1. 以試卷、實驗、閱讀筆記、作業(yè)等形式考核。2. 采用閉卷考試，課程成績組成：試卷占總成績70%，實驗總成績10%，閱讀筆記占總成績10%，作業(yè)占總成績

12、10%。（二）考核權(quán)重分配 考核方式及權(quán)重教學(xué)內(nèi)容考試作業(yè)閱讀筆記實驗備注70%10%10%10%知識單元1知識單元2知識單元3知識單元4知識單元5知識單元6知識單元7知識單元8七、成績評價標(biāo)準(zhǔn)1.平時成績評價標(biāo)準(zhǔn)（1）作業(yè)成績評價標(biāo)準(zhǔn)基本要求評價標(biāo)準(zhǔn)完成情況得分課程目標(biāo)1：掌握機器人基本結(jié)構(gòu)、機器人運動學(xué)及動力學(xué)、機器人軌跡規(guī)劃、機器人控制等工業(yè)機器人相關(guān)專業(yè)知識，并能夠?qū)⑾嚓P(guān)專業(yè)知識和數(shù)學(xué)模型方法應(yīng)用于工業(yè)機器人設(shè)計方案的比較與綜合。畢業(yè)要求指標(biāo)點：1-4能準(zhǔn)確運用機器人運動學(xué)及動力學(xué)、機器人軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)知識解答機器人設(shè)計方案相關(guān)的問題；公式準(zhǔn)確，計算步驟完整，結(jié)果準(zhǔn)確；準(zhǔn)時上交；作業(yè)整

13、潔規(guī)范。90100能較準(zhǔn)確運用機器人運動學(xué)及動力學(xué)、機器人軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)知識解答機器人設(shè)計方案相關(guān)的問題；公式準(zhǔn)確，計算步驟完整，結(jié)果較確；準(zhǔn)時上交；作業(yè)整潔規(guī)范。8089能基本準(zhǔn)確地運用機器人運動學(xué)及動力學(xué)、機器人軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)知識解答機器人設(shè)計方案相關(guān)的問題；公式準(zhǔn)確，計算步驟基本完整，結(jié)果基本正確；準(zhǔn)時上交；作業(yè)整潔規(guī)范性一般。7079能基本準(zhǔn)確地運用機器人運動學(xué)及動力學(xué)、機器人軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)知識解答機器人設(shè)計方案相關(guān)的問題；公式基本準(zhǔn)確，計算步驟基本完整，結(jié)果不完全正確；準(zhǔn)時上交；作業(yè)整潔規(guī)范性一般。6069不能準(zhǔn)確運用機器人運動學(xué)及動力學(xué)、機器人軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)知識解答機器人設(shè)計方案相

14、關(guān)的問題；公式錯誤較多，計算步驟不完整，結(jié)果不正確；未準(zhǔn)時上交；作業(yè)不規(guī)范。059（2）閱讀筆記成績評價標(biāo)準(zhǔn)基本要求評價標(biāo)準(zhǔn)完成情況得分課程目標(biāo)3：通過文獻研究或相關(guān)方法，調(diào)研和分析工業(yè)機器人系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中的解決方案。畢業(yè)要求指標(biāo)點4-1題目和內(nèi)容貼切，層次清楚，重點突出，有個人觀點。表述的術(shù)語和概念充分、嚴(yán)謹(jǐn)、正確。頁面整潔規(guī)范，內(nèi)容沒有雷同，準(zhǔn)時上交。90100題目和內(nèi)容較貼切，層次較清楚，有重點，有個人觀點。表述的術(shù)語和概念較充分、正確。頁面較整潔，內(nèi)容沒有雷同，準(zhǔn)時上交。8089題目和內(nèi)容基本貼切，層次較清楚，有重點，有較少個人觀點。表述的術(shù)語和概念較充分、正確。頁面基本整潔規(guī)范，內(nèi)

15、容雷同較少，準(zhǔn)時上交。7079題目和內(nèi)容基本貼切，層次不太清楚，重點不突出，有較少個人觀點。表述的術(shù)語和概念個別有誤。頁面整潔規(guī)范性一般，內(nèi)容有部分雷同，準(zhǔn)時上交。6069題目和內(nèi)容不貼切，層次不清楚，重點不突出，沒有個人觀點。表述的術(shù)語和概念錯誤較多。頁面整潔規(guī)范性差，內(nèi)容雷同，未準(zhǔn)時上交。059（3）實驗成績評價標(biāo)準(zhǔn)（具體評價標(biāo)準(zhǔn)見機械精度設(shè)計與檢測實驗報告）基本要求評價標(biāo)準(zhǔn)完成情況得分課程目標(biāo)3：通過文獻研究或相關(guān)方法，調(diào)研和分析工業(yè)機器人系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中的解決方案。畢業(yè)要求指標(biāo)點4-1能夠根據(jù)實驗要求，規(guī)范、準(zhǔn)確地完成實驗；通過查閱文獻，對實驗過程中涉及到的機器人結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、工業(yè)應(yīng)

16、用等領(lǐng)域有全面的理解；實驗報告撰寫認(rèn)真，內(nèi)容準(zhǔn)確。90100能夠根據(jù)實驗要求，較規(guī)范、準(zhǔn)確地完成實驗；通過查閱文獻，對實驗過程中涉及到的機器人結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域有較全面的理解；實驗報告撰寫認(rèn)真，內(nèi)容較準(zhǔn)確。8089能夠根據(jù)實驗要求，基本規(guī)范、準(zhǔn)確地完成實驗；通過查閱文獻，對實驗過程中涉及到的機器人結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域有基本的理解；實驗報告撰寫認(rèn)真，內(nèi)容基本準(zhǔn)確。7079能夠根據(jù)實驗要求，基本規(guī)范、準(zhǔn)確地完成實驗；通過查閱文獻，對實驗過程中涉及到的機器人結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域有基本的理解；實驗報告撰寫質(zhì)量一般，內(nèi)容有部分錯誤。6069不能根據(jù)實驗要求，規(guī)范準(zhǔn)、確地完

17、成實驗；不認(rèn)真查閱文獻，對實驗過程中涉及到的機器人結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域不能理解或理解錯誤；實驗報告撰寫質(zhì)量較差，內(nèi)容錯誤較多。059期末考試評價與評分標(biāo)準(zhǔn)期末考試試卷的評分標(biāo)準(zhǔn)和評價標(biāo)準(zhǔn)的制定見下表，其中評價標(biāo)準(zhǔn)決定評分標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)制定的詳細(xì)評分標(biāo)準(zhǔn)見考試試卷“標(biāo)準(zhǔn)答案及評分標(biāo)準(zhǔn)”。基本要求評價標(biāo)準(zhǔn)知識掌握情況得分課程目標(biāo)1:掌握機器人基本結(jié)構(gòu)、機器人運動學(xué)及動力學(xué)、機器人軌跡規(guī)劃、機器人控制等工業(yè)機器人相關(guān)專業(yè)知識，并能夠?qū)⑾嚓P(guān)專業(yè)知識和數(shù)學(xué)模型方法應(yīng)用于工業(yè)機器人設(shè)計方案的比較與綜合。畢業(yè)要求指標(biāo)點1-4能準(zhǔn)確運用機器人運動學(xué)及動力學(xué)、機器人軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)知識解答機器人設(shè)計

18、方案相關(guān)的問題；公式準(zhǔn)確，計算步驟完整，結(jié)果準(zhǔn)確。90100能較準(zhǔn)確運用機器人運動學(xué)及動力學(xué)、機器人軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)知識解答機器人設(shè)計方案相關(guān)的問題；公式準(zhǔn)確，計算步驟完整，結(jié)果較準(zhǔn)確。8089能基本準(zhǔn)確地運用機器人運動學(xué)及動力學(xué)、機器人軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)知識解答機器人設(shè)計方案相關(guān)的問題；公式準(zhǔn)確，計算步驟基本完整，結(jié)果基本正確。7079能基本準(zhǔn)確地運用機器人運動學(xué)及動力學(xué)、機器人軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)知識解答機器人設(shè)計方案相關(guān)的問題；公式基本準(zhǔn)確，計算步驟基本完整，結(jié)果不完全正確。6069不能準(zhǔn)確運用機器人運動學(xué)及動力學(xué)、機器人軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)知識解答機器人設(shè)計方案相關(guān)的問題；公式錯誤較多，計算步驟不完整，

19、結(jié)果不正確。059課程目標(biāo)2:掌握機器人結(jié)構(gòu)、參數(shù)、控制等設(shè)計方法，提出滿足特定需求的機器人單機或系統(tǒng)的解決方案，具有追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識，主要是設(shè)備機器人化的思想。畢業(yè)要求指標(biāo)點 3-1 能準(zhǔn)確地掌握機器人結(jié)構(gòu)、參數(shù)、控制等設(shè)計方法，準(zhǔn)確地提出滿足特定需求的機器人單機或系統(tǒng)的解決方案。90100能較準(zhǔn)確地掌握機器人結(jié)構(gòu)、參數(shù)、控制等設(shè)計方法，較準(zhǔn)確地提出滿足特定需求的機器人單機或系統(tǒng)的解決方案。8089能基本準(zhǔn)確地掌握機器人結(jié)構(gòu)、參數(shù)、控制等設(shè)計方法，提出基本滿足特定需求的機器人單機或系統(tǒng)的解決方案。7079能基本準(zhǔn)確地準(zhǔn)確掌握機器人結(jié)構(gòu)、參數(shù)、控制等設(shè)計方法，提出基本滿足特定需求的機器人單機或系統(tǒng)的解決方案，但存在較大的改進空間。6069不能準(zhǔn)確地掌握機器人結(jié)構(gòu)、參數(shù)、控制等設(shè)計方法，不能提出滿足特定需求的機器人單機或系統(tǒng)的解決方案。059課程目標(biāo)3:通過文獻研究或相關(guān)方法，調(diào)研和分析工業(yè)機器人系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中的解決方案。畢業(yè)要求指標(biāo)點 4-1能準(zhǔn)確分析工業(yè)機器人系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中的解決方案。90100能較準(zhǔn)確分析工業(yè)機器人系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中的解決方案。8089能基本準(zhǔn)確分析工業(yè)機器人系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中的解決方案。7079能基本準(zhǔn)確分析工業(yè)