1、工業(yè)機(jī)器人課程教學(xué)大綱課程編號：0803701002課程名稱：工業(yè)機(jī)器人 英文名稱：Industrial Robot 課程類型：專業(yè)任選課總 學(xué) 時：32 講課學(xué)時：24 實驗學(xué)時：8學(xué)分：2適用對象：四年制機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)、四年制機(jī)械電子工程專業(yè)。先修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、工程制圖、機(jī)械工程材料、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、電子技術(shù)、電工技術(shù)、機(jī)械制造基礎(chǔ)、互換性與技術(shù)測量、液壓與氣壓傳動、機(jī)電傳動控制、單片機(jī)原理及應(yīng)用、自動控制原理等。一、課程性質(zhì)、目的和任務(wù) 工業(yè)機(jī)器人課程是機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)各專業(yè)方向的一門主要專業(yè)技術(shù)課，是一門多學(xué)科的綜合性技術(shù)，它涉

2、及自動控制、計算機(jī)、傳感器、人工智能、電子技術(shù)和機(jī)械工程等多學(xué)科的內(nèi)容。其目的是使學(xué)生了解工業(yè)機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)，了解和掌握工業(yè)機(jī)器人的基本知識，使學(xué)生對機(jī)器人及其控制系統(tǒng)有一個完整的理解。培養(yǎng)學(xué)生在機(jī)器人技術(shù)方面分析與解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生在機(jī)器人技術(shù)方面具有一定的動手能力，為畢業(yè)后從事專業(yè)工作打下必要的機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)。二、教學(xué)基本要求 本課程以機(jī)器人為研究對象，以工業(yè)機(jī)器人為重點。學(xué)完本課程應(yīng)達(dá)到以下基本要求： 1了解機(jī)器人的由來與發(fā)展、組成與技術(shù)參數(shù)，掌握機(jī)器人分類與應(yīng)用，對各類機(jī)器人有較系統(tǒng)地完整認(rèn)識。2了解機(jī)器人運動學(xué)、動力學(xué)的基本概念，能進(jìn)行簡單機(jī)器人的位姿分析和運動分析。3了解機(jī)

3、器人本體基本結(jié)構(gòu)，包括機(jī)身及臂部結(jié)構(gòu)、腕部及手部結(jié)構(gòu)、傳動及行走機(jī)構(gòu)等。4了解機(jī)器人軌跡規(guī)劃和關(guān)節(jié)插補(bǔ)的基本概念和特點。5了解機(jī)器人控制系統(tǒng)的構(gòu)成、編程語言與編程特點。6了解工業(yè)機(jī)器人工作站及生產(chǎn)線的基本組成和特點。7對操縱型機(jī)器人、智能機(jī)器人有一般的了解。三、教學(xué)內(nèi)容及要求 緒 論 0.1 概述 機(jī)器人的由來與發(fā)展 機(jī)器人的定義 機(jī)器人技術(shù)的研究領(lǐng)域與學(xué)科范圍0.2 機(jī)器人的分類 按機(jī)器人的開發(fā)內(nèi)容與應(yīng)用分類 按機(jī)器人的發(fā)展程度分類 按機(jī)器人的性能指標(biāo)分類 按機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式分類 按坐標(biāo)形式分類 按控制方式分類 按驅(qū)動方式分類 按機(jī)器人工作時的機(jī)座可動性分類 0.3 機(jī)器人的應(yīng)用 工業(yè)機(jī)器人

4、的應(yīng)用 操縱型機(jī)器人的應(yīng)用 智能機(jī)器人的應(yīng)用0.4 機(jī)器人的組成與技術(shù)參數(shù) 機(jī)器人的基本組成 機(jī)器人主要技術(shù)參數(shù) MOTOMAN UP6型通用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)參數(shù) MOTOMAN EA1400型弧焊機(jī)器人技術(shù)參數(shù)第一章 機(jī)器人運動學(xué) 1.1 齊次坐標(biāo)與動系位姿矩陣 齊次坐標(biāo)1.1.2 動系的位姿表示1.2 齊次變換 旋轉(zhuǎn)的齊次變換 平移的齊次變換 復(fù)合變換 1.3 機(jī)器人的位姿分析桿件坐標(biāo)系的建立 連桿坐標(biāo)系間的變換矩陣 1.4 機(jī)器人正向運動學(xué) 斯坦福機(jī)器人運動方程 1.4.2 PUMA-560機(jī)器人運動學(xué)方程1.5 機(jī)器人逆向運動學(xué) 逆向運動學(xué)的解 逆向運動學(xué)求解實例第二章 機(jī)器人動力學(xué) 2

5、.1 機(jī)器人雅可比的定義2.2 機(jī)器人速度分析 第三章 機(jī)器人軌跡規(guī)劃3.1 機(jī)器人軌跡規(guī)劃概述 機(jī)器人軌跡的概念 軌跡規(guī)劃的一般性問題 軌跡的生成方式 軌跡規(guī)劃涉及的主要問題3.2 插補(bǔ)方式分類與軌跡控制 插補(bǔ)方式分類 機(jī)器人軌跡控制過程3.3 機(jī)器人軌跡插值計算 直線插補(bǔ) 圓弧插補(bǔ) 定時插補(bǔ)與定距插補(bǔ) 關(guān)節(jié)空間插補(bǔ)3.4 機(jī)器人手部路徑的軌跡規(guī)劃 操作對象的描述 作業(yè)的描述 第四章 機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu) 4.1 概述 機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)形式 機(jī)器人本體材料的選擇4.2 機(jī)身及臂部結(jié)構(gòu) 機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)基本形式和特點 機(jī)器人臂部結(jié)構(gòu)基本形式和特點 機(jī)器人的平穩(wěn)性和臂桿平衡方法4.3 腕部及手部

6、結(jié)構(gòu) 機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)基本形式和特點 機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)基本形式和特點4.4 傳動及行走機(jī)構(gòu) 機(jī)器人傳動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)基本形式和特點 機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)基本形式和特點第五章 機(jī)器人控制系統(tǒng) 5.1 機(jī)器人傳感器5.2 驅(qū)動與運動控制系統(tǒng)5.3 控制理論與算法第六章 機(jī)器人編程語言與離線編程 第七章 工業(yè)機(jī)器人工作站及生產(chǎn)線 7.1 焊接機(jī)器人7.2 搬運碼垛機(jī)器人7.3 噴涂機(jī)器人7.4 裝配機(jī)器人第八章 操縱型機(jī)器人簡介 第九章 智能機(jī)器人簡介 四、實踐環(huán)節(jié) （一）課內(nèi)實驗工業(yè)機(jī)器人實驗安排在課程內(nèi)，開設(shè)3個實驗：1慧魚機(jī)器人模型組裝綜合實驗 2學(xué)時2焊接機(jī)器人自動跟蹤系統(tǒng)認(rèn)知實驗 2學(xué)時3MOTOMA

7、N機(jī)器人焊槍動作與編程實驗 4學(xué)時（二）選作實驗1機(jī)器人關(guān)節(jié)控制與循環(huán)實驗；2慧魚機(jī)器人創(chuàng)新實驗。五、課外習(xí)題及課程討論 為達(dá)到本課程的教學(xué)基本要求，課外習(xí)題不應(yīng)少于8題。六、教學(xué)方法與手段 本課程采用板書與多媒體課件結(jié)合的方式進(jìn)行課堂教學(xué)。七、各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時分配 章節(jié)（或內(nèi)容）講課習(xí)題課討論課實驗其它合計緒論4機(jī)器人運動學(xué)、動力學(xué)5機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)6機(jī)器人軌跡規(guī)劃32 控制系統(tǒng)與編程語言32工業(yè)機(jī)器人、操縱型、智能機(jī)器人簡介34合 計24832八、考核方式 本課程為考核課程，期末考試可為閉卷筆試，也可為課程大作業(yè)。學(xué)生的課程總評成績由平時成績（占10%）、實驗成績占（占20%）和期末考試成績（

8、占70%）三部分構(gòu)成，平時成績?yōu)槌銮凇⒆鳂I(yè)、課堂測驗、學(xué)習(xí)主動性等。九、推薦教材和教學(xué)參考書 教 材：機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)，劉極峰主編，高等教育出版社，2006參考書：1.機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ). 熊有倫編.武漢：華中理工大學(xué)出版社,19962.工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程，余達(dá)太，馬香峰等著.北京：冶金工業(yè)出版社,19993.關(guān)節(jié)型機(jī)器人. 殷際英，何廣平編著.北京： 化工工業(yè)出版社,1994十、說明 任課教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)大綱的要求，認(rèn)真研究和精選教學(xué)內(nèi)容，組織好課堂教學(xué)及實踐環(huán)節(jié),確保教學(xué)大綱得以貫徹執(zhí)行。大綱制訂人：肖增文大綱審定人：劉極峰制訂日期：2010年5月工業(yè)機(jī)器人課程實驗教學(xué)大綱一、實驗教學(xué)目標(biāo)與基本要

9、求工業(yè)機(jī)器人課程實驗是工業(yè)機(jī)器人課程的實踐環(huán)節(jié)。它涉及自動控制、計算機(jī)、傳感器、人工智能、電子技術(shù)和機(jī)械工程等多種學(xué)科的內(nèi)容，是機(jī)電專業(yè)本科生的一門專業(yè)必修課程。通過該實驗課程使學(xué)生能更好地理解機(jī)器人運動控制的過程，對計算機(jī)控制系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)系統(tǒng)有完整的理解。旨在培養(yǎng)學(xué)生在工業(yè)機(jī)器人方面分析與解決問題的能力及學(xué)生在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用機(jī)器人的能力。二、本實驗課程的基本理論與實驗技術(shù)知識通過現(xiàn)場講解機(jī)器人的動力,傳動,機(jī)械結(jié)構(gòu),傳感器,伺服機(jī)構(gòu)的部分的作用,進(jìn)行機(jī)器人關(guān)節(jié)坐標(biāo)系及直角坐標(biāo)系下的運動演示。通過使用MOTOMAN-UP6型機(jī)器人的示教編程掌握機(jī)器人焊接和搬運的應(yīng)用。在編程處理機(jī)器人運動

10、過程中,分析機(jī)器人按預(yù)定的軌跡行走的控制原理。三、實驗方法、特點與基本要求在MOTOMAN-UP6型工業(yè)機(jī)器人上進(jìn)行機(jī)器人的結(jié)構(gòu)的了解，利用所學(xué)知識進(jìn)行運動及軌跡控制，掌握工業(yè)機(jī)器人的示教編程方法。四、實驗主要儀器設(shè)備MOTOMAM-UP6機(jī)器人、慧魚機(jī)器人五、實驗項目的設(shè)置與內(nèi)容提要序號實驗項目內(nèi) 容 提 要實驗學(xué)時實驗類型每組人數(shù)實驗要求1焊接機(jī)器人自動跟蹤系統(tǒng)認(rèn)知實驗熟悉并了解焊接機(jī)器人自動跟蹤系統(tǒng)組成及其及其原理。2驗證20必做2MOTOMAN機(jī)器人焊槍動作與編程實驗在機(jī)器人上進(jìn)行板材的自動焊接實驗4驗證10必做3慧魚機(jī)器人模型組裝綜合實驗熟悉并了解慧魚機(jī)器人實驗環(huán)境，掌握I/O接口的應(yīng)用及編程方法。2綜合6必做六、實驗報告要求實驗報告中要求寫出完整的操作步驟七、考核方式與成績評定標(biāo)準(zhǔn)每次實驗成績根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)、實驗操作、實驗報告的完成情況進(jìn)行評定。實驗成績：預(yù)習(xí)與考勤20%、操作40%、原始記錄與實驗報告40