工業(yè)機器人技術

1、工業(yè)機器人技術課程標準課程名稱：工業(yè)機器人技術適用專業(yè)：機電一體化技術、電氣自動化技術教學模式：課堂教學總 學 時：32實踐學時：16第一部分 前 言一、課程性質(zhì)工業(yè)機器人課程是機電一體化各專業(yè)方向的一門專業(yè)技術課，是一門多學科的綜合性技術，它涉及自動控制、計算機、傳感器、人工智能、電子技術和機械工程等多學科的內(nèi)容。其目的是使學生了解工業(yè)機器人的基本結(jié)構，了解和掌握工業(yè)機器人的基本知識，使學生對機器人及其控制系統(tǒng)有一個完整的理解，培養(yǎng)學生在機器人技術方面分析與解決問題的能力，培養(yǎng)學生在機器人技術方面具有一定的動手能力，為畢業(yè)后從事專業(yè)工作打下必要的機器人技術基礎。二、課程設計理念本課程的教學以

2、高等職業(yè)教育培養(yǎng)目標為依據(jù)，遵循“結(jié)合理論聯(lián)系實際，應知、應會”的原則，以拓展學生專業(yè)知識覆蓋面為重點；注重培養(yǎng)學生的專業(yè)思維能力。重點通過對主流工業(yè)機器人產(chǎn)品的講解，使學生對當前工業(yè)機器人的技術現(xiàn)狀有較為全面的了解，對工業(yè)機器人技術的發(fā)展趨勢有一個明確的認識，為學生進入社會做前導；把創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)貫穿于教學中。采用行之有效的教學方法，注重發(fā)展學生專業(yè)思維和專業(yè)應用能力，通過簡單具體的實例深入淺出地講解專業(yè)領域的知識。三、課程設計思路以點帶面，講解授課為主的教學方式。課程主要可以分為機械、運動、控制、感覺等幾個部分，內(nèi)容較多。課堂教學上，我們使用重點突破的方法，講解一個或者兩個典型的實例，讓學

3、生觸類旁通，舉一反三，從而帶動整個知識面的學習。我們讓學生聯(lián)系已學各門科目的知識點，達到溫故知新的目的。由于涉及的已學課程較多，學生由于基礎薄弱，前面課程的遺忘率不容忽視，所以在講解的過程中，對一些重要的知識點，我們還要做一個較為詳細的說明，從而可以加強學生的知識儲備，為本課程的學習掃清障礙。傳統(tǒng)的教學手段與現(xiàn)代教育技術手段靈活運用：板書、實物模型、多媒體課件等。尤其是在機械部分，考慮到學生的立體思維能力較為薄弱，多媒體和實物模型的使用能更好地幫助學生理解工業(yè)機器人各部分的工作原理。第二部分 課程目標一、課程目標工業(yè)機器人技術是一門培養(yǎng)學生具有機器人設計和使用方面基礎知識的專業(yè)課，本課程主要研

4、究機器人的結(jié)構設計與基本理論。通過本課程的學習，使學生掌握工業(yè)機器人基本概念、機器人運動學理論、工業(yè)機器人機械系統(tǒng)設計、工業(yè)機器人控制等方面的知識。本課程的主要目標是培養(yǎng)學生四個方面的能力： 1、掌握工業(yè)機器人運動系統(tǒng)設計方法，具有進行總體設計的能力； 2、掌握工業(yè)機器人整體性能、主要部件性能的分析方法； 3、掌握工業(yè)機器人常用的控制理論與方法，具有進行工業(yè)機器人控制系統(tǒng)設計的能力； 4、了解工業(yè)機器人的新理論，新方法及發(fā)展趨向。二、職業(yè)能力目標（一）、知識目標1了解機器人的由來與發(fā)展、組成與技術參數(shù)，掌握機器人分類與應用，對各類機器人有較系統(tǒng)地完整認識。2了解機器人運動學、動力學的基本概念，

5、能進行簡單機器人的位姿分析和運動分析。3了解機器人本體基本結(jié)構，包括機身及臂部結(jié)構、腕部及手部結(jié)構、傳動及行走機構等。4了解機器人軌跡規(guī)劃和關節(jié)插補的基本概念和特點。5了解機器人控制系統(tǒng)的構成、編程語言與編程特點。6了解工業(yè)機器人工作站及生產(chǎn)線的基本組成和特點。7對操縱型機器人、智能機器人有一般的了解。（二）、能力目標工業(yè)機器人是機電系專業(yè)課，通過本課程的學習，能使學生掌握機器人機構設計、運動分析、控制和使用的技術要點和基礎理論。機器人是典型的機電一體化裝置，它不是機械、電子的簡單組合，而是機械、電子、控制、檢測、通信和計算機的有機融合，通過這門課的學習，使學生對機器人有一個全面、深入的認識，

6、培養(yǎng)學生綜合運用所學基礎理論和專業(yè)知識進行創(chuàng)新設計的能力，并相應的掌握一些實用工業(yè)機器人控制及規(guī)劃和編程方法。（三）、素質(zhì)目標本課程系統(tǒng)地介紹了機器人設計、控制、編程和使用的理論基礎和技術要點，包括工業(yè)機器人的一 般概論，機器人運動學，靜力/動力學分析，工業(yè)機器人機械系統(tǒng)設計，工業(yè)機器人的控制和工業(yè)機器人的應用等內(nèi)容。通過課程學習，使學生掌握工業(yè)機器人的基本原理、基礎知識，對工業(yè)機器人機械系統(tǒng)的總體設計方法有初步了解。第三部分 課程內(nèi)容設計一、課程項目設計機電一體化技術項目設計項目名稱子項目名稱教學模式學時1.工業(yè)機器人概述1.1理解工業(yè)機器人的由來和發(fā)展、定義、研究領域和學科范圍；一體化教學

7、41.2工業(yè)機器人的分類和應用以及主要技術參數(shù)；一體化教學2.機器人本體的機械結(jié)構2.1工業(yè)機器人的外形結(jié)構與運動；一體化教學62.2機身機構，臂部機構，驅(qū)動機構，手部機構和行走機構；一體化教學2.3工業(yè)機器人機械設計的基本要求；一體化教學3.工業(yè)機器人的驅(qū)動方法3.1工業(yè)機器人的液壓驅(qū)動和氣壓驅(qū)動；一體化教學63.2直流伺服電動機驅(qū)動；一體化教學3.3 步進電機和交流伺服電機驅(qū)動；一體化教學4.工業(yè)機器人的位置姿態(tài)描述4.1齊次坐標、齊次變換；一體化教學44.2變換方程的建立；一體化教學5.工業(yè)機器人的運動學5.1連桿坐標系和連桿參數(shù)，簡單的連桿坐標系變換矩陣；一體化教學45.2典型機器人運

8、動學正問題解，機器人運動學逆解；一體化教學6.工業(yè)機器人的控制6.1工業(yè)機器人控制概述，單關節(jié)機器人控制建模與控制系統(tǒng)；一體化教學46.2多關節(jié)機器人的控制，機器人控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構及接口；一體化教學7.工業(yè)機器人的感覺系統(tǒng)7.1機器人傳感器的選擇要求，位置和位移傳感器一體化教學47.2機器人的視覺傳感系統(tǒng)，機器人的接近覺傳感器，機器人的觸覺、力覺和壓覺傳感器。一體化教學總學時32二、項目內(nèi)容及實施包括項目及子項目名稱、學時、學習目標、學習內(nèi)容、教學方法和建議、工具與媒體、學生已有基礎、教師所需執(zhí)教能力要求。項目編號能力訓練、項目名稱知識內(nèi)容及要求技能內(nèi)容及要求訓練方式手段及步驟項目一工業(yè)機器

9、人概述1.1理解工業(yè)機器人的由來和發(fā)展、定義、研究領域和學科范圍；1.2工業(yè)機器人的分類和應用以及主要技術參數(shù)；1. 了解機器人的發(fā)展歷史；2. 掌握工業(yè)機器人的技術參數(shù)；3. 能通過銘牌了解機器人的功能。項目驅(qū)動法多媒體講授法師生互動法學生討論法項目二機器人本體的機械結(jié)構2.1工業(yè)機器人的外形結(jié)構與運動；2.2機身機構，臂部機構，驅(qū)動機構，手部機構和行走機構；2.3工業(yè)機器人機械設計的基本要求；1. 理解機器人的概念和分類； 2. 掌握機器人本體的機械結(jié)構的組成，機器人的外形結(jié)構與運動、機身和臂部機構、驅(qū)動機構；3. 了解機器人的手部機構、行走機構；理解機器人機械設計的基本要求；項目驅(qū)動法多

10、媒體講授法師生互動法學生討論法動手操作法頭腦風暴法提問引導巡回指導法項目三工業(yè)機器人的驅(qū)動方法3.1工業(yè)機器人的液壓驅(qū)動和氣壓驅(qū)動；3.2直流伺服電動機驅(qū)動；3.3步進電機和交流伺服電機驅(qū)動；掌握機器人的交流電動機驅(qū)動、直流電動機驅(qū)動、液壓驅(qū)動和氣壓驅(qū)動方法；項目驅(qū)動法多媒體講授法師生互動法學生討論法項目四工業(yè)機器人的位置姿態(tài)描述4.1齊次坐標、齊次變換；4.2變換方程的建立；1. 理解齊次坐標、齊次變換的概念，學會變換方程的建立方法；2. 掌握機器人位置與姿態(tài)矩陣的定義、幾何意義； 項目驅(qū)動法多媒體講授法師生互動法學生討論法項目五工業(yè)機器人的運動學5.1連桿坐標系和連桿參數(shù)，簡單的連桿坐標系

11、變換矩陣；5.2典型機器人運動學正問題解，機器人運動學逆解；1. 重點理解連桿坐標系、連桿參數(shù)、機器人連桿坐標系變換矩陣、雅可比矩陣的概念； 2. 學會典型機器人的運動學正問題求解方法； 3. 掌握機器人運動學分析的D-H方法；4. 了解雅可比矩陣的定義、物理意義、學習矢量積法構造雅可比矩陣的基本原理；5. 了解機器人運動學逆解的基本方法；項目驅(qū)動法多媒體講授法師生互動法學生討論法項目六工業(yè)機器人的控制6.1工業(yè)機器人控制概述，單關節(jié)機器人控制建模與控制系統(tǒng)；6.2多關節(jié)機器人的控制，機器人控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構及接口；1. 掌握工業(yè)機器人的控制方式； 2. 掌握單關節(jié)機器人控制建模與控制原理；

12、3. 理解多關節(jié)機器人的控制原理；項目驅(qū)動法多媒體講授法師生互動法學生討論法項目七工業(yè)機器人的感覺系統(tǒng)7.1機器人傳感器的選擇要求，位置和位移傳感器7.2機器人的視覺傳感系統(tǒng)，機器人的接近覺傳感器，機器人的觸覺、力覺和壓覺傳感器。掌握機器人位置和位移傳感器、視覺傳感系統(tǒng)、接近覺傳感器、觸覺傳感器、力覺傳感器和壓覺傳感器的基本型式。項目驅(qū)動法多媒體講授法師生互動法學生討論法第四部分 實施建議與教學改革一、教學評價與考核方式（一）、對學生的評價1.考核內(nèi)容參看第三部分知識內(nèi)容及要求。2.考核方法本課程的成績評定由平時成績（40%）和考試成績（60%）兩部分組成。平時成績包括出勤、討論課成績和作業(yè)成

13、績3部分。每項具體評分標準如下：1出勤及討論課成績滿分為20分，出勤成績=出勤次數(shù)/統(tǒng)計次數(shù)×10，出勤次數(shù)由課前學生簽名為依據(jù)，統(tǒng)計次數(shù)為學生出勤考核總次數(shù)。討論課成績10分，由討論課后提交的報告情況評分。 2作業(yè)成績滿分為20分，平時作業(yè)最終成績=累計作業(yè)成績/作業(yè)次數(shù)，每次作業(yè)成績依據(jù)學生提交作業(yè)的正確情況評分，每次作業(yè)成績按滿分20分打分，雷同記0分，平時作業(yè)最終成績?yōu)槔塾嬜鳂I(yè)成績的平均成績。3試卷成績滿分為60分，試卷成績依據(jù)學生考試試卷按照標準答案評分。（二）、對教師的評價按照學校相關規(guī)定進行。（三）、對課程體系的評價按照課程建設工作條例評價。二、教學建議1.本課程在教學

14、活動中，應立足于加強學生實際操作能力的培養(yǎng)，采用項目教學，提高學生的學習興趣。2.本課程的教學關鍵是現(xiàn)場教學，“教”與“學”互動，教師示范，學生操作，學生提問，教師解答、指導。3.在教學過程中，按照職業(yè)要求，創(chuàng)設工作情境，強化實際操作訓練；要緊密結(jié)合職業(yè)技能證書的考核，在實操訓練中，使學生掌握相關的工業(yè)機器人結(jié)構知識。4.在教學過程中，盡可能多的采用實物教學、多媒體教學、現(xiàn)場教學模式。5.盡量采用小班化教學，利于理論與實踐一體化教學。6.教師應因材施教，著力培養(yǎng)學生對本課程的學習興趣，從而提高學生的學習主動性和積極性。7.教師應具有雙師型工作能力，具有與課程內(nèi)容相關的工業(yè)機器人維修能力，邊操作

15、、邊演示、邊講解。三、評價建議1.改革考核手段和方法，加強實踐環(huán)節(jié)的考核，可采用過程考核和結(jié)果考核相結(jié)合的考核方法。2.結(jié)合課堂提問、學生作業(yè)，平時測驗、實驗實訓、及考試情況，綜合評定學生的成績。3.應注重對學生動手能力和在實踐中分析問題、解決問題能力的考核。對在學習和應用上有創(chuàng)新的學生應特別給予鼓勵，綜合評價學生的能力。 四、課程資源的開發(fā)與利用1.注重實訓指導書和實訓標準的開發(fā)和應用。2.常用課程資源的開發(fā)和利用。利用多媒體軟件、電子教案、工業(yè)機器人各系統(tǒng)總成實物以及示教臺架等課程資源創(chuàng)設生動形象的教學情境，激發(fā)學生的學習興趣，促進學生對知識的理解和掌握。建議加強常用課程資源的開發(fā)，簡歷多

16、媒體課程資源的數(shù)據(jù)庫，努力實現(xiàn)跨學校多媒體資源的共享，以提高資源利用效率。3.積極開發(fā)和利用網(wǎng)絡課程資源。從分利用網(wǎng)絡信息資源，使教學媒體從單一媒體向多種媒體轉(zhuǎn)變。4.創(chuàng)造一體化教學設備條件。具備進行多媒體教學和現(xiàn)場教學的專業(yè)教室；具備工業(yè)機器人維修、檢測級故障診斷所必需的實訓設備和場所。5.產(chǎn)學合作開發(fā)實驗實訓課程資源。充分利用各維修企業(yè)的資源，進行校企合作，建立實訓基地，滿足學生的實訓需求，在此過程中進行實訓課程資源開發(fā)，同時為學生提供就業(yè)機會，開辟就業(yè)渠道。6.開放式實驗實訓中心的利用。最大程度地利用開放式實訓基地，進行實驗實訓、現(xiàn)場教學，滿足學生職業(yè)能力培養(yǎng)的需求。五、教材的編寫與使用建議1.教材應圖文并茂，提高學生的學習興趣，加深學生對于汽車發(fā)動機結(jié)構的認識。2.對于涉及本專業(yè)崗位的實踐活