工業(yè)機器人技術

《工業(yè)機器人技術》課程原則課程名稱：工業(yè)機器人技術合用專業(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容。其目的是使學生理解工業(yè)機器人的基本構造，理解和掌握工業(yè)機器人的基本知識，使學生對機器人及其控制系統(tǒng)有一種完整的理解，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含有一定的動手能力，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高等職業(yè)教育培養(yǎng)目的為根據，遵照“結合理論聯系實際，應知、應會”的原則，以拓展學生專業(yè)知識覆蓋面為重點；重視培養(yǎng)學生的專業(yè)思維能力。重點通過對主流工業(yè)機器人產品的解說，使學生對現在工業(yè)機器人的技術現狀有較為全方面的理解，對工業(yè)機器人技術的發(fā)展趨勢有一種明確的認識，為學生進入社會做前導；把創(chuàng)新素質的培養(yǎng)貫穿于教學中。采用行之有效的教學辦法，重視發(fā)展學生專業(yè)思維和專業(yè)應用能力，通過簡樸具體的實例進一步淺出地解說專業(yè)領域的知識。三、課程設計思路以點帶面，解說授課為主的教學方式。課程重要能夠分為機械、運動、控制、感覺等幾個部分，內容較多。課堂教學上，我們使用重點突破的辦法，解說一種或者兩個典型的實例，讓學生觸類旁通，舉一反三，從而帶動整個知識面的學習。我們讓學生聯系已學各門科目的知識點，達成溫故知新的目的。由于涉及的已學課程較多，學生由于基礎單薄，前面課程的遺忘率不容無視，因此在解說的過程中，對某些重要的知識點，我們還要做一種較為具體的闡明，從而能夠加強學生的知識儲藏，為本課程的學習掃清障礙。傳統(tǒng)的教學手段與當代教育技術手段靈活運用：板書、實物模型、多媒體課件等。特別是在機械部分，考慮到學生的立體思維能力較為單薄，多媒體和實物模型的使用能更加好地協助學生理解工業(yè)機器人各部分的工作原理。第二部分課程目的一、課程目的《工業(yè)機器人技術》是一門培養(yǎng)學生含有機器人設計和使用方面基礎知識的專業(yè)課，本課程重要研究機器人的構造設計與基本理論。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。本課程的重要目的是培養(yǎng)學生四個方面的能力：1、掌握工業(yè)機器人運動系統(tǒng)設計辦法，含有進行總體設計的能力；2、掌握工業(yè)機器人整體性能、重要部件性能的分析辦法；3、掌握工業(yè)機器人慣用的控制理論與辦法，含有進行工業(yè)機器人控制系統(tǒng)設計的能力；4、理解工業(yè)機器人的新理論，新辦法及發(fā)展趨向。二、職業(yè)能力目的（一）、知識目的1．理解機器人的由來與發(fā)展、構成與技術參數，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．理解機器人運動學、動力學的基本概念，能進行簡樸機器人的位姿分析和運動分析。3．理解機器人本體基本構造，涉及機身及臂部構造、腕部及手部構造、傳動及行走機構等。4．理解機器人軌跡規(guī)劃和關節(jié)插補的基本概念和特點。5．理解機器人控制系統(tǒng)的構成、編程語言與編程特點。6．理解工業(yè)機器人工作站及生產線的基本構成和特點。7．對操縱型機器人、智能機器人有普通的理解。（二）、能力目的《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妝置，它不是機械、電子的簡樸組合，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種全方面、進一步的認識，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，并對應的掌握某些實用工業(yè)機器人控制及規(guī)劃和編程辦法。（三）、素質目的本課程系統(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，涉及工業(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)的總體設計辦法有初步理解。第三部分課程內容設計一、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、研究領域和學科范疇；一體化教學41.2工業(yè)機器人的分類和應用以及重要技術參數；一體化教學2.機器人本體的機械構造2.1工業(yè)機器人的外形構造與運動；一體化教學62.2機身機構，臂部機構，驅動機構，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規(guī)定；一體化教學3.工業(yè)機器人的驅動辦法3.1工業(yè)機器人的液壓驅動和氣壓驅動；一體化教學63.2直流伺服電動機驅動；一體化教學3.3步進電機和交流伺服電機驅動；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，簡樸的連桿坐標系變換矩陣；一體化教學45.2典型機器人運動學正問題解，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)的硬件構造及接口；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規(guī)定，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)，機器人的靠近覺傳感器，機器人的觸覺、力覺和壓覺傳感器。一體化教學總學時32二、項目內容及實施涉及項目及子項目名稱、學時、學習目的、學習內容、教學辦法和建議、工具與媒體、學生已有基礎、教師所需執(zhí)教能力規(guī)定。項目編號能力訓練、項目名稱知識內容及規(guī)定技能內容及規(guī)定訓練方式手段及環(huán)節(jié)項目一工業(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、研究領域和學科范疇；1.2工業(yè)機器人的分類和應用以及重要技術參數；1.理解機器人的發(fā)展歷史；2.掌握工業(yè)機器人的技術參數；3.能通過銘牌理解機器人的功效。項目驅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構造2.1工業(yè)機器人的外形構造與運動；2.2機身機構，臂部機構，驅動機構，手部機構和行走機構；2.3工業(yè)機器人機械設計的基本規(guī)定；1.理解機器人的概念和分類；2.掌握機器人本體的機械構造的構成，機器人的外形構造與運動、機身和臂部機構、驅動機構；3.理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規(guī)定；項目驅動法多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)機器人的驅動辦法3.1工業(yè)機器人的液壓驅動和氣壓驅動；3.2直流伺服電動機驅動；3.3步進電機和交流伺服電機驅動；掌握機器人的交流電動機驅動、直流電動機驅動、液壓驅動和氣壓驅動辦法；項目驅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辦法；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，簡樸的連桿坐標系變換矩陣；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、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辦法；3.掌握機器人運動學分析的D-H辦法；4.理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.理解機器人運動學逆解的基本辦法；項目驅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)的硬件構造及接口；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；3.理解多關節(jié)機器人的控制原理；項目驅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規(guī)定，位置和位移傳感器7.2機器人的視覺傳感系統(tǒng)，機器人的靠近覺傳感器，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)、靠近覺傳感器、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.考核內容參看第三部分知識內容及規(guī)定。2.考核辦法本課程的成績評定由平時成績（40%）和考試成績（60%）兩部分構成。平時成績涉及出勤、討論課成績和作業(yè)成績3部分。每項具體評分原則以下：1．出勤及討論課成績滿分為20分，出勤成績=出勤次數/統(tǒng)計次數×10，出勤次數由課前學生簽名為根據，統(tǒng)計次數為學生出勤考核總次數。討論課成績10分，由討論課后提交的報告狀況評分。2．作業(yè)成績滿分為20分，平時作業(yè)最后成績=累計作業(yè)成績/作業(yè)次數，每次作業(yè)成績根據學生提交作業(yè)的對的狀況評分，每次作業(yè)成績按滿分20分打分，雷同記0分，平時作業(yè)最后成績?yōu)槔塾嬜鳂I(yè)成績的平均成績。3．試卷成績滿分為60分，試卷成績根據學生考試試卷按照原則答案評分。（二）、對教師的評價按照學校有關規(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，提高學生的學習愛好。2.本課程的教學核心是現場教學，“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)規(guī)定，創(chuàng)設工作情境，強化實際操作訓練；要緊密結合職業(yè)技能證書的考核，在實操訓練中，使學生掌握有關的工業(yè)機器人構造知識。4.在教學過程中，盡量多的采用實物教學、多媒體教學、現場教學模式。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愛好，從而提高學生的學習主動性和主動性。7.教師應含有雙師型工作能力，含有與課程內容有關的工業(yè)機器人維修能力，邊操作、邊演示、邊解說。三、評價建議1.改革考核手段和辦法，加強實踐環(huán)節(jié)的考核，可采用過程考核和成果考核相結合的考核辦法。2.結合課堂提問、學生作業(yè)，平時測驗、實驗實訓、及考試狀況，綜合評定學生的成績。3.應重視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)新的學生應特別予以激勵，綜合評價學生的能力。四、課程資源的開發(fā)與運用1.重視實訓指導書和實訓原則的開發(fā)和應用。2.慣用課程資源的開發(fā)和運用。運用多媒體軟件、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)學生的學習愛好，增進學生對知識的理解和掌握。建議加強慣用課程資源的開發(fā)，簡歷多媒體課程資源的數據庫，努力實現跨學校多媒體資源的共享，以提高資源運用效率。3.主動開發(fā)和運用網絡課程資源。從分運用網絡信息資源，使教學媒體從單一媒體向多個媒體轉變。4.發(fā)明一體化教學設備條件。含有進行多媒體教學和現場教學的專業(yè)教室；含有工業(yè)機器人維修、檢測級故障診療所必需的實訓設備和場合。5.產學合作開發(fā)實驗實訓課程資源。充足運用各維修公司的資源，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運用。最大程度地運用開放式實訓基地，進行實驗實訓、現場教學，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，提高學生的學習愛好，加深學生對于汽車發(fā)動機構造的認識。2.對于涉及本專業(yè)崗位的實踐活動，教材應以崗位的操作規(guī)程為基準，并將其納入其中。3.教材內容應不停拓展。將工業(yè)機器人的新技術、新構造、新材料、新工藝及時地納入教材，以滿足工業(yè)機器人維修業(yè)不停發(fā)展的實際需要。4.建議為教材配備專門的多媒體光盤，