《工业机器人》课程教学大纲

《工业机器人》课程教学大纲课程编号：0803701002课程名称：工业机器人英文名称：IndustrialRobot课程类型：专业任选课总学时：32讲课学时：24实验学时：8学分：2适用对象：四年制机械设计制造及其自动化专业、四年制机械电子工程专业。先修课程：高等数学、线性代数、工程制图、机械工程材料、理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、电子技术、电工技术、机械制造基础、互换性与技术测量、液压与气压传动、机电传动控制、单片机原理及应用、自动控制原理等。一、课程性质、目的和任务工业机器人课程是机械设计制造及其自动化专业各专业方向的一门主要专业技术课，是一门多学科的综合性技术，它涉及自动控制、计算机、传感器、人工智能、电子技术和机械工程等多学科的内容。其目的是使学生了解工业机器人的基本结构，了解和掌握工业机器人的基本知识，使学生对机器人及其控制系统有一个完整的理解。培养学生在机器人技术方面分析与解决问题的能力，培养学生在机器人技术方面具有一定的动手能力，为毕业后从事专业工作打下必要的机器人技术基础。二、教学基本要求本课程以机器人为研究对象，以工业机器人为重点。学完本课程应达到以下基本要求：1．了解机器人的由来与发展、组成与技术参数，掌握机器人分类与应用，对各类机器人有较系统地完整认识。2．了解机器人运动学、动力学的基本概念，能进行简单机器人的位姿分析和运动分析。3．了解机器人本体基本结构，包括机身及臂部结构、腕部及手部结构、传动及行走机构等。4．了解机器人轨迹规划和关节插补的基本概念和特点。5．了解机器人控制系统的构成、编程语言与编程特点。6．了解工业机器人工作站及生产线的基本组成和特点。7．对操纵型机器人、智能机器人有一般的了解。三、教学内容及要求绪论0.1概述0.1.1机器人的由来与发展0.1.2机器人的定义0.1.3机器人技术的研究领域与学科范围0.2机器人的分类0.2.1按机器人的开发内容与应用分类0.2.2按机器人的发展程度分类0.2.3按机器人的性能指标分类0.2.4按机器人的结构形式分类0.2.5按坐标形式分类0.2.6按控制方式分类0.2.7按驱动方式分类0.2.8按机器人工作时的机座可动性分类0.3机器人的应用0.3.1工业机器人的应用0.3.2操纵型机器人的应用0.3.3智能机器人的应用0.4机器人的组成与技术参数0.4.1机器人的基本组成0.4.2机器人主要技术参数0.4.3MOTOMANUP6型通用工业机器人技术参数0.4.4MOTOMANEA1400型弧焊机器人技术参数第一章机器人运动学1.1齐次坐标与动系位姿矩阵1.1.1齐次坐标1.1.2动系的位姿表示1.2齐次变换1.2.1旋转的齐次变换1.2.2平移的齐次变换1.2.3复合变换1.3机器人的位姿分析1.3.1杆件坐标系的建立1.3.2连杆坐标系间的变换矩阵1.4机器人正向运动学1.4.1斯坦福机器人运动方程1.4.2PUMA-560机器人运动学方程1.5机器人逆向运动学1.5.1逆向运动学的解1.5.2逆向运动学求解实例第二章机器人动力学2.1机器人雅可比的定义2.2机器人速度分析第三章机器人轨迹规划3.1机器人轨迹规划概述3.1.1机器人轨迹的概念3.1.2轨迹规划的一般性问题3.1.3轨迹的生成方式3.1.4轨迹规划涉及的主要问题3.2插补方式分类与轨迹控制3.2.1插补方式分类3.2.2机器人轨迹控制过程3.3机器人轨迹插值计算3.3.1直线插补3.3.2圆弧插补3.3.3定时插补与定距插补3.3.4关节空间插补3.4机器人手部路径的轨迹规划3.4.1操作对象的描述3.4.2作业的描述第四章机器人本体基本结构4.1概述4.1.1机器人本体的基本结构形式4.1.2机器人本体材料的选择4.2机身及臂部结构4.2.1机器人机身结构基本形式和特点4.2.2机器人臂部结构基本形式和特点4.2.3机器人的平稳性和臂杆平衡方法4.3腕部及手部结构4.3.1机器人腕部结构基本形式和特点4.3.2机器人手部结构基本形式和特点4.4传动及行走机构4.4.1机器人传动机构结构基本形式和特点4.4.2机器人行走机构结构基本形式和特点第五章机器人控制系统5.1机器人传感器5.2驱动与运动控制系统5.3控制理论与算法第六章机器人编程语言与离线编程第七章工业机器人工作站及生产线7.1焊接机器人7.2搬运码垛机器人7.3喷涂机器人7.4装配机器人第八章操纵型机器人简介第九章智能机器人简介四、实践环节（一）课内实验工业机器人实验安排在课程内，开设3个实验：1．慧鱼机器人模型组装综合实验2学时2．焊接机器人自动跟踪系统认知实验2学时3．MOTOMAN机器人焊枪动作与编程实验4学时（二）选作实验1．机器人关节控制与循环实验；2．慧鱼机器人创新实验。五、课外习题及课程讨论为达到本课程的教学基本要求，课外习题不应少于8题。六、教学方法与手段本课程采用板书与多媒体课件结合的方式进行课堂教学。七、各教学环节学时分配章节（或内容）讲课习题课讨论课实验其它合计绪论4机器人运动学、动力学5机器人本体结构6机器人轨迹规划32控制系统与编程语言32工业机器人、操纵型、智能机器人简介34合计24832八、考核方式本课程为考核课程，期末考试可为闭卷笔试，也可为课程大作业。学生的课程总评成绩由平时成绩（占10%）、实验成绩占（占20%）和期末考试成绩（占70%）三部分构成，平时成绩为出勤、作业、课堂测验、学习主动性等。九、推荐教材和教学参考书教材：《机器人技术基础》，刘极峰主编，高等教育出版社，2006参考书：1.《机器人技术基础》.熊有伦编.武汉：华中理工大学出版社,19962.《工业机器人应用工程》，余达太，马香峰等著.北京：冶金工业出版社,19993.《关节型机器人》.殷际英，何广平编著.北京：化工工业出版社,1994十、说明任课教师应根据教学大纲的要求，认真研究和精选教学内容，组织好课堂教学及实践环节,确保教学大纲得以贯彻执行。大纲制订人：肖增文大纲审定人：刘极峰制订日期：2010年5月《工业机器人》课程实验教学大纲一、实验教学目标与基本要求《工业机器人》课程实验是《工业机器人》课程的实践环节。它涉及自动控制、计算机、传感器、人工智能、电子技术和机械工程等多种学科的内容，是机电专业本科生的一门专业必修课程。通过该实验课程使学生能更好地理解机器人运动控制的过程，对计算机控制系统和机器人技术系统有完整的理解。旨在培养学生在工业机器人方面分析与解决问题的能力及学生在工业控制领域应用机器人的能力。二、本实验课程的基本理论与实验技术知识通过现场讲解机器人的动力,传动,机械结构,传感器,伺服机构的部分的作用,进行机器人关节坐标系及直角坐标系下的运动演示。通过使用MOTOMAN-UP6型机器人的示教编程掌握机器人焊接和搬运的应用。在编程处理机器人运动过程中,分析机器人按预定的轨迹行走的控制原理。三、实验方法、特点与基本要求在MOTOMAN-UP6型工业机器人上进行机器人的结构的了解，利用所学知识进行运动及轨迹控制，掌握工业机器人的示教编程方法。四、实验主要仪器设备MOTOMAM-UP6机器人、慧鱼机器人五、实验项目的设置与内容提要序号实验项目内容提要实验学时实验类型每组人数实验要求1焊接机器人自动跟踪系统认知实验熟悉并了解焊接机器人自动跟踪系统组成及其及其原理。2验证20必做2MOTOMAN机器人焊枪动作与编程实验在机器人上进行板材的自动焊接实验4验证10必做3慧鱼机器人模型组装综合实验熟悉并了解慧鱼机器人实验环境，掌握I/O接口的应用及编程方法。2综合6必做六、实验报告要求实验报告中要求写出完整的操作步骤七、考核方式与成绩评定标准每次实验成绩根据学生预习、实验操作、实验报告的完成情况进行评定。实验成绩：预习与考勤20%、操作40%、原始记录与实验报告40%。八、教材及主要参考资料教材：机器人技术基础.刘极峰，邵秋萍.高教出版社，2005年工业机器人实验指导书.刘极峰，邵秋萍.2005年参考资料：机器人控制技术.孙迪生.机械工业出版社.1997年机器人控制技术.熊有伦.华中理工大学出版社.1997年九、其他说明无大纲制订人：肖增文大纲审定人：刘极峰制订日期：2010年5月