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《工业机器人技术》电子教案一、教学目标1.了解工业机器人的定义和分类。
2.掌握工业机器人的基本结构和工作原理。
3.学习工业机器人的编程方法和应用领域。
4.培养学生的动手操作能力和团队协作能力。
二、教学内容1.工业机器人的定义和分类2.工业机器人的基本结构和工作原理3.工业机器人的编程方法4.工业机器人的应用领域三、教学过程1.导入（10分钟）向学生介绍工业机器人的定义和分类。
引导学生思考工业机器人与其他机器人的区别，并让学生讨论工业机器人的应用领域。
2.学习工业机器人的基本结构和工作原理（30分钟）通过图片和视频展示，向学生介绍工业机器人的基本结构和工作原理。
解释机器人的各个部分的功能和作用，并与学生互动讨论。
3.学习工业机器人的编程方法（30分钟）讲解工业机器人的编程方法，包括离线编程和在线编程。
介绍工业机器人的编程语言和编程软件，并通过示例演示编程的过程。
4.实践操作（30分钟）组织学生进行工业机器人的实践操作，让学生亲自操作机器人进行简单的任务，如拾取和放置物体。
要求学生按照规定的步骤进行操作，并注意安全事项。
5.工业机器人的应用领域（20分钟）通过案例分析和讨论，向学生介绍工业机器人的应用领域，如汽车制造、电子电器制造、医药生物等。
引导学生思考工业机器人在这些领域中的作用和优势。
6.总结（10分钟）回顾本节课的学习内容，让学生总结学到的知识和技能，并展示他们的操作成果。
鼓励学生提出问题和建议，并进行讨论。
四、教学评价1.观察学生在实践操作中的表现，包括是否按照规定的步骤进行操作，是否注意安全事项等。
2.与学生互动讨论，了解他们对工业机器人的理解和掌握程度。
3.收集学生的操作成果和总结，评价他们的动手操作能力和团队协作能力。
五、教学资源1.图片和视频展示工业机器人的基本结构和工作原理。
2.工业机器人的编程语言和编程软件。
3.工业机器人实践操作的相关物品和设备。
六、教学拓展1.鼓励学生参观工业机器人的生产现场，了解实际应用情况。
建模概述建模是建立系统模型的过程，又称模型化。
建模是研究系统的重要手段和前提。
凡是用模型描述系统的相互关系与作用的过程都属于建模。
通过建模，可以提高产品研发的过程，提高生产效率。
现代工业制造的各行各业，已经广泛的应用各种工程软件进行新产品的开发，而建模则是新产品开发的一个模型创建的过程，在其中也是占据了重要的作用和意义，能够将文字性、虚化的东西通过图形结构表现出来，发挥工程师的潜力，结合科学的设计理念和思路，能够更直观、更高效、更具有创新性。
在现代科学技术快速发展的时代，建模的方法也是越来越多。
像直接的工程设计软件的建模方法，如SolidWorks、NX、Creo、Catia等软件，可以直接通过设计师或者工程师通过软件直接根据实际经验或者通过手动测绘后的数据，在计算机软件上进行绘制；亦或者可以通过现代化的测量技术，得到物体表面参数信息的测量方法，这种方法在现代三维逆向成型的过程中已经进行了广泛的应用，其基本流程则是样件→数据采集→数据处理→模型重构→制造系统→新产品。
而在整个逆向工程中，比较重要的则是逆向测绘技术，它能够将被测物体通过先进的光学三维测量仪器以及相关的三维软件，采取非接触式的测量方式，快速获取物体表面精确的三维信息。
相比传统的物体信息获取手段或技术(无论是绘画、拍照或摄影，还是接触式测量、点测量或线测量)，三维测绘提供了一种更加便捷、更加完整、更加精确的测量方式或信息获取方式。
三维测绘完成后，客户可以使用各种计算机三维图形软件对获取的三维数据进行再加工或运用。
无论是常规的测绘设计成型，还是三维逆向成型，还是设计者通过丰富的经验出发设计新的产品的过程，都需要三维建模技术将产品展现出来，而在这整个的过程当中所展现的就是建模。
建模的思路通常可分为：（1）自顶向下、逐层分解、逐步求精；（2）自底向上、业务汇集、综合集成。
自顶向下则是需要设计者在一个装配体中进行整体化模型的构件，然后分不分的保存零部件的位置和名称，能够在一个整体模型创建的过程中将各个局部进行有效的分隔成个体。
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1.嵌入式主板嵌入式主板是R-30i A Mate 控制器的心脏，主板上安装有32 位微处理器及外围接口电路、存储电路（将用户设定的程序和数据事先存储在主CPU 印刷电路板上上的C-MOS RAM 中）、驱动器电路和接收器电路（DV/RV）、大规模集成电路（Large Scale Integrated circuit，简称LSI）、实时通信电路（Real Time Communication，简称RTC）以及其他控制电路，图1为主板的连接示意图。
图1 嵌入式主板结构示意图32 位CPU 对机器人运动进行插补运算和坐标变换的运算，还负责主板内部及外围设备的信号处理和交换，通过FSSB 总线（FANUC Serial Servo Bus）与轴运动控制卡进行通信，并对整个系统进行协调控制和安全性监控，这些监控包括：温度感测，放大器错误状态和机器人手臂的失控状态的监控等，但并不仅仅局限于这些。
如果处理器发觉一种错误状态或不合乎当前运动控制规范的动作，嵌入式主板就会关闭机器人手臂的电源。
当手臂电源被关闭后，每个关节上装有弹簧的机电控制的刹车就会抱合，手臂的运动终止。
当错误的状态得到纠正，可以重新接通手臂上的电源。
电流流过刹车线圈，使得刹车垫从回转轴上松开，从而使得关节恢复自由状态。
现将嵌入式主板的连接端口及其功能说明如下：CP19：嵌入式主板经由接口CP19 接入直流电源给主板供电；CRS30：CRS30 连接器接入来自示教盒（Teach Pendant，简称TP）的I/O信号；JD17：串行通信接口连接器，支持RS-232-C 或RS-485 这两种串行接口；CD38A：以太网通信接口连接器，将传输介质为100BASE-TX ch1 类型的网卡接口与板载网卡（PHY）进行网络通信；JD1A、JD1B：通过“处理I/O 板MA”对外围设备I/O 信号操作时的连接口；CRMA15、CRMA16：主板上的外围设备接口，其可以通过“I/O 连接器变换板”将引入外围设备的输入信号或将输出信号输出到外围设备；CA114：主板电池（BA TTERY）插口，和计算机主板电池功能一样，在系统断电后持续给主板快闪只读存储器和静态随机存储器模块（FROM/SRAM MOUDLE）供电，以保证数据不被丢失；PCMCIA：扩展卡插槽，接入外部存储卡（MEMORY CARD）；JRL6：传感器接口（Sensor Interface）或视觉接口（Video Interface）；CRS31：力传感器（Force Sensor）。
电子教案-工业机器人技术基础（双元教育）电子课件-延伸阅读-国内外离线编程的研究现状国外离线编程的研究现状机器人离线编程在国外的研究起步较早，从上世纪年代开始，美国、日本以及一些欧洲国家的研究所、大学以及一些公司在机器人的离线编程领域做了大量的研究工作，并在这个研究领域取得了一些成果。
美国的Tecnomatrix公司在1986年时发布了RobCAD，这是关于机器人CAD和仿真系统的软件系统。
在不久的时间里，RobCAD就在实际的机器人系统中得到了很多的应用。
在1987年时，美国NASA与Rockwell一起研究开发了一套焊接机器人控制软件，在这个系统中离线编程系统是其关键部分，这套系统可以实现航天飞机部件的焊接作业。
这个离线编程系统包括工作模块的建模、工艺参数的输入接口、焊接的数据库系统以及一些数据的显示。
英国拉夫堡大学的Goh和Middle于1987年开发了机器人弧焊离线编程和焊接工艺专家系统。
WRAPS主要包括建模、编程、数据库管理和在线编辑四部分。
该软件系统图形显示功能还不完善，而且没有路径规划和碰撞检测模块，焊接系统的参数设置还不完善。
土耳其METU的Balkan等人在AutoCAD的基础上开发了ProWeld，这是关于图形交互的离线编程系统。
这个软件系统的工件模型与焊接参数都可以自己设定，开放度较高，由于其没有机器人的仿真模块，所以还不能算是一套比较完整的机器人离线编程系统。
日本的大阪大学的前川仁等人通过对六自由度弧焊机器人的研究，攻克了关于碰撞检测和干涉检查的问题，由于他们还未对弧焊机器人与变位机之间的协调问题进行研究，使得这些研究也没能应用到实际中去。
Reynier和Hascoet利用五关节的焊接机器人在计算机上开发了一套具有图形功能离线编程软件。
他们所开发的离线编程系统包括模型的可视化、机器人的轨迹规划、焊接时参数的自定义、焊枪运动的仿真和机器人运动程序的生成。
由于其路径规划和焊接参数的定义等与可视化图形显示的分离，致使其可操作性不理想。
选择题1.C；2.B；3.A；4.A；5.A判断题1.√；2.×；3.√；4.×；5.√；6.√填空题1.阿西摩夫；2.日本；3.通用；4. Motoman；5. ABB、库卡、发那科和安川电机。
简答题1.工业机器人主要应用于汽车及汽车零部件制造业、电子电气行业、金属制品业(包括机械)、橡胶及塑料工业和食品工业等范畴。
2.工业机器人技术发展趋势主要为：结构模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化等方面。
同时工业机器人也在不断向智能化方向发展，以适应“敏捷制造”，满足多样化、个性化的需要，并适应多变的非结构环境作业，向非制造领域进军。
选择题1.A；2.B；3.A判断题1.√；2.√；3.╳；4.√；5.√；6.√；7.╳；8.√；9.√；10.╳；11.√；12.╳填空题1. 直角、3；2. 圆柱、2 、1 ；3.1、2；4.俯仰、回转；5.关节、平行、共面。
简答题1.根据工业机器人机械结构对应的运动链的拓扑结构，可以将机器人结构分为三类：串联、并联和混合结构。
串联机器人具有结构简单,成本低,控制简单,运动空间大等优点，有的已经具备快速、高精度和多功能化等特点。
并联结构承载能力强，与串联机构相比刚度大，结构稳定；运动负荷小;在位置求解上，并联机构正解困难，反解却非常容易。
但目前的并联机器人机构普遍存在工作空间小，结构尺寸偏大、传动环节过多，工作空间内可能存在奇异位形。
混联机构即有并联机构刚度好的优点，又有串联机构工作空间大的优点，能充分发挥串、并联机构各自的优点, 进一步扩大机器人的应用范围, 提高机器人的性能。
2.从上到下，从左到右，依次是：直角坐标型机器人，圆柱坐标型机器人（R2P），球坐标型机器人（2RP），关节坐标型机器人，SCARA机器人。
第三章工业机器人的组成和技术参数习题答案选择题1.D；2.E；3.A；4.B判断题1. ×；2.√；3.√；4.×；5.√；6.×；7.√；8.×；9.×填空题1. 重复性；2.旋转关节、移动关节、球面关节、虎克铰关节；3. R、P 。
多传感器融合技术在智能机器人系统中的应用Fanuc 公司于2010 年在上海世博会上海企业联合馆内, 展示了一套融合视觉检测和语音识别的智能演示机器人系统,充分展示了新一代智能机器人的强大功能。
本文以上海世博会Fanuc 展示的机器人智能拼图演示系统为例,介绍多传感器融合技术在智能机器人系统上的应用。
图 1 为M -2000iA 机器人的外视图。
图1 M-2000iA 机器人外视图1 系统方案该系统方案包括 4 幅打碎的由15 块边长为0 .8 m的立方体构成图画。
通过视觉和听觉传感器的融合数据处理, 机器人会自动识别观众的语音,判断完成哪幅画的拼图工作, 然后识别并选择合适的正方体完成相应的拼图游戏。
最终完成拼图面积为高 2 .4 m , 宽 4 m 的大型图案,如图 2 所示。
图 2 上海企业馆内演示系统现场图1 .1 多传感器融合的步骤(1)信号获取。
根据不同情况选择适应的传感器获取被测目标的信息, 一般采用工程专用传感器, 演示系统选用视觉传感器加语音识别的组合。
(2)数据预处理。
在信号获取过程中, 由于客观环境的影响, 采集的信息常伴有干扰, 有必要在处理前进行过滤, 以尽可能保持采集信息的纯度。
(3)特征提取。
特征为检测目标的各种物理量, 如位置、旋转和音频等。
(4)融合计算。
包括数据相关技术和识别技术等。
1 .2 多传感器融合结构在信息传输和处理结构上, 系统采用分布式结构, 各传感器有各自独立的数据处理器, 可分别独立处理局部信息, 然后把处理结果送至融合中心,再根据各节点输入信息完成对目标或环境的综合分析和判断, 进而作出全局决策。
系统中融合中心由机器人控制器担当,视觉传感器采用Fanuc 内置智能视觉系统(iRVision), 进行目标的识别与定位, 输出机器人位置偏移数据。
听觉传感器采用微创软件语音识别技术,进行观众语音采集与处理检测, 输出对应I/O(输入/输出)信号, 信号传输介质为以太网Ethe rnet 。
