工业机器人技术及应用教案2工业机器人的机械结构和运动控制

第二章工业机器人的机械结构和运动控制章节目录2.1 工业机器人的系统组成2.1.1 操作机2.1.2 控制器2.1.3 示教器2.2 工业机器人的技术指标学习目标导入案例课堂认知扩展与提高本章小结思考练习2.3 工业机器人的运动控制2.3.1 机器人运动学问题2.3.2 机器人的点位运动…2.3.3 机器人的位置控制课前回顾何为工业机器人？工业机器人具有几个显著特点，分别是什么？工业机器人的常见分类有哪些，简述其行业应用。

学习目标认知目标*熟悉工业机器人的常见技术指标*掌握工业机器人的机构组成及各部分的功能*了解工业机器人的运动控制能力目标*能够正确识别工业机器人的基本组成*能够正确判别工业机器人的点位运动和连续路径运动导入案例国产机器人竞争力缺失关键技术是瓶颈众所周知，中国机器人产业由于先天因素，在单体与核心零部件仍然落后于日、美、韩等发达国家。

虽然中国机器人产业经过30 年的发展，形成了较为完善的产业基础，但与发达国家相比，仍存在较大差距，产业基础依然薄弱，关键零部件严重依赖进口。

整个机器人产业链主要分为上游核心零部件（主要是机器人三大核心零部件——伺服电机、减速器和控制系统，相当于机器人的“大脑”）、中游机器人本体（机器人的“身体”）和下游系统集成商（国内95% 的企业都集中在这个环节上）三个层面。

课堂认知2.1 工业机器人的系统组成第一代工业机器人主要由以下几部分组成：操作机、控制器和示教器。

对于第二代及第三代工业机器人还包括感知系统和分析决策系统，它们分别由传感器及软件实现。

工业机器人系统组成2.1.1 操作机操作机（或称机器人本体）是工业机器人的机械主体，是用来完成各种作业的执行机构。

它主要由机械臂、驱动装置、传动单元及内部传感器等部分组成。

关节型机器人操作机基本构造机器人操作机最后一个轴的机械接口通常为一连接法兰，可接装不同的机械操作装置，如夹紧爪、吸盘、焊枪等。

(1) 机械臂关节型工业机器人的机械臂是由关节连在一起的许多机械连杆的集合体。

《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。

工业机器人教案设计课程目标：1. 了解工业机器人的定义与功能2. 熟悉工业机器人的结构与组成3. 学习工业机器人的基本操作方法4. 掌握工业机器人的编程与应用5. 了解工业机器人在现代制造业中的应用教学内容：一、工业机器人的定义与功能1. 工业机器人的定义2. 工业机器人的功能二、工业机器人的结构与组成1. 机械结构2. 电气系统3. 控制系统4. 传感器与执行器三、工业机器人的基本操作方法1. 示教器操作2. 机器人行走操作3. 机器人搬运操作4. 机器人焊接操作5. 机器人切割操作四、工业机器人的编程与应用1. 机器人编程语言2. 机器人运动轨迹规划3. 机器人搬运应用4. 机器人焊接应用5. 机器人切割应用五、工业机器人在现代制造业中的应用1. 汽车制造2. 电子产品生产3. 食品加工4. 石油化工5. 航空航天教学方法：1. 理论讲解：通过PPT演示工业机器人的结构、功能与应用场景，帮助学生理解工业机器人的工作原理。

2. 实践操作：让学生亲自操作工业机器人，学会机器人的基本操作方法，培养学生的动手能力和实践能力。

3. 案例分析：分析工业机器人在现代制造业中的典型应用案例，让学生了解工业机器人在实际生产中的作用。

4. 分组讨论：将学生分成小组，让学生讨论工业机器人在实际生产中的应用，培养学生的团队协作能力。

考核方式：1. 课堂表现：对学生的课堂表现进行评价，鼓励学生积极参与课堂讨论。

2. 理论考试：对学生的理论知识进行考核，检验学生对工业机器人基础知识的掌握程度。

3. 操作考核：对学生的实际操作能力进行考核，检查学生是否能够熟练操作工业机器人。

4. 案例分析：对学生的案例分析能力进行考核，考察学生是否能够运用所学知识解决实际问题。

第一章绪论1.1 什么是工业机器人1。

2 为何发展工业机器人1。

3 工业机器人发展概况1.3.1 工业机器人的诞生1。

3。

2 工业机器人的发展1.4 工业机器人的分类及应用1。

4。

1 工业机器人的分类1.4。

2 工业机器人的应用学习目标＊掌握工业机器人的定义*了解工业机器人的发展事由和历程*熟悉工业机器人的常见分类及其行业应用导入案例富士康“百万机器人”上岗折射中国制造业升级2011 年，富士康 CEO 郭台铭表示，希望到 2012 年底装配 30 万台机器人，到 2014 年装配100 万台,要在 5 到 10 年数年内通过自动化消除简单重复性的工序。

机器人的投产使用，可将目前的人力资源转移到具备更高附加值的岗位上，这也符合将我国“人口红利”转为“人才红利"的大目标.这一工业机器人的井喷潮涌，何时会蔓延到“中国制造”的每一个工厂、每一条生产线、每一个工序、每一个工位上，将为“中国制造”的转型提“智”做出何等贡献？我们对此充满期待。

课堂认知1。

1 什么是工业机器人机器人涉及到人的概念,成为一个难以回答的哲学问题。

美国:一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行种种任务的,并具有编程能力的多功能操作机。

日本：一种带有存储器件和末端操作器的通用机械，它能够通过自动化的动作替代人类劳动。

中国: 一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或者生物相似的智能能力,如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。

ISO一种能自动控制，可重复编程，多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具来完成各种作业。

广义地说:工业机器人是一种在计算机控制下的可编程的自动机器。

它具有四个基本特征：①特定的机械机构②通用性③不同程度的智能④独立性1.2 为何发展机器人让机器人替人类干那些人不愿干、干不了、干不好的工作。

ABB 给出十大投资机器人的理由：第一，降低运营成本;第二，提升产品质量与一致性；第三，改善员工的工作环境;第四，扩大产能；第五，增强生产的柔性；第六，减少原料浪费，提高成品率;第七，满足安全法规，改善生产安全条件；第八，减少人员流动，缓解招聘技术工人的压力；第九，降低投资成本,提高生产效率；最后一点，节约宝贵的生产空间。

工业机器人技术及应用(教案)2-工业机器人的机械结构和运动控制工业机器人技术及应用(教案)--工业机器人的机械结构和运动控制一、引言工业机器人作为现代制造业中的重要设备，其广泛的应用对于提高生产效率和降低劳动强度具有重要意义。

本节课将介绍工业机器人的机械结构和运动控制原理，帮助学生们全面了解工业机器人技术的基本知识。

二、工业机器人的机械结构工业机器人的机械结构是实现其工作功能的重要组成部分。

主要包括机械臂、关节、执行器等几个主要部分。

1. 机械臂机械臂是工业机器人的核心部件，其结构类似于人的手臂，由一系列可伸缩的关节组成。

常见的机械臂结构有串联型和并联型两种。

串联型机械臂的各个关节依次连接，使得机械臂的末端能够灵活移动。

而并联型机械臂则通过某种机构将各个关节同时运动，提高了机械臂的稳定性和精确性。

2. 关节关节是机械臂上各个可运动部分的连接点，决定了机械臂在不同方向上的活动范围。

根据机械臂的需要，关节可以分为旋转关节和平移关节。

3. 执行器执行器是机械臂上用于实现夹持、切割、焊接等具体工作的部件。

常见的执行器包括机械手、夹爪、焊枪等。

执行器的选择需要根据具体工作场景和要求来确定。

三、工业机器人的运动控制工业机器人的运动控制是指通过控制系统对机器人的运动进行精确控制，使其能够按照预定的轨迹和动作完成工作任务。

主要包括轨迹规划、运动学和动力学控制等几个方面。

1. 轨迹规划轨迹规划是确定机器人末端执行器的运动轨迹，在规定时间内完成工作任务。

常用的轨迹规划方法有插补法和直接法。

插补法通过计算机控制系统对机器人的运动进行插值计算，确定关节运动的速度和加速度，使机器人能够满足工作要求。

而直接法则是通过预先编写运动轨迹的数学模型，直接控制机器人的关节运动。

2. 运动学控制运动学控制是通过控制机械臂各个关节的运动，实现机器人末端执行器的精确控制。

运动学控制主要涉及关节位置控制和轨迹跟踪控制。

通过精确计算各个关节的运动学模型和运动学方程，可以确定机械臂在工作空间中的位置和姿态。

《工业机器人技术》电子教案一、教案概述本教案是针对工业机器人技术课程设计的一份电子教学教案，旨在通过理论与实践相结合的方式，帮助学生掌握工业机器人的基本原理、应用场景以及操作技能。

二、教学目标1.了解工业机器人的起源和发展历程；2.掌握工业机器人的基本构成和工作原理；3.了解工业机器人在制造业中的应用场景；4.学会使用机器人仿真软件进行机器人编程和操作。

三、教学内容和学时安排第一课时：工业机器人的起源和发展（0.5学时）1.工业机器人的定义和分类；2.工业机器人的起源和发展历程；3.工业机器人的应用领域和前景。

第二课时：工业机器人的基本构成（1学时）1.机械臂的基本结构和关节类型；2.传感器和执行器的作用；3.控制系统的组成和功能。

第三课时：工业机器人的工作原理（1学时）1.推导工业机器人的运动学方程；2.解释速度和精度的概念；3.分析工业机器人的运动规划算法。

第四课时：工业机器人的应用场景（0.5学时）1.汽车制造业中的应用；2.电子产品制造业中的应用；3.食品加工和包装业中的应用。

第五课时：机器人编程与操作（1学时）1.介绍机器人编程语言和软件；2.示范机器人编程和操作的基本步骤；3.提供机器人仿真软件的操作指南。

四、教学方法1.讲授法：通过教师讲解的方式，对工业机器人的基本知识进行介绍和解释；2.实践操作：使用机器人仿真软件进行操作练习，并在教学过程中引导学生进行实践操作；3.讨论交流：提倡学生之间的讨论和交流，促进对工业机器人技术的深入理解。

五、教学资源1.教材：《工业机器人技术导论》；2.电子设备：电脑、投影仪、机器人仿真软件。

六、教学评价1.课堂问答：通过提问学生的方式，检查学生对工业机器人知识的理解程度；2.实践操作评估：根据学生在机器人仿真软件上的操作表现，评估其编程和操作技能；3.课后作业：布置相关的文献阅读和实践作业，鼓励学生自主学习并巩固所学知识。

七、教学计划和时间安排本课程共计5个学时，每个学时45分钟，具体时间安排如下：第一周：第一课时（0.5学时），第二课时（1学时）；第二周：第三课时（1学时）；第三周：第四课时（0.5学时），第五课时（1学时）。

工业机器人的运动控制【知识目标】1.掌握机器人运动轴和坐标系。

2.掌握手动操纵机器人的流程和方法。

【技能目标】能够使用示教器熟练操作工业机器人实现单轴运动、线性运动。

【教学过程】一、工业机器人运动轴与坐标系1.机器人运动轴的名称机器人轴是指机器人操作机的轴，目前典型商用工业机器人大多采用六轴关节型。

KUKA机器人6轴分别定义为A1、A2、A3、A4、A5和A6；而ABB 机器人则定义为轴1、轴2、轴3、轴4、轴5和轴6。

A1、A2和A3三轴(轴1、轴2和轴3)称为基本轴或主轴，用于保证末端执行器达到工作空间的任意位置；A4、A5和A6三轴(轴4、轴5和轴6)称为腕部轴或次轴，用于实现末端执行器的任意空间姿态。

2.机器人坐标系的种类在大部分工业机器人系统中，均可使用关节坐标系、大地（基）坐标系、工具坐标系和用户坐标系，而工具坐标系和用户坐标系同属于直角坐标系范畴。

A.关节坐标系在关节坐标系下，机器人各轴均可实现单独正向或反向运动。

对于大范围运动，且不要求TCP姿态的，可选择关节坐标系。

B.直角坐标系直角坐标系(世界坐标系、大地坐标系)是机器人示教与编程时经常使用的坐标系之一，所有其他的坐标系均与大地坐标系直接或间接相关。

基坐标系的原点定义在机器人安装面与第一转轴的交点处，X 轴向前，Z 轴向上，Y 轴按右手法则确定。

无论机器人处于什么位置，TCP均可沿基坐标系的X、Y和Z轴平行移动。

法兰坐标系是原点为机器人法兰中心的坐标系，是工具坐标系的参考点。

C.工具坐标系工具坐标系是一个可自由定义，用户定制的坐标系。

工具坐标系的原点定义在TCP点，并且假定工具的有效方向为Z轴(有些机器人厂商将工具的有效方向定义为X轴)，而Y轴、Z轴由右手法则确定，如图1-2-24所示。

工具坐标的方向随腕部的移动而发生变化，与机器人的位姿无关。

因此，在进行相对于工件不改变工具姿态的平移操作时，选用该坐标系最为适宜。

D.用户坐标系用户坐标系为作业示教方便，由用户自行定义的坐标系，它定义工件相对于大地坐标系的位置，如工作台坐标系和工件坐标系，如图所示。