工业机器人技术

工业机器人技术》课程标准 课程名称 ：工业机器人技术 适用专业 ：机电一体化技术、电气自动化技术

第一部分 前 言 一、课程性质 工业机器人课程是机电一体化各专业方向的一门专业技术课， 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、课程设计理念 本课程的教学以高等职业教育培养目标为依据，遵循“结合理论联系实际，

应知、应会”的原则，以拓展学生专业知识覆盖面为重点； 注重培养学生的专业思维能力。 重点通过对主流工业机器人产品的讲解， 使 学生对当前工业机器人的技术现状有较为全面的了解， 对工业机器人技术的发展 趋势有一个明确的认识，为学生进入社会做前导； 把创新素质的培养贯穿于教学中。 采用行之有效的教学方法， 注重发展学生 专业思维和专业应用能力，通过简单具体的实例深入浅出地讲解专业领域的知 识。

三、课程设计思路 以点带面，讲解授课为主的教学方式。 课程主要可以分为机械、 运动、控

制、 感觉等几个部分，内容较多。课堂教学上，我们使用重点突破的方法，讲解一个 或者两个典型的实例， 让学生触类旁通， 举一反三，从而带动整个知识面的学习。 我们让学生联系已学各门科目的知识点， 达到温故知新的目的。 由于涉及的 已学课程较多， 学生由于基础薄弱， 前面课程的遗忘率不容忽视， 所以在讲解的 过程中，对一些重要的知识点， 我们还要做一个较为详细的说明， 从而可以加强 学生的知识储备，为本课程的学习扫清障碍。 传统的教学手段与现代教育技术手段灵活运用： 板书、实物模型、 多媒体课 件等。尤其是在机械部分， 考虑到学生的立体思维能力较为薄弱， 多媒体和实物 模型的使用能更好地帮助学生理解工业机器人各部分的工作原理。

教学模式： 课堂教学 总 学 时： 32 实践学时： 16 第二部分 课程目标 一、课程目标 《工业机器人技术》是一门培养学生具有机器人设计和使用方面基础知识的 专

业课，本课程主要研究机器人的结构设计与基本理论。 通过本课程的学习， 使 学生掌握工业机器人基本概念、机器人运动学理论、工业机器人机械系统设计、 工业机器人控制等方面的知识。 本课程的主要目标是培养学生四个方面的能力： 1、掌握工业机器人运动系统设计方法，具有进行总体设计的能力； 2、掌握工业机器人整体性能、主要部件性能的分析方法； 3、掌握工业机器人常用的控制理论与方法，具有进行工业机器人控制系统 设计的能力； 4、了解工业机器人的新理论，新方法及发展趋向。

二、职业能力目标 （一）、知识目标 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。

（二）、能力目标 《工业机器人》 是机电系专业课， 通过本课程的学习， 能使学生掌握机器人 机构设计、 运动分析、控制和使用的技术要点和基础理论。 机器人是典型的机电 一体化装置，它不是机械、电子的简单组合，而是机械、电子、控制、检测、 信和计算机的有机融合，通过这门课的学习，使学生对机器人有一个全面、 的认识，培养学生综合运用所学基础理论和专业知识进行创新设计的能力， 应的掌握一些实用工业机器人控制及规划和编程方法。

（三）、素质目标 本课程系统地介绍了机器人设计、控制、编程和使用的理论基础和技术要点， 包括工业机器人的一 般概论，机器人运动学，静力/动力学分析，工业机器人机 械系统设计，工业机器人的控制和工业机器人的应用等内容。 通过课程学习，使 学生掌握工业机器人的基本原理、基础知识，对工业机器人机械系统的总体设计 方法有初步了解。

第三部分课程内容设计 、课程项目设计 《机电一体化技术》项目设计 项目名称 子项目名称 教学模式 学时

1.工业机器人概述 理解工业机器人的由来和发展、定义、研究 领域和学科范围； 一体化教学 4 工业机器人的分类和应用以及主要技术参

数； 一体化教学

2.机器人本体的机

械结构

工业机器人的外形结构与运动； 一体化教学

6 机身机构，臂部机构，驱动机构，手部机构 和行走机构； 一体化教学

工业机器人机械设计的基本要求； 一体化教学 3.工业机器人的驱

动方法 工业机器人的液压驱动和气压驱动； 一体化教学

6 直流伺服电动机驱动； 一体化教学

步进电机和交流伺服电机驱动； 一体化教学 4.工业机器人的位

置姿态描述 齐次坐标、齐次变换； 一体化教学 4 变换方程的建立； 一体化教学 5.工业机器人的运 动学 连杆坐标系和连杆参数，简单的连杆坐标系 变换矩阵； 一体化教学

4

典型机器人运动学正问题解，机器人运动学 逆解； 一体化教学

6.工业机器人的控 工业机器人控制概述，单关节机器人控制建 一体化教学 4

通 深入 并相 制 模与控制系统；

多关节机器人的控制，机器人控制系统的硬 件结构及接口； 一体化教学

7.工业机器人的感

觉系统 机器人传感器的选择要求，位置和位移传感 器 一体化教学

4 机器人的视觉传感系统， 机器人的接近觉传 感器，机器人的触觉、力觉和压觉传感器。

一体化教学

总学时 32 二、项目内容及实施 包括项目及子项目名称、学时、学习目标、学习内容、教学方法和建议、工 具与媒体、学生已有基础、教师所需执教能力要求。 项目 编号 能力训练、 项目名称 知识内容及要求 技能内容及要求 训练方式手 段及

步骤

项目 工业机器 人概述

理解工业机器人的由来和发展、 定义、

研究领域和学科范围； 工业机器人的分类和应用以及主 要技术参数；

1. 了解机器人的发展 历

史； 2. 掌握工业机器人的 技

术参数； 3. 能通过铭牌了解机 器

人的功能。

项目驱动法 多媒体讲授 法 师生互动法 学生讨论法

项目 机器人本 体的机械 结构

工业机器人的外形结构与运动； 机身机构，臂部机构，驱动机构， 手部机构和行走机构； 工业机器人机械设计的基本要 求；

1. 理解机器人的概念 和

分类； 2. 掌握机器人本体的 机

械结构的组成， 机器人的外形结构 与运动、机身和臂 部机构、驱动机构； 3. 了解机器人的手部 机

构、行走机构； 理解机器人机械设 计的基本要求；

项目驱动法 多媒体讲授 法 师生互动法 学生讨论法 动手操作法 头脑风暴法 提问引导 巡回指导法

项目 工业机器 人的驱动 方法

工业机器人的液压驱动和气压驱 动； 直流伺服电动机驱动；

步进电机和交流伺服电机驱动；

掌握机器人的交流 电动机驱动、直流 电动机驱动、液压 驱动和气压驱动方 法； 项目驱动法 多媒体讲授 法 师生互动法 学生讨论法

项目 工业机器 齐次坐标、齐次变换； 1. 理解齐次坐标、齐 项目驱动法 人的位置 姿态描述 变换方程的建立; 次变换的概念，学

会变换方程的建立 方法； 2.掌握机器人位置与 姿态矩阵的定义、 几何意义； 多媒体讲授 法 师生互动法 学生讨论法

1. 重点理解连杆坐标

系、连杆参数、机 器人连杆坐标系变 换矩阵、雅可比矩 阵的概念；

2.

项目 五

工业机器

人的运动 学

连杆坐标系和连杆参数，简单的 连杆坐标系变换矩阵； 典型机器人运动学正问题解，机 器人运动学逆解；

3

.

4.

5.

学会典型机器人的 运动学正问题求解 方法； 掌握机器人运动学 分析的D-H方法; 了解雅可比矩阵的 定义、物理意义、 学习矢量积法构造 雅可比矩阵的基本 原理； 了解机器人运动学 逆解的基本方法；

项目驱动法 多媒体讲授 法 师生互动法 学生讨论法

1.

项目 、. 八

工业机器 人的控制

工业机器人控制概述，单关节机 器人控制建模与控制系统； 多关节机器人的控制，机器人控 制系统的硬件结构及接口；

2.

3.

掌握工业机器人的 控制方式； 掌握单关节机器人 控制建模与控制原 理； 理解多关节机器人 的控制原理；

项目驱动法 多媒体讲授 法 师生互动法 学生讨论法

项目 七

工业机器

人的感觉 系统

机器人传感器的选择要求，位置 和位移传感器 机器人的视觉传感系统，机器人 的接近觉传感器，机器人的触觉、 力觉和压觉传感器。

掌握机器人位置和 位移传感器、视觉 传感系统、接近觉 传感器、触觉传感 器、力觉传感器和 压觉传感器的基本 型式。 项目驱动法 多媒体讲授 法 师生互动法 学生讨论法

第四部分实施建议与教学改革