《工業(yè)機器人技術(shù)》課程教學大綱-2009版

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1、《工業(yè)機器人技術(shù)》課程教學大綱 課程名稱：工業(yè)機器人技術(shù) 英文名稱：Industry Robot Technology 課程編碼： 學時/學分：18/1 課程性質(zhì)：選修 適用專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 先修課程：理論力學，機械原理，機械設(shè)計，液壓傳動，自動控制理論 一、課程的目的與任務(wù) 《工業(yè)機器人技術(shù)》是一門培養(yǎng)學生具有機器人設(shè)計和使用方面基礎(chǔ)知識的專業(yè)選修課，本課程主要研究機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計與基本理論。通過本課程的學習，可使學生掌握工業(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(shè)計、工業(yè)機器人控制等方面的知識。其主要任務(wù)是培養(yǎng)學生： 1、 掌握工業(yè)機

2、器人運動系統(tǒng)設(shè)計方法，具有進行總體設(shè)計的能力； 2、 掌握工業(yè)機器人整體性能、主要部件性能的分析方法； 3、 掌握工業(yè)機器人常用的控制理論與方法，具有進行工業(yè)機器人控制系統(tǒng)設(shè)計的能力； 4、 了解工業(yè)機器人的新理論，新方法及發(fā)展趨向。 二、教學內(nèi)容及基本要求 第一章 緒論 教學目的和要求：了解工業(yè)機器人的發(fā)展及現(xiàn)狀，結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用情況。 教學重點和難點：介紹工業(yè)機器人的產(chǎn)生和發(fā)展過程，掌握機器人的概念、特點、工業(yè)機器人的基本分類、工業(yè)機器人的應(yīng)用、工業(yè)機器人的組成以及主要性能參數(shù)，工業(yè)機器人的手部、腕部、臂部、機座的結(jié)構(gòu)原理和實例。 教學方法與手段：課堂教學 第一節(jié)

3、?機器人的分類? 第二節(jié) ?工業(yè)機器人的應(yīng)用和發(fā)展 1.2.1?工業(yè)機器人的應(yīng)用 1.2.2?工業(yè)機器人的發(fā)展? 第三節(jié) ?工業(yè)機器人的基本組成及技術(shù)參數(shù)? 1.3.1?工業(yè)機器人的基本組成? 1.3.2?工業(yè)機器人的技術(shù)參數(shù)? 1.3.3?工業(yè)機器人的坐標? 1.3.4?工業(yè)機器人的參考坐標系 習題 第二章 工業(yè)機器人機構(gòu) 教學目的和要求：本部分介紹常用機器人機構(gòu)， 要求學生掌握常用機器人機構(gòu)設(shè)計形式。 教學重點和難點：主要介紹機器人末端操作器、手腕、手臂及機器人驅(qū)動與傳動形式。 教學方法與手段：課堂教學 第一節(jié) ?機器人末端操作器? 2.1.1?夾鉗式取

4、料手? 2.1.2?吸附式取料手? 2.1.3?專用操作器及轉(zhuǎn)換器 2.1.4?仿生多指靈巧手? 2.1.5?其它手 第二節(jié) ?機器人手腕 2.2.1?手腕的分類? 2.2.2?手腕的典型結(jié)構(gòu)? 2.2.3?柔順手腕結(jié)構(gòu)? 第三節(jié) ?機器人手臂? 第四節(jié) ?機器人機座? 2.4.1?固定式機器人? 2.4.2?移動式機器人? 第五節(jié) ?工業(yè)機器人的驅(qū)動與傳動? 2.5.1?直線驅(qū)動機構(gòu)? 2.5.2?旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)? 2.5.3?直線驅(qū)動和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的選用和制動? 2.5.4?工業(yè)機器人的傳動? 2.5.5?新型的驅(qū)動方式 2.5.6?驅(qū)動傳動方式的應(yīng)用 習

5、題 第三章 機器人運動學 教學目的和要求：機器人運動學主要研究兩個問題：一個是運動學問題，即給定機器人手臂、腕部等各個構(gòu)件的幾何參數(shù)及各個關(guān)節(jié)變量求機器人手部對參考坐標系的位置和姿態(tài)；介紹機器人的微移動和微轉(zhuǎn)動概念、兩坐標系間的微分運動關(guān)系、變換式（方程）中的微分關(guān)系、機器人雅可比矩陣的概念、求法——微分變換法；了解逆雅可比矩陣的概念和求解。本部分是該課程的重中之重。 教學重點和難點：通過介紹連桿參數(shù)和關(guān)節(jié)變量的設(shè)定、桿件坐標系的建立原則、相鄰桿件運動學關(guān)系—A矩陣，掌握機器人運動方程的建立、機器人運動方程的求解過程。 教學方法與手段：課堂教學 第一節(jié) ?工業(yè)機器人的運動學?

6、 3.1.1?工業(yè)機器人位姿描述? 3.1.2?齊次變換及運算 3.1.3?工業(yè)機器人的連桿參數(shù)和齊次變換矩陣 3.1.4?工業(yè)機器人的運動學方程? 第二節(jié) ?工業(yè)機器人的動力學? 3.2.1?工業(yè)機器人速度分析? 3.2.2?工業(yè)機器人靜力分析? 3.2.3?工業(yè)機器人動力學分析? 第三節(jié) ?工業(yè)機器人的運動軌跡規(guī)劃? 3.3.1?路徑和軌跡? 3.3.2?軌跡規(guī)劃? 3.3.3?關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃? 習題 第四章 工業(yè)機器人的環(huán)境感覺技術(shù) 教學目的和要求：機器人傳感器的基礎(chǔ)知識及常用傳感器類型。 教學重點和難點：機器人多傳感器融合技術(shù)。 教學方法與手段

7、：課堂教學 第一節(jié) ?工業(yè)機器人的視覺? 4.1.1?視覺系統(tǒng)的硬件組成 4.1.2?機器人視覺的應(yīng)用? 第二節(jié) ?工業(yè)機器人的觸覺 4.2.1?機器人的接觸覺? 4.2.2?機器人的接近覺? 4.2.3?機器人的壓覺? 4.2.4?機器人的滑覺? 4.2.5?機器人的力覺 第三節(jié) ?工業(yè)機器人的位置及位移? 4.3.1?電位器式位移傳感器? 4.3.2?光電編碼器? 4.3.3?角速度傳感器? 第四節(jié) ?多感覺智能機器人 習題 第五章 機器人控制 教學目的和要求：掌握機器人的基本控制方法，工業(yè)機器人控制的特點及分類、工業(yè)機器人位置控制、工業(yè)機器人力控制

8、。 教學重點和難點：機器人的基本控制原理、點位控制方式、連續(xù)軌跡控制方式原理。 教學方法與手段：課堂教學 第一節(jié) ?工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的特點? 第二節(jié) ?工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的主要功能? 5.2.1?示教再現(xiàn)控制 5.2.2?工業(yè)機器人的運動控制? 第三節(jié) ?工業(yè)機器人的控制方式? 5.3.1?點位控制方式（PTP） 5.3.2?連續(xù)軌跡控制方式（CP） 習題 三、課程教學的特色說明 四、考試大綱 1．考試的目的與作用 檢查學生對該課程內(nèi)容的掌握程度。 2．考核內(nèi)容與考核目標 機器人的定義和分類；機器人的應(yīng)用；機器人的坐標形式及其各自的優(yōu)缺點；機器人外形結(jié)構(gòu)；機器

9、人內(nèi)部機構(gòu)及原理和設(shè)計要求；機器人機身和臂部的作用及設(shè)計應(yīng)注意的問題；機器人的驅(qū)動方式及特點；機器人手爪設(shè)計的注意事項及夾鉗式手部傳動機構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容；機器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動、傳動和減速器的特點、結(jié)構(gòu)、工作原理；機器人常用的幾種直流電機及其優(yōu)缺點；步進電機的工作原理；齊次坐標；齊次變換及其幾何意義；向量的平移、旋轉(zhuǎn)變換；構(gòu)件空間位置與姿態(tài)的描述；構(gòu)件坐標系的確定；機器人坐標系的建立；機器人機構(gòu)運動學；機器人的控制特點和策略；伺服系統(tǒng)的基本概念；機器人控制的硬件系統(tǒng)；、單自由度機器人的控制；機器人示教的三種方式；機器人傳感器的選擇要求；機器人常用的幾種主要的傳感器及其工作原理；機器人視覺系統(tǒng)；滑覺傳感器

10、和握力自適應(yīng)控制； 3．主要參考書 《工業(yè)機器人技術(shù)》．郭洪紅主編．西安電子科技大學出版社．2006 《機器人技術(shù)基礎(chǔ)》．熊有倫主編．華中理工大學出版社．1996 《工業(yè)機械手設(shè)計》．李允文主編．機械工業(yè)出版社．1996 《機器人與控制技術(shù)》．孫迪生．王炎主編.機械工業(yè)出版社．1997 4．課程考試內(nèi)容與教材的關(guān)系 考試內(nèi)容以教材為主。 5．分章節(jié)的考核知識點 6．題目類型與考核方式 大作業(yè)或?qū)W術(shù)論文。 7．成績評定辦法 根據(jù)大作業(yè)或?qū)W術(shù)論文，結(jié)合平時出勤及課堂提問情況給出最終成績。 五、學時分配 學時分配表 教學環(huán)節(jié) 教學時數(shù) 課程內(nèi)

11、容 講 課 實 驗 習 題 課 其 它 小 計 第一章 緒論 2 2 第二章 工業(yè)機器人機構(gòu) 2 2 第三章 機器人運動學和動力學 6 6 第四章 工業(yè)機器人的環(huán)境感覺技術(shù) 4 4 第五章 機器人控制 4 4 總 計 18 18 六、課程主要參考書 1.《工業(yè)機器人技術(shù)》．郭洪紅主編．西安電子科技大學出版社．2006 2．《機器人技術(shù)基礎(chǔ)》．熊有倫主編．華中理工大學出版社．1996 3.《工業(yè)機械手設(shè)計》．李允文主編．機械工業(yè)出版社．1996 4.《機器人與控制技術(shù)》．孫迪生．王炎主編.機械工業(yè)出版社．1997 制定（修訂）人： 審核人： 批準人： 修訂時間：2011年3月 審核時間：2011年3月 批準時間：