《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程教學(xué)大綱-2009版

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)課程教學(xué)大綱課程名稱(chēng)：工業(yè)機(jī)器人技術(shù)英文名稱(chēng)：Industry Robot Technology 課程編碼：學(xué)時(shí)/學(xué)分：18/1課程性質(zhì)：選修適用專(zhuān)業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化先修課程：理論力學(xué)，機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)，液壓傳動(dòng)，自動(dòng)控制理論一、課程的目的與任務(wù)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是一門(mén)培養(yǎng)學(xué)生具有機(jī)器人設(shè)計(jì)和使用方面基礎(chǔ)知識(shí)的專(zhuān)業(yè)選修課，本課程主要研究機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與基本理論。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，可使學(xué)生掌握工業(yè)機(jī)器人基本概念、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)理論、工業(yè)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工業(yè)機(jī)器人控制等方面的知識(shí)。其主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生：1、 掌握工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，具有進(jìn)行總體設(shè)計(jì)的能力；2、 掌握工業(yè)機(jī)器人整體性能、主要部件性能的分析方法； 3、 掌握工業(yè)機(jī)器人常用的控制理論與方法，具有進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力；4、 了解工業(yè)機(jī)器人的新理論，新方法及發(fā)展趨向。二、教學(xué)內(nèi)容及基本要求第一章 緒論教學(xué)目的和要求：了解工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展及現(xiàn)狀，結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用情況。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：介紹工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程，掌握機(jī)器人的概念、特點(diǎn)、工業(yè)機(jī)器人的基本分類(lèi)、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用、工業(yè)機(jī)器人的組成以及主要性能參數(shù)，工業(yè)機(jī)器人的手部、腕部、臂部、機(jī)座的結(jié)構(gòu)原理和實(shí)例。教學(xué)方法與手段：課堂教學(xué)第一節(jié)  機(jī)器人的分類(lèi) 第二節(jié)  工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用和發(fā)展1.2.1 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用1.2.2 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 第三節(jié)  工業(yè)機(jī)器人的基本組成及技術(shù)參數(shù) 1.3.1 工業(yè)機(jī)器人的基本組成 1.3.2 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù) 1.3.3 工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo) 1.3.4 工業(yè)機(jī)器人的參考坐標(biāo)系習(xí)題第二章 工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)教學(xué)目的和要求：本部分介紹常用機(jī)器人機(jī)構(gòu)， 要求學(xué)生掌握常用機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)形式。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：主要介紹機(jī)器人末端操作器、手腕、手臂及機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)形式。教學(xué)方法與手段：課堂教學(xué)第一節(jié)  機(jī)器人末端操作器 2.1.1 夾鉗式取料手 2.1.2 吸附式取料手 2.1.3 專(zhuān)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(jī)器人手腕2.2.1 手腕的分類(lèi) 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(jī)器人手臂 第四節(jié)  機(jī)器人機(jī)座 2.4.1 固定式機(jī)器人 2.4.2 移動(dòng)式機(jī)器人 第五節(jié)  工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng) 2.5.1 直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 2.5.2 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 2.5.3 直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的選用和制動(dòng) 2.5.4 工業(yè)機(jī)器人的傳動(dòng) 2.5.5 新型的驅(qū)動(dòng)方式2.5.6 驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)方式的應(yīng)用習(xí)題第三章 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)教學(xué)目的和要求：機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)主要研究?jī)蓚€(gè)問(wèn)題：一個(gè)是運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題，即給定機(jī)器人手臂、腕部等各個(gè)構(gòu)件的幾何參數(shù)及各個(gè)關(guān)節(jié)變量求機(jī)器人手部對(duì)參考坐標(biāo)系的位置和姿態(tài)；介紹機(jī)器人的微移動(dòng)和微轉(zhuǎn)動(dòng)概念、兩坐標(biāo)系間的微分運(yùn)動(dòng)關(guān)系、變換式（方程）中的微分關(guān)系、機(jī)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(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：通過(guò)介紹連桿參數(shù)和關(guān)節(jié)變量的設(shè)定、桿件坐標(biāo)系的建立原則、相鄰桿件運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系A(chǔ)矩陣，掌握機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程的建立、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程的求解過(guò)程。教學(xué)方法與手段：課堂教學(xué)第一節(jié)  工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué) 3.1.1 工業(yè)機(jī)器人位姿描述 3.1.2 齊次變換及運(yùn)算3.1.3 工業(yè)機(jī)器人的連桿參數(shù)和齊次變換矩陣3.1.4 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 第二節(jié)  工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué) 3.2.1 工業(yè)機(jī)器人速度分析 3.2.2 工業(yè)機(jī)器人靜力分析 3.2.3 工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析 第三節(jié)  工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)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(xí)題第四章 工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感覺(jué)技術(shù)教學(xué)目的和要求：機(jī)器人傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)及常用傳感器類(lèi)型。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：機(jī)器人多傳感器融合技術(shù)。教學(xué)方法與手段：課堂教學(xué)第一節(jié)  工業(yè)機(jī)器人的視覺(jué) 4.1.1 視覺(jué)系統(tǒng)的硬件組成4.1.2 機(jī)器人視覺(jué)的應(yīng)用 第二節(jié)  工業(yè)機(jī)器人的觸覺(jué)4.2.1 機(jī)器人的接觸覺(jué) 4.2.2 機(jī)器人的接近覺(jué) 4.2.3 機(jī)器人的壓覺(jué) 4.2.4 機(jī)器人的滑覺(jué) 4.2.5 機(jī)器人的力覺(jué)第三節(jié)  工業(yè)機(jī)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(jué)智能機(jī)器人習(xí)題第五章 機(jī)器人控制教學(xué)目的和要求：掌握機(jī)器人的基本控制方法，工業(yè)機(jī)器人控制的特點(diǎn)及分類(lèi)、工業(yè)機(jī)器人位置控制、工業(yè)機(jī)器人力控制。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：機(jī)器人的基本控制原理、點(diǎn)位控制方式、連續(xù)軌跡控制方式原理。教學(xué)方法與手段：課堂教學(xué)第一節(jié)  工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 第二節(jié)  工業(yè)機(jī)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(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制 第三節(jié)  工業(yè)機(jī)器人的控制方式 5.3.1 點(diǎn)位控制方式（PTP）5.3.2 連續(xù)軌跡控制方式（CP）習(xí)題三、課程教學(xué)的特色說(shuō)明四、考試大綱1考試的目的與作用檢查學(xué)生對(duì)該課程內(nèi)容的掌握程度。2考核內(nèi)容與考核目標(biāo)機(jī)器人的定義和分類(lèi)；機(jī)器人的應(yīng)用；機(jī)器人的坐標(biāo)形式及其各自的優(yōu)缺點(diǎn)；機(jī)器人外形結(jié)構(gòu)；機(jī)器人內(nèi)部機(jī)構(gòu)及原理和設(shè)計(jì)要求；機(jī)器人機(jī)身和臂部的作用及設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題；機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式及特點(diǎn)；機(jī)器人手爪設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)及夾鉗式手部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容；機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)和減速器的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、工作原理；機(jī)器人常用的幾種直流電機(jī)及其優(yōu)缺點(diǎn)；步進(jìn)電機(jī)的工作原理；齊次坐標(biāo)；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(biāo)系的確定；機(jī)器人坐標(biāo)系的建立；機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)；機(jī)器人的控制特點(diǎn)和策略；伺服系統(tǒng)的基本概念；機(jī)器人控制的硬件系統(tǒng)；、單自由度機(jī)器人的控制；機(jī)器人示教的三種方式；機(jī)器人傳感器的選擇要求；機(jī)器人常用的幾種主要的傳感器及其工作原理；機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)；滑覺(jué)傳感器和握力自適應(yīng)控制；3主要參考書(shū)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)郭洪紅主編西安電子科技大學(xué)出版社2006機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)熊有倫主編華中理工大學(xué)出版社1996工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)李允文主編機(jī)械工業(yè)出版社1996機(jī)器人與控制技術(shù)孫迪生王炎主編.機(jī)械工業(yè)出版社19974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(shí)點(diǎn)6題目類(lèi)型與考核方式 大作業(yè)或?qū)W術(shù)論文。7成績(jī)?cè)u(píng)定辦法 根據(jù)大作業(yè)或?qū)W術(shù)論文，結(jié)合平時(shí)出勤及課堂提問(wèn)情況給出最終成績(jī)。五、學(xué)時(shí)分配學(xué)時(shí)分配表教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)時(shí)數(shù)課程內(nèi)容講課實(shí)驗(yàn)習(xí)題課其它小計(jì)第一章 緒論22第二章 工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)22第三章 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)66第四章 工業(yè)機(jī)器人的環(huán)境感覺(jué)技術(shù)44第五章 機(jī)器人控制44總 計(jì)1818六、課程主要參考書(shū)1.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)郭洪紅主編西安電子科技大學(xué)出版社20062機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)熊有倫主編華中理工大學(xué)出版社19963.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)李允文主編機(jī)械工業(yè)出版社19964.機(jī)器人與控制技術(shù)孫迪生王炎主編.機(jī)械工業(yè)出版社1997制定（修訂）人： 審核人： 批準(zhǔn)人：修訂時(shí)間：2011年3月審核時(shí)間：2011年3月 批準(zhǔn)時(shí)間：