《工业机器人技术》课程教学大纲

工业机器人技术课程教学大纲课程编号：S4080370课程名称：工业机器人技术课程英文名称：INDUSTRIAL ROBOT TECHNOLOGY总学时：30 讲课学时：26 实验学时：4 上机学时：0学 分：2课程类型：限选课开课单位：机电工程学院机械制造及自动化系 授课对象：机电工程学院机械设计制造及其自动化专业、其它相关专业先修课程：线性代数、测试技术及仪器开课时间：第七学期教材与主要参考书：尤波、王广林等编.工业机器人技术.校内讲义陈哲、吉熙章编著.机器人技术基础.机械工业出版社 1994年 蔡自兴著.机器人学.清华大学出版社 2000年一、课程教学目的本课程将系统的介绍机器人技术的九个重要组成部分的基础知识，将综合运用所学数学、力学、电子、机械、计算机等多种学科知识，分析解决机器人学中的主要问题。培养学生从事多学科交叉渗透、综合运用的科学研究能力。二、教学内容及基本要求（一） 本课程的主要章节 本课程的主要内容有：机器人学基础知识，机器人运动学和动力学，机器人的轨迹控制和力控制以及机器人中的主要技术，包括机器人控制器、机器人伺服系统、机器人的语言、机器人的感觉系统和机器人的移动技术等。 本课程的主要章节有：第一章 机器人技术；（2学时）机器人学的发展史及机器人学教育、机器人学的术语和定义及其与其他学科的关系、机器人的分类和组成、操作机几何学。第二章 机器人坐标系统；（4学时）位置与姿态、正交坐标系、转动的表示法、齐次变换、机器人的坐标系统。第三章 位置运动学；（4学时）手部位姿与关节变量的关系正问题、关节变量与手部位姿的关系逆问题。第四章 速度运动学；（2学时）操作机的微分运动、雅可比矩阵及其变换。第五章 轨迹控制；（2学时）轨迹的记录与再现、笛卡尔运动与轨迹设计、轨迹控制多项式、笛卡尔控制等。第六章 机器人动力学；（2学时）动力学方程的推导、动力学方程的应用。第七章 力控制与柔性机器人；（3学时）位置控制与力控制策略、组合控制策略、柔性机器人系统、力和力矩的直接敏感。第八章 机器人中的主要技术；（1学时）现代机器人组成和功能、机器人的主要技术、机器人的分代与技术内容。第九章 机器人控制器；（1学时）机器人控制器功能与组成、机器人控制方式、机器人的示教再现控制、计算机控制。第十章 机器人伺服系统；（1学时）机器人伺服控制的特点、伺服机构的分类、控制模型、常用的伺服控制方法。第十一章 机器人语言；（1学时）机器人语言的特点和分类、VAL语言及编程举例。第十二章 机器人的感觉技术；（1学时）感觉装置分类及技术内容、光轴编码器、触觉技术介绍、听觉技术介绍、视觉技术介绍。第十三章 机器人移动技术；（1学时）移动机构、移动方向的诱导方法、移动机器人的追踪控制。第十四章 机器人实例与发展趋势；（1学时）工业机器人系统实例、机器人发展趋势、机器人技术在我国的迅速发展。（二）其他教学环节安排1、实验安排4学时，实验内容有：工业机器人结构及控制实验（2学时）；工业机器人上下料及装配实验（2学时）；（三）考试权重平时成绩占10，实验成绩占10，期末考试成绩占80。（四）实验项目明细表序号实验项目名称学时实验要求实验类型每组人数1工业机器人结构及控制2必修综合22工业机器人上下料及装配实验2必修设计2工业机器人技术课程教学设计（一）基本描述课程编号：S4080370课程名称：工业机器人技术英文译名：INDUSTRIAL ROBOT TECHNOLOGY课程学时：30 讲课：26 实验：4 上机：0 适用专业：机电工程学院机械设计制造及其自动化专业、其他相关专业开课单位：机电工程学院机械制造及自动化系开课时间：第七学期先修课程：线性代数、机械工程测试技术主要教材及参考书：尤波、王广林等编.工业机器人技术.校内讲义陈哲、吉熙章编著.机器人技术基础.机械工业出版社 1994年 蔡自兴著.机器人学.清华大学出版社 2000年（二）课程的性质、研究对象及任务工业机器人技术是一门机械工程学科中机电控制及其结合的专业模块课。本课程研究对象是分析解决机器人学中的主要问题，为以后机电结合的设计和使用技术打下基础。本课程的主要任务是培养学生从事多学科交叉渗透、综合运用的科学研究能力。（三）教材的选择与分析近年来，国内关于工业机器人技术方面的教材和书籍很多。本课程选择尤波、王广林等编写的工业机器人技术，参考教材选择陈哲、吉熙章编著机器人技术基础（机械工业出版社）和蔡自兴著机器人学（清华大学出版社）。（四）本课程各章的主要内容与基本要求、重点与难点、学时分配第一章 机器人技术（2学时） 对机器人学这门学科的产生、发展以及特点等方面的背景有一个概括地介绍。包括机器人学的发展史及机器人学教育、机器人学的术语和定义及其与其他学科的关系、机器人的分类和组成、操作机几何学。基本要求：了解机器人学的发展史及机器人学教育、掌握机器人学的术语和定义，了解其与其他学科的关系、掌握机器人的分类和组成、操作机几何学。重点: 机器人的分类和组成、操作机几何学。难点: 操作机几何学第二章 机器人坐标系统；（4学时）为了表示组成机器人系统的各个元部件的位置和姿态，表示它们之间的运动关系，需要采用一套机器人坐标系统。包括位置与姿态、正交坐标系、转动的表示法、齐次变换、机器人的坐标系统等知识。基本要求：掌握位置与姿态、正交坐标系、转动的表示法、齐次变换、机器人的坐标系统等知识。重点与难点: 正交坐标系、齐次变换、机器人的坐标系统重点与难点: 齐次变换第三章 位置运动学；（4学时）运动学处理运动的几何学以及与时间有关的量，而不考虑引起运动的力，搞清机器人运动的几何关系是认识机器人的首要问题。基本要求：掌握包括手部位姿与关节变量的关系正问题、关节变量与手部位姿的关系逆问题。重点和难点: 正问题和逆问题第四章 速度运动学；（7学时）操作机不仅需要达到某个或一系列的位置，而且需要按给定的速度达到这些位置，所以要考虑速度运动学。包括操作机的微分运动、雅可比矩阵及其变换。基本要求：掌握操作机的微分运动、雅可比矩阵及其变换。重点和难点: 雅可比矩阵及其变换。第五章 轨迹控制；（2学时）在工程应用中经常需要使操作机在空间一系列的给定点上平稳的运动，因此就涉及到轨迹控制的问题，属于运动学的范畴。包括轨迹的记录与再现、笛卡尔运动与轨迹设计、轨迹控制多项式、笛卡尔控制等。基本要求：了解轨迹的记录与再现、掌握笛卡尔运动与轨迹设计、轨迹控制多项式、笛卡尔控制。重点: 轨迹控制多项式、笛卡尔控制难点: 轨迹控制多项式第六章 机器人动力学；（2学时）在机器人动力学的基础上考虑力对具有一定质量或惯量的物体运动的影响。包括动力学方程的推导、动力学方程的应用。基本要求：掌握动力学方程的推导、了解动力学方程的应用。重点和难点: 动力学方程的推导第七章 力控制与柔性机器人（3学时）为了考虑机器人手部所施加的力作用，需要在位置控制的基础上引入力控制以及组合控制的概念。包括位置控制与力控制策略、组合控制策略、柔性机器人系统、力和力矩的直接敏感。基本要求：掌握位置控制与力控制策略、组合控制策略、了解柔性机器人系统、力和力矩的直接敏感。重点和难点:位置控制与力控制策略、组合控制策略。第八章 机器人中的主要技术；（1学时）机器人技术是研究机器人工程技术的学问，期望用机构、传感器、驱动器及计算机等把类人的功能综合起来。包括现代机器人组成和功能、机器人的主要技术、机器人的分代与技术内容。基本要求：了解现代机器人组成和功能、机器人的主要技术、机器人的分代与技术内容。第九章 机器人控制器；（1学时）机器人控制器相当于人的大脑，它指挥机器人的动作，并协调机器人与生产系统之间的关系，它是反映机器人功能和水平的核心部分。包括机器人控制器功能与组成、机器人控制方式、机器人的示教再现控制、计算机控制。基本要求：了解机器人控制器功能与组成、机器人控制方式、机器人的示教再现控制、计算机控制。第十章 机器人伺服系统；（1学时）机器人伺服系统主要由启动器、减速机传动机构、传感器及计算机组成，作用是控制机器人的位姿、速度等跟随目标值变化。包括机器人伺服控制的特点、伺服机构的分类、控制模型、常用的伺服控制方法。基本要求：了解机器人伺服控制的特点、伺服机构的分类、控制模型、常用的伺服控制方法。第十一章 机器人语言；（1学时）对于机器人采用示教的方式，不存在语言编程问题，然而存在停产时间长，不适应操作对象和外界环境变化等缺点，因此采用机器人语言编程，可使机器人停产时间很短，能实现机器人的感觉控制。包括机器人语言的特点和分类、VAL语言及编程举例。基本要求：了解机器人语言的特点和分类、VAL语言。第十二章 机器人的感觉技术；（1学时）机器人配置感觉装置，赋予它对作业对象和环境的检测判断功能，则机器人就能适应变化的情况，灵活地改变动作程序，自动地进行作业。包括感觉装置分类及技术内容、光轴编码器、触觉技术介绍、听觉技术介绍、视觉技术介绍。基本要求：了解感觉装置分类及技术内容、光轴编码器、触觉技术、听觉技术、视觉技术。第十三章 机器人移动技术；（1学时）移动机器人的行走部分包括移动机构、驱动装置、传感探测器等，它一方面支撑机身、臂、手部等，另一方面根据要求在广阔的空间内运动，使机器人的性能有了飞跃性的提高。包括移动机构、移动方向的诱导方法、移动机器人的追踪控制。基本要求：了解移动机构、移动方向的诱导方法、移动机器人的追踪控制第十四章 机器人实例与发展趋势；（1学时）介绍机器人实例与发展趋势。包括工业机器人系统实例、机器人发展趋势、机器人技术在我国的迅速发展。基本要求：了解工业机器人系统实例、机器人发展趋势、机器人技术在我国的迅速发展（五）课程的讲授任课教师必须做到下面几点：1）认真备课，做好教案，熟练掌握课程的基本内容。2）采用启发式、讨论式的教学方法，以学生为中心，活跃课堂气氛，调动学生学习的主动性、积极性，培养学生逻辑思维能力、分析问题能力和解决问题能力。3）讲课思路要清晰，包括：问题的提出、解决问题的条件、建立模型、分析解决问题的思路、解题和总结等；概念要准确，重点要突出，理论联系实际，要适时反映本学科发展的前沿理论和技术，特别是将本单位的科研成果引入课堂。4）教学手段要完备，根据教学内容的要求，恰当运用图片、挂图、CAI课件和多媒体等。（六）实验和作业本课程是一门理论性、实践性都很强的专业模块课，实验教学是培养学生的动手能力和创新精神的重要教学环节。共安排了4学时实验。具体的实验如下：工业机器人结构及控制实验（2学时）；工业机器人上下料及装配实验（2学时）；（七）考核办法平时成绩占10，实验占10，期末考试成绩占80。8