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《工業(yè)機器人技術(shù)》課程教學(xué)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(xué)時/學(xué)分:18/1
課程性質(zhì):
3、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(xué),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(xué)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(xué)習(xí),可使學(xué)生掌握工業(yè)機器人基本概念、機器人運動學(xué)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(xué)生:
1、 掌握工業(yè)機器人運動系統(tǒng)設(shè)計方法,具有進(jìn)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(jìn)行工業(yè)機器人控制系統(tǒng)設(shè)計的
4、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(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(xué)方法與手段:課堂教學(xué)
第一節(jié) 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
5、
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(biāo)
1.3.4工業(yè)機器人的參考坐標(biāo)系
習(xí)題
第二章 工業(yè)機器人機構(gòu)
教學(xué)目的和要求:本部分介紹常用機器人機構(gòu), 要求學(xué)生掌握常用機器人機構(gòu)設(shè)計形式。
教學(xué)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(xué)方法與手段:課堂教學(xué)
第一節(jié) 機器人末端操作器
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)
6、 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(xí)題
第三章 機器人運動學(xué)
教學(xué)目的和要求:機器人運動學(xué)主要研究兩個問題:一個是運動學(xué)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(biāo)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(biāo)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
7、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(biāo)系的建立原則、相鄰桿件運動學(xué)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(xué)方法與手段:課堂教學(xué)
第一節(jié) 工業(yè)機器人的運動學(xué)
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(xué)方程
第二節(jié) 工業(yè)機器人的動力學(xué)
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(xué)分析
第三節(jié) 工業(yè)機器人
8、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(xí)題
第四章 工業(yè)機器人的環(huán)境感覺技術(shù)
教學(xué)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(xué)重點和難點:機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.
9、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(xí)題
第五章 機器人控制
教學(xué)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。
教學(xué)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(xué)方法與手段:課堂教學(xué)
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(xí)題
三、課程教學(xué)的特色說明
10、
四、考試大綱
1.考試的目的與作用
檢查學(xué)生對該課程內(nèi)容的掌握程度。
2.考核內(nèi)容與考核目標(biāo)
機器人的定義和分類;機器人的應(yīng)用;機器人的坐標(biāo)形式及其各自的優(yōu)缺點;機器人外形結(jié)構(gòu);機器人內(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(jìn)電機的工作原理;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;機器人坐標(biāo)系的建立;機器人機構(gòu)運動學(xué);機器人的控
11、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(xué)出版社.2006
《機器人技術(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
12、
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(xué)時分配
學(xué)時分配表
教學(xué)環(huán)節(jié)
教學(xué)時數(shù)
課程內(nèi)容
講
課
實
驗
習(xí)
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(xué)和動力學(xué)
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
13、
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(xué)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(xué)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(zhǔn)人:
修訂時間:2011年3月 審核時間:2011年3月 批準(zhǔn)時間:
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