《工業(yè)機(jī)器人原理與應(yīng)用》教學(xué)大綱

《工業(yè)機(jī)器人原理與應(yīng)用》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：03152541課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：2學(xué)分學(xué)時：32學(xué)時（理論32學(xué)時）先修課程：工程力學(xué)、電工與電子技術(shù)等后續(xù)課程：焊接工程與裝備、焊接機(jī)器人編程與操作、焊接自動化技術(shù)等適用專業(yè)：焊接技術(shù)與工程開課單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院一、課程說明《工業(yè)機(jī)器人原理與應(yīng)用》是焊接技術(shù)與工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課。本課程的主要內(nèi)容包括工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)知識、基本原理、編程調(diào)試，以及工業(yè)機(jī)器人的典型應(yīng)用。通過對本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)生直觀的認(rèn)識；了解機(jī)器人的運動學(xué)方程，工業(yè)機(jī)器人的運行原理及控制方式；熟悉工業(yè)機(jī)器人的調(diào)試基礎(chǔ)及編程語言；掌握工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的典型應(yīng)用，使學(xué)生建立工業(yè)機(jī)器人基本原理與實際工業(yè)應(yīng)用之間的連接。通過本課程可以培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力、總結(jié)歸納能力及自學(xué)新知識的能力，同時為學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下必要的基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：培養(yǎng)學(xué)生積極推廣和創(chuàng)新新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備的創(chuàng)新精神，為國家的可持續(xù)發(fā)展積極貢獻(xiàn)力量的愛國思想，以及崇尚勞動、熱愛勞動、辛勤勞動、誠實勞動的勞動精神。課程目標(biāo)2：掌握工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)知識、基本原理；熟悉工業(yè)機(jī)器人的編程調(diào)試的步驟及要點；熟悉工業(yè)機(jī)器人的典型應(yīng)用。培養(yǎng)學(xué)生初步具備工業(yè)機(jī)器人調(diào)試、現(xiàn)場維護(hù)等方面的能力。課程目標(biāo)3：培養(yǎng)學(xué)生將工業(yè)機(jī)器人基本原理與實際工業(yè)應(yīng)用之間相結(jié)合的綜合分析、創(chuàng)新能力，分析問題、解決問題的科學(xué)方法，以及勤于思考、勇于創(chuàng)新、為國家建設(shè)不懈努力的科學(xué)精神。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《工業(yè)機(jī)器人原理與應(yīng)用》課程教學(xué)目標(biāo)對焊接技術(shù)與工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識1.1掌握數(shù)學(xué)、物理的基礎(chǔ)知識，領(lǐng)會數(shù)學(xué)、自然科學(xué)的重要思想和思維方法，理解焊接專業(yè)相關(guān)復(fù)雜工程問題的表述方法。課程目標(biāo)2：掌握工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)知識、基本原理；熟悉工業(yè)機(jī)器人的編程調(diào)試的步驟及要點；熟悉工業(yè)機(jī)器人的典型應(yīng)用。培養(yǎng)學(xué)生初步具備工業(yè)機(jī)器人調(diào)試、現(xiàn)場維護(hù)等方面的能力。M1.3掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識，能夠?qū)⒑附庸こ填I(lǐng)域的相關(guān)知識和數(shù)學(xué)模型用于推演和分析，并用于解決焊接專業(yè)相關(guān)復(fù)雜工程問題。課程目標(biāo)2：掌握工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)知識、基本原理；熟悉工業(yè)機(jī)器人的編程調(diào)試的步驟及要點；熟悉工業(yè)機(jī)器人的典型應(yīng)用。培養(yǎng)學(xué)生初步具備工業(yè)機(jī)器人調(diào)試、現(xiàn)場維護(hù)等方面的能力。2.問題分析2.3能夠運用相關(guān)知識，并通過文獻(xiàn)研究分析焊接專業(yè)相關(guān)復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。課程目標(biāo)1：培養(yǎng)學(xué)生積極推廣和創(chuàng)新新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備的創(chuàng)新精神，為國家的可持續(xù)發(fā)展積極貢獻(xiàn)力量的愛國思想，以及崇尚勞動、熱愛勞動、辛勤勞動、誠實勞動的勞動精神。課程目標(biāo)2：掌握工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)知識、基本原理；熟悉工業(yè)機(jī)器人的編程調(diào)試的步驟及要點；熟悉工業(yè)機(jī)器人的典型應(yīng)用。培養(yǎng)學(xué)生初步具備工業(yè)機(jī)器人調(diào)試、現(xiàn)場維護(hù)等方面的能力。M3.設(shè)計/開發(fā)解決方案3.1能夠設(shè)計針對焊接專業(yè)相關(guān)復(fù)雜工程問題的合理解決方案，設(shè)計滿足國家和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求的基礎(chǔ)焊接工程方案設(shè)計、工藝流程設(shè)計。課程目標(biāo)3：培養(yǎng)學(xué)生將工業(yè)機(jī)器人基本原理與實際工業(yè)應(yīng)用之間相結(jié)合的綜合分析、創(chuàng)新能力，分析問題、解決問題的科學(xué)方法，以及勤于思考、勇于創(chuàng)新、為國家建設(shè)不懈努力的科學(xué)精神。M3.2能夠運用專業(yè)知識，通過分析、類比等方式提出滿足要求的解決方案。課程目標(biāo)3：培養(yǎng)學(xué)生將工業(yè)機(jī)器人基本原理與實際工業(yè)應(yīng)用之間相結(jié)合的綜合分析、創(chuàng)新能力，分析問題、解決問題的科學(xué)方法，以及勤于思考、勇于創(chuàng)新、為國家建設(shè)不懈努力的科學(xué)精神。注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點難點理論學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識1.1工業(yè)機(jī)器人概述1.2工業(yè)機(jī)器人分類1.3工業(yè)機(jī)器人的組成1.4工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用教學(xué)要求：使學(xué)生掌握工業(yè)機(jī)器人的概念、發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢、分類、組成及應(yīng)用等基礎(chǔ)知識。重點:工業(yè)機(jī)器人的概念、發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢、分類、組成。難點:工業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)。21、22.工業(yè)機(jī)器人運動學(xué)基礎(chǔ)2.1機(jī)械手運動的表示方法2.2手爪位置和關(guān)節(jié)變量的關(guān)系2.3雅可比矩陣2.4手爪力和關(guān)節(jié)驅(qū)動力的關(guān)系2.5機(jī)械手運動方程式的求解教學(xué)要求：使學(xué)生掌握機(jī)械手運動的表示方法；熟悉手爪位置和關(guān)節(jié)變量的關(guān)系；了解雅可比矩陣、手爪力和關(guān)節(jié)驅(qū)動力的關(guān)系；機(jī)械手運動方程式的求解。重點:機(jī)器人位置與姿態(tài)的描述。難點:雅可比矩陣、手爪力和關(guān)節(jié)驅(qū)動力的關(guān)系、機(jī)械手運動方程式的求解。42、33.工業(yè)機(jī)器人操作基礎(chǔ)3.1工業(yè)機(jī)器人裝調(diào)安全規(guī)程3.2工業(yè)機(jī)器人的開關(guān)機(jī)及模式切換3.3工業(yè)機(jī)器人示教器使用3.4工業(yè)機(jī)器人的數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)3.5工業(yè)機(jī)器人的校準(zhǔn)3.6SMB電池更換3.7ABB機(jī)器人程序數(shù)據(jù)的建立教學(xué)要求：使學(xué)生掌握工業(yè)機(jī)器人裝調(diào)安全規(guī)程、開關(guān)機(jī)及模式切換、示教器使用、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)；熟悉工業(yè)機(jī)器人的校準(zhǔn)、SMB電池更換方法；熟悉工業(yè)機(jī)器人程序數(shù)據(jù)的建立。重點:工業(yè)機(jī)器人裝調(diào)安全規(guī)程、開關(guān)機(jī)及模式切換、示教器使用、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)。難點:工業(yè)機(jī)器人的校準(zhǔn)、SMB電池更換方法、程序數(shù)據(jù)的建立。41、2、34.工業(yè)機(jī)器人調(diào)試基礎(chǔ)4.1RobotStudio軟件應(yīng)用4.2工業(yè)機(jī)器人工具坐標(biāo)設(shè)定4.3工業(yè)機(jī)器人工件坐標(biāo)設(shè)定4.4工業(yè)機(jī)器人編程基礎(chǔ)4.5模塊化程序設(shè)計概念4.6程序運行調(diào)試（ABB）教學(xué)要求：使學(xué)生掌握工業(yè)機(jī)器人調(diào)試方法。包括熟悉RobotStudio軟件應(yīng)用、工業(yè)機(jī)器人工具坐標(biāo)設(shè)定、工件坐標(biāo)設(shè)定；掌握工業(yè)機(jī)器人編程基礎(chǔ)；掌握模塊化程序設(shè)計概念；熟悉程序運行調(diào)試方法。重點:RobotStudio軟件，工業(yè)機(jī)器人工具坐標(biāo)設(shè)定、工件坐標(biāo)設(shè)定，工業(yè)機(jī)器人編程基礎(chǔ)，模塊化程序設(shè)計概念。難點:工業(yè)機(jī)器人程序運行調(diào)試。41、2、35.搬運機(jī)器人調(diào)試5.1搬運工作站任務(wù)分析與介紹5.2搬運工作站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5.3搬運工作站知識基礎(chǔ)5.4搬運工作站程序結(jié)構(gòu)及程序主體教學(xué)要求:使學(xué)生掌握搬運工作站的基本任務(wù)；熟悉搬運工作站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；掌握搬運工作站知識基礎(chǔ)；了解搬運工作站程序結(jié)構(gòu)及程序主體。重點:搬運工作站任務(wù)分析、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)難點:搬運工作站程序結(jié)構(gòu)及程序主體。41、2、36.機(jī)器人碼垛6.1機(jī)器人碼垛任務(wù)分析與介紹6.2機(jī)器人碼垛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6.3機(jī)器人碼垛知識基礎(chǔ)6.4機(jī)器人碼垛程序結(jié)構(gòu)及程序主體教學(xué)要求：使學(xué)生掌握機(jī)器人碼垛任務(wù)；了解機(jī)器人碼垛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；掌握機(jī)器人碼垛相關(guān)基礎(chǔ)知識；了解機(jī)器人碼垛程序結(jié)構(gòu)及程序主體。重點:機(jī)器人碼垛任務(wù)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。難點:機(jī)器人碼垛程序結(jié)構(gòu)及主體。41、2、37.弧焊機(jī)器人調(diào)試7.1弧焊機(jī)器人任務(wù)分析與介紹7.2弧焊機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)7.3機(jī)器人焊接系統(tǒng)知識基礎(chǔ)7.4弧焊項目實施教學(xué)要求：使學(xué)生掌握弧焊機(jī)器人任務(wù)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；熟悉機(jī)器人焊接系統(tǒng)基礎(chǔ)知識；能夠完成弧焊項目實施。重點:弧焊機(jī)器人任務(wù)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及機(jī)器人焊接系統(tǒng)基礎(chǔ)知識。難點:弧焊項目實施。61、2、38.機(jī)器人視覺8.1機(jī)器人視覺分揀任務(wù)分析與介紹8.2機(jī)器人視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8.3機(jī)器人視覺知識基礎(chǔ)8.4機(jī)器人視覺檢測程序結(jié)構(gòu)及程序主體教學(xué)要求：使學(xué)生熟悉機(jī)器人視覺分揀任務(wù)、機(jī)器人視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；了解機(jī)器人視覺基礎(chǔ)知識，以及機(jī)器人視覺檢測程序結(jié)構(gòu)及程序主體。重點:機(jī)器人視覺分揀任務(wù)、機(jī)器人視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。難點:機(jī)器人視覺檢測程序結(jié)構(gòu)及程序主體。41、2、3合計32五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、典型產(chǎn)品分析、階段測驗、視頻資源共享等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。學(xué)生比較全面理解工業(yè)機(jī)器人相關(guān)的基礎(chǔ)知識、基本原理、編程調(diào)試和典型應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生初步具備工業(yè)機(jī)器人調(diào)試、現(xiàn)場維護(hù)等方面的能力。六、課程資源1.推薦教材：李光雷.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2019.09.2.參考書：（1）蘭虎.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用(第二版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2020.01.（2）郭洪紅.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)（第四版）[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2021.12.（3）陳公興.工業(yè)機(jī)器人人機(jī)界面與示教編程[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2016.12.3.期刊：（1）戴熙禮.工業(yè)機(jī)器人及視覺傳感技術(shù)在堆焊再制造中的應(yīng)用[J].焊接技術(shù),2022,51(09):92-96.（2）張立香,孟欣佳,王曉敏,等.雙工業(yè)機(jī)器人同步作業(yè)的無碰撞路徑規(guī)劃方法[J].制造業(yè)自動化,2022,44(09):215-220.（3）向艷芳,王艷.七軸工業(yè)機(jī)器人在智能制造生產(chǎn)線中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2022,58(09):183-186.（4）李特.基于多傳感器技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用研究[J].電子元器件與信息技術(shù),2022,6(09):106-109.（5）BrightTyrone,AdaliSarp,BrightGlen.Low-CostSensoryGloveforHuman-RobotCollabora-tioninAdvancedManufacturingSystems[J].Robotics,2022,11(03):56-57.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）房立今.機(jī)器人基礎(chǔ)原理.東北大學(xué).中國大學(xué)MOOC,2020.https://www.icourse163.Org/course/NEU-1003431001?tid=1450240442.（2）蔣慶斌.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ).常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院.中國大學(xué)MOOC,2020./course/CZMEC-1207434801?tid=1207780201.七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核構(gòu)成，具體考核/評價細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表3。表3課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂表現(xiàn)20（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進(jìn)行考核，滿分100分；（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?88作業(yè)10（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績；（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?44階段測驗10（1）根據(jù)每次階段測驗評分，滿分100分；（2）每次階段測驗單獨評分，取各次測驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績；（3）以階段測驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?44期末考核60（1）期末大作業(yè)成績100分，以大作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績；（2）主要考核工業(yè)機(jī)器人的基本概念、基本原理和基本方法，以及對工業(yè)機(jī)器人編程、調(diào)試和維護(hù)的能力?！獭獭?04010合計：100分185626八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、階段測驗、作業(yè)、期末大作業(yè)等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇蛇^程性考核成績和期末大作業(yè)成績組成。其中：期末大作業(yè)為100分（權(quán)重60%），主要考核工業(yè)機(jī)器人的基本概念、基本原理和基本方法，以及對工業(yè)機(jī)器人編程、調(diào)試和維護(hù)的能力。課堂表現(xiàn)、階段測驗、作業(yè)等過程性考核成績?yōu)?00分（權(quán)重40%）；考核分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時基本成比例。2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點考核內(nèi)容、評價標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表4。表4過程性考核方式評價標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)50筆記完整，積極參與教學(xué)活動，踴