2025年工业机器人技术及应用教案工业机器人的机械结构和运动控制.pdfVIP

海纳百川，有容乃大；壁立千仞，无欲则刚。——林则徐

工业机器人技术及应用教案工业机器人的机械结构和运

动控制

教学目标：

1.了解工业机器人的机械结构和运动控制的基本原理；

2.掌握工业机器人的运动学和逆运动学；

3.熟悉工业机器人的运动控制方法。

教学内容：

一、工业机器人的机械结构

1.机械臂：

a.结构：基座、臂身、关节；

b.运动范围：工作空间、关节角度限制；

c.关节传动形式：旋转关节、滑动关节；

d.组成形式：串联型、并联型。

2.末端执行器：

a.夹具：夹持工件的装置；

b.工具：用于工件加工或操作的设备。

二、工业机器人的运动控制

1.运动学：

a.正向运动学：通过给定的关节角度求解末端执行器的位置和姿态；

太上有立德，其次有立功，其次有立言，虽久不废，此谓不朽。——《左传》

b.逆向运动学：通过给定的末端执行器的位置和姿态求解关节角度。

2.运动控制方法：

a.离散控制：通过对机器人关节进行离散控制实现末端执行器的运动；

b.路径规划：根据工件的形状和要求，规划机器人的路径以实现精准

的运动；

c.弯曲运动：在一些情况下，需要机器人进行弯曲运动，采用弯曲臂

机器人；

d.反馈控制：通过传感器对机器人的位置、力量等进行检测和反馈，

实现精确控制。

三、工业机器人的应用

1.自动化生产线：在制造业中广泛应用，替代人工完成重复性、危险

性和高精度的操作任务。

2.电子制造业：用于焊接、插装、组装等操作；

3.汽车制造业：用于焊接、涂装、装配等工序；

4.医疗领域：用于手术、康复训练等任务；

5.家庭服务：近年来，逐渐应用于家庭中的清洁、助老等服务领域。

教学步骤：

1.引入：通过视频或图片展示工业机器人的应用场景，引起学生的兴

趣。

英雄者，胸怀大志，腹有良策，有包藏宇宙之机，吞吐天地之志者也。——《三国演义》

2.讲解：介绍工业机器人的机械结构和运动控制的基本原理，包括机

械臂的结构、末端执行器的类型和运动学、逆运动学的概念。

3.演示：通过实物展示或动画演示，展示工业机器人的机械结构和运

动控制的过程，让学生更直观地理解。

4.讨论：以实际应用为例，讨论不同行业中工业机器人的应用情况及

其优势。

5.练习：设计简单的工业机器人运动控制实验，让学生根据给定的条

件计算出关节角度或末端执行器的位置和姿态。

6.总结：总结工业机器人的机械结构和运动控制的要点，并对工业机

器人的应用进行总结。

教学资源：

1.视频或图片展示工业机器人的应用场景；

2.实物展示或动画演示工业机器人的机械结构和运动控制的过程；

3.计算工业机器人的运动学和逆运动学的练习题。

教学评估：

1.基于理论知识的选择题测试，检测学生对工业机器人的机械结构和

运动控制的理解程度；

2.设计简单的工业机器人运动控制实验，检验学生是否能够应用所学

知识解决问题；

3.开展小组讨论，评估学生现场表达和思维能力。

教学延伸：

饭疏食，饮水，曲肱而枕之，乐亦在其中矣。不义而富且贵，于我如浮云。——《论语》

1.学生可以进一步深入研究其中一具体工业机器人的机械结构和运动

控制的原理，撰写相关论文或报告；

2.学生可以自行设计并制作简单的工业机器人模型，加深对机械结构

和运动控制的理