4331 课程教学大纲(工业机器人)-2017-赵臣.docVIP

天津大学《工业机器人》课程教学大纲

课程代码：

2010796

课程名称：

工业机器人

学时：

32

学分：

2

学时分配：

授课：28

上机：

实验：4

实践：

实践（周）：

课后学习

10

更新时间：

2017

授课学院：

机械工程学院

适用专业：

机械设计制造及其自动化、工业设计、工业工程

先修课程：

高等数学，线性代数，电工学，机械控制工程基础

一．课程简介

本课程是机械设计制造及其自动化专业的一门选修课。开课时间为四年级第一学期。通过课程学习让学生了解和掌握工业机器人的基础知识、基本理论和技术，为工业机器人应用与开展进一步的研究工作打下良好基础。

二．教学基本要求

本课程的教学包括课堂教学和课程实验两部分。通过本课程的学习及相关的实验，使学生掌握工业机器人的基础知识与使用方法，了解机器人学必威体育精装版成就和发展趋势。

1.课程目标

课程目标1：深刻认识工业机器人在工业现代化中的作用，对机器人在各行各业中的作用与发展趋势有较全面的了解。

课程目标2：掌握位姿、齐次矩阵及变换方法，了解操作型工业机器人的构成、核心部件、结构参数、运动学建模、反解方法、雅克比矩阵、操作性能评价、力雅克比矩阵、逆雅克比矩阵、奇异位姿等知识，初步具备工业机器人设计能力、分析能力。

课程目标3：了解工业机器人控制的主要内容、驱动方式等，掌握轨迹参数获取方法、示教再现原理、示教再现机器人工作条件、关节控制曲线、多轴联动等知识，并通过课程实验，初步掌握工业机器人的使用方法。

课程目标4：了解工业机器人作业系统组成，除了机器人外，还要设计好周边设备。

课程目标5：掌握工业机器人的种类、特点与性能指标。了解典型应用领域。

课程目标6：通过智能机器人简介，开阔学生眼界，了解相关技术发展动态。

2.课程目标与毕业要求指标点的对应关系

各项课程目标与毕业要求指标点的对应关系见表1。

表1《工业机器人》课程目标与毕业要求指标点的对应关系

序号

毕业要求指标点

课程目标1

课程目标2

课程目标3

课程目标4

课程目标5

课程目标6

1

2.1能够应用数学、自然科学和机械工程科学的基本原理，识别机械工程领域设计、制造、运行中的关键问题与参数；

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2

2.3能够针对机械工程领域的复杂工程问题进行分析、评价，以获得有效结论。

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3

12.1能够了解当前机械设计制造及其自动化领域的发展状态与发展趋势

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4

12.2能够认识自身知识结构的缺陷和知识容量的不足，具备适应社会、自主学习、终身学习的意识和能力。

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三．教学内容

课程教学内容、教学方式与的课程目标的对应关系见表2。

表2《工业机器人》课程目标与教学内容和方法的对应关系

序号

章

节

知识点

学时

教学

方式

支撑课程目标

1

第1章绪论

1.1课程目的与特点

讲授机器人学基本知识，引进机器人高科技大门

3

讲授

课程目标1

1.2定义、组成、分类与应用

机器人定义，机器人组成，机器人分类，应用工业机器人的优越性，工业机器人主要应用场合

1.3发展历史与趋势

机器人发展历史，工业机器人代的划分，目前现状与发展趋势

2

第2章位姿描述与齐次变换

2.1操作机器人工作过程分析

人类操作方式：手眼协调

操作机器人：重复性劳动，系列位姿点

3

讲授

课程目标2

2.2位姿描述与变换

位姿定义、表达与描述，齐次表达，基本变换矩阵，相对变换与绝对变换，逆变换

2.3非直角坐标系变换

圆柱坐标系，极坐标系，RPY角，欧拉角，绕过直角坐标系原点任意轴旋转

3

第3章机器人运动学

3.1杆件、关节、标架、杆件变换

定义，杆件参数，关节参数，D-H标架，D-H参数，杆件变换矩阵

8

讲授

课程目标2

3.2机器人运动学

运动学基本方程，运动学反解，数字解与解析解，解析解存在条件，重解问题，分离关节变量法，球腕

讲授+练习

3.3机器人工作空间

概念，种类，绘制方法，示例，用途

4

第4章雅克比矩阵

4.1雅克比矩阵

操作空间，关节空间，速度关系式，雅克比矩阵，求法

8

讲授

课程目标2

4.2微分运动

概念，微分运动特点，绝对微分转换，相对微分转换

讲授

4.3雅克比矩阵构造法

微分运动法构造原理，计算公式

矢量积法构造原理，计算公式

讲授+练习

4.4力雅克比矩阵

广义操作力，定义，计算公式

讲授

4.5逆雅克比矩阵

速度反解，奇异构型与特点，示例

讲授+练习

5

第5章机器人控制基础

5.1轨迹参数及获取

定义，主要参数，次要参数，获取方法，位姿示教，在线示教，离线示教

6

讲授

课程目标3、4

5.2示教再现原理

工作原理，示教再现机器人，工作条件

示教点选取，关键点示教，示教信息存储，机器人语言

5.3轨迹实现

点到点控制

连续轨迹控制

机器人