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教学大纲

2021版（第1至第4学期）

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《工业机器人技术基础》教学大纲

作者:智能制造学院发布日期:2022-03-14 11:49:39浏览次数:12447

《工业机器人技术基础》教学大纲

一、课程基本信息

课程类别	专业课程		课程性质	理论	课程属性	必修
课程名称	工业机器人技术基础			课程英文名称	Basics of Industrial Robot Technology
课程编码	F10ZB28E			适用专业	机器人工程
考核方式	考试			先修课程	线性代数
总学时	48	学分		3	理论学时		40
实验学时/实训学时/ 实践学时/上机学时				实验学时：8
开课单位				智能制造学院

二、课程简介

《工业机器人技术基础》是机器人工程专业的专业必修课程，主要内容包括机器人的类型，机器坐标系及其变换，机器人的运动学、动力学、控制、路径规划、系统及典型应用，机器人未来发展。通过该课程的学习，使学生掌握机器人相关基础知识，掌握典型机器人的应用方法，获得实验技能的基本训练，树立正确的设计思想，了解国家当前的有关技术经济政策，了解现代机器人的发展前景，具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力。

三、课程教学目标

课程教学目标

支撑人才培养规格指标点

支撑人才培养规格

知

识

目

标

目标1：

了解机器人的分类与应用，熟悉工业机器人的组成及技术参数，掌握工业机器人的机械设计、控制系统知识以及传感部分内容，理解工业机器人的运动学动力学原理分析。

3-1：掌握文献检索方法，并能够将其应用于复杂工业机器人系统的设计和分析中。

3-2：能够应用基础科学原理和专业知识，对工业机器人系统复杂工程问题进行条件假设、模型构建和知识表达。

3.工程知识

能

力

目

标

目标2：

能够针对工业机器人系统集成问题进行分析，对方案进行设计，制定方案满足特定需求的机器人相关产品及配套自动化产线。具备一定的机器人及智能制造系统应用研究和开发能力，能够从事机器人及智能制造相关行业的软硬件研发工作。

4-2：能够通过工程原理、工程方法和文献检索综合对工业机器人系统复杂工程问题解决方案进行分析和验证，并形成可靠的结论。

6-2：根据解决工业机器人系统复杂工程问题需要，设计并进行实验，记录实验过程及结果，并能够正确使用、分析和解释实验数据，并通过信息综合得到有效结论。

4.问题分析

6.应用研究能力

素

质

目

标

目标3：

让学生了解机器人工程专业技术不断发展的趋势，并理解作为一名工程技术人员开展终身学习的重要性。

11-2：能够通过有效手段，掌握自主学习方法，能够持续学习并适应社会的进步和发展。

11.自主学习和终身学习

四、课程主要教学内容、学时安排及教学策略

（一）理论教学

教学模块	学时	主要教学内容与策略	学习任务安排	支撑课程目标
机器人基础知识	6	重点：工业机器人的组成部分与关键技术。难点：理解工业机器人的技术难点、工业机器人行业应用与应用领域。思政元素：介绍机器人的发展历史以及现在涌现的与之相关的新科技，培养学生的科学探索精神。教学方法与策略：线下教学。对于思想、原理在课堂上予以讲授，课堂运用主要运用讲授法和案例法开展教学，辅以视频资料观看及启发式提问拓宽学生学习思路。	课前：预习知识课堂：根据预测情况讲解相关知识课后：复习知识点	目标1
工业机器人机械系统设计	6	重点：掌握驱动系统、机身与臂部设计。掌握腕部、手部设计。难点：掌握驱动系统、机身与臂部设计。理解机器人腕部、手部实例讲解。教学方法与策略：线下教学。对于思想、原理在课堂上予以讲授，课堂运用主要运用讲授法和案例法开展教学，辅以视频资料观看及启发式提问拓宽学生学习思路。	课前：预习课堂：案例进行讲解知识课后：复习知识点	目标1 目标2 目标3
工业机器人运动学	6	重点：掌握机器人坐标变换，掌握机器人运动学方程的建立。难点：掌握齐次坐标变换与空间姿态概念，掌握齐次坐标及对象物的描述。思政元素：通过介绍工程数学在工业机器人中的应用，并通过介绍科学家非凡经历以及对机器人数学方面的卓越贡献，培养学生渴望知识、不怕困难、勇于探索的精神。教学方法与策略：线下教学。对于原理在课堂上予以讲授，课堂运用主要运用讲授法和案例法开展教学，辅以启发式提问拓宽学生学习思路。	课前：复习线代内容课堂：讲解原理课后：计算练习	目标1
工业机器人静力学及动力学分析	6	重点：工业机器人连杆参数及其齐次变换矩阵，工业机器人运动学方程；掌握速度雅可比矩阵与力雅可比矩阵的获取。难点：掌握齐次变换矩阵。掌握建立机器人静力学、动力学方程，拉格朗日函数与方程的理解。教学方法与策略：线下教学。对于原理在课堂上予以讲授，课堂运用主要运用讲授法和案例法开展教学，辅以启发式提问拓宽学生学习思路。	课前：了解矩阵变换内容课堂：举例讲解课后：布置作业练习	目标1
工业机器人控制	6	重点：掌握机器人控制系统的组成部分及其工作原理。难点：理解机器人语言的特点。教学方法与策略：线下教学。对于思想、原理在课堂上予以讲授，课堂运用主要运用讲授法和案例法开展教学，辅以视频资料观看及启发式提问拓宽学生学习思路。	课前：预习课堂：做好笔记课后：布置作业	目标1 目标2 目标3
工业机器人传感系统	6	重点：工业机器人传感器的分类和应用、增量式和绝对值式光电编码器的工作原理、光电传感器的种类和应用、工业机器人视觉技术。难点：理解增量式和绝对值式光电编码器原理、机器视觉技术原理。思政元素：通过各种网络小视频、结构动画、原理图等方式展现工作原理，启发学生自己通过各种方式搜索文献，熟悉各种途径学习知识的方法，培养学生探索知识和自主学习的能力。教学方法与策略：线下教学。对于原理在课堂上予以讲授，并通过各种形象的方式让学生易于接受，课堂运用主要运用讲授法和播放小视频及结构原理动画开展教学，辅以启发式提问拓宽学生学习思路。	课前：预习课堂：做好笔记课后：复习知识点	目标1 目标2
工业机器人轨迹规划和编程介绍以及应用分析	4	重点：工业机器人示教编程、工业机器人行业应用与应用领域。难点：工业机器人示教编程、工业机器人行业应用与应用领域。教学方法与策略：线下教学。对于原理在课堂上予以讲授，课堂运用主要运用讲授法和案例法开展教学，辅以启发式提问拓宽学生学习思路。	课前：预习课堂：做好笔记课后：复习知识点	目标1 目标2 目标3

（二）实践教学

实践类型	项目名称	学时	主要教学内容	项目类型	项目要求	支撑课程目标
实验	工业机器人基本结构认识	2	重点：了解工业机器人、熟悉各关节之间运动关系、末端法兰如何安装执行器、运用机械原理知识学会画机构简图、了解工业机器人系统包含哪些部分。难点：运用机械原理知识学会画机构简图。	综合	以班级人数一半为一组，须完成实验报告。实验报告须有详细的实验记录。	目标1 目标2
实验	工业机器人控制系统基本认识	2	重点：熟悉控制柜各部分之间的组成及各部分之间的关系。难点：控制柜各部分之间的关系及模块连接图思政元素：要求学生具有认真、严谨、细致的科学态度及团队合作精神。	设计	以班级人数一半为一组，须完成实验报告。实验报告须有详细的实验记录。	目标1 目标2
实验	工业机器人控制系统I/O接口模块	2	重点：熟悉控制柜接口模块各部分组成及功能。熟悉控制柜接口模块各部分之间的关系。难点：熟悉控制柜接口模块各部分之间的关系，画出接口板与外扩设备连接的电路图。	验证	以班级人数一半为一组，须完成实验报告。实验报告须有详细的实验记录。	目标1 目标2
实验	工业机器人控制器及示教器	2	重点：熟悉控制器各接口组成及功能，熟悉示教器主要功能和操作界面。难点：熟悉接口特性及物理意义思政元素：要求学生具有自主探索知识奥秘的精神，课后主动搜索与之相关的文献与技术应用。	训练	以班级人数一半为一组，须完成实验报告。实验报告须有详细的实验录。	目标1 目标2
	备注：项目类型填写验证、综合、设计、训练等。

五、学生学习成效评估方式及标准

考核与评价是对课程教学目标中的知识目标、能力目标和素质目标等进行综合评价。在本课程中，学生的最终成绩是由平时成绩、实验成绩、期末考试等三个部分组成。

1.平时成绩（占总成绩的20%）：采用百分制。平时成绩分作业（占10%）和考勤（占10%）两个部分。评分标准如下表：

等级

评分标准

1.作业；2.考勤

优秀

（90～100分）

1.作业书写工整、书面整洁；90％以上的习题解答正确。

2.考勤无迟到、缺勤。

良好

（80～89分）

1.作业书写工整、书面整洁；；80％以上的习题解答正确。

2.迟到、缺勤占考勤记录的10%。

中等

（70～79分）

1.作业书写较工整、书面较整洁；70％以上的习题解答正确。

2.迟到、缺勤占考勤记录的20%。

及格

（60～69分）

1.作业书写一般、书面整洁度一般；60％以上的习题解答正确。

2.迟到、缺勤占考勤记录的30%。

不及格

（60以下）

1.字迹模糊、卷面书写零乱；超过40％的习题解答不正确。

2.迟到、缺勤占考勤记录的40%以上。

2.实验成绩（占总成绩的10%）：采用百分制。评分标准如下表：

等级	评分标准
等级	实验报告
优秀（90～100分）	实验报告数据记录全面，90％以上的数据准确，实验内容和步骤详细，结论正确无误。
良好（80～89分）	实验报告数据记录全面，80％以上的数据准确，实验内容和步骤详细，结论较正确。
中等（70～79分）	实验报告数据记录较全面，70％以上的数据准确，实验内容和步骤较详细，结论较正确。
及格（60～69分）	有实验报告的数据记录，60％以上的数据准确，有一定的实验内容和步骤，能给出实验结论。
不及格（60以下）	实验报告所记录数据超过40％不准确，缺少实验内容和步骤等。

3.期末考试（占总成绩的70%）：采用百分制。期末考试的考核内容、题型和分值分配情况请见下表：

考核模块	考核内容	主要题型	支撑目标	分值
机器人基础知识	机器人分类；工业机器人组成、技术参数、应用	填空题/选择题/判断题/简答题	目标1	15
工业机器人机械系统设计	工业机器人的驱动方式种类；工业机器人主要使用的减速器种类和原理；工业机器人机身、臂部及腕部的设计	填空题/选择题/判断题/简答题/综合题	目标1 目标2 目标3	15
工业机器人运动学	齐次坐标与齐次坐标变换原理与应用；变换方程的建立；RPY角与欧拉角理解；连杆D-H参数及坐标变换用法；运动学方程实例应用	简答题/综合题	目标1 目标3	20
工业机器人静力学及动力学分析	速度雅可比矩阵与速度分析；力雅可比矩阵与静力计算；工业机器人动力学分析计算	简答题/综合题	目标1 目标3	20
工业机器人控制	机器人控制系统与控制方式；单关节机器人模型和控制；末端操作器的力/力矩控制；拖动示教和零力控制；控制系统硬件设计	填空题/选择题/判断题/简答题/综合题	目标1 目标2 目标3	10
工业机器人传感系统	工业机器人传感器概述；位置和位移、速度、接近、触觉传感器的分类、原理及应用，工业机器人视觉技术分类和应用	填空题/选择题/判断题/简答题/综合题	目标1 目标3	10
工业机器人轨迹规划和编程介绍以及应用分析	轨迹规划概念理解；工业机器人编程方式与语言的分类与应用	填空题/选择题/判断题/简答题	目标1 目标3	10

六、 教学安排及要求

序号	教学安排事项	要求
1	授课教师	职称：讲师及以上学历（位）：硕士研究生及以上其他：不限
2	授课地点	√教室 √实验室 □室外场地 □其他：
3	学生辅导	线上方式及时间安排：经与学生沟通另行安排线下地点及时间安排：经与学生沟通另行安排

七、选用教材

[1] 韩建海. 《工业机器人》（第四版）[M].武汉：华中科技大学，2019年3月.

[2] 刘杰、王涛.《工业机器人应用技术基础》（第一版）[M].武汉：华中科技大学，2019年4月.

八、参考资料

[1] 叶晖.《工业机器人典型应用案例精析》（第一版）[M].北京：机械工业出版社，2013年6月 .

[2] 龚仲华.《工业机器人从入门到应用》（第一版）[M].北京：机械工业出版社，2018年3月.

网络资料

[1]中国机器人网 https://www.robot-china.com/

大纲执笔人：张帅

讨论参与人:吴蕾

系（教研室）主任：吴蕾

学院（部）审核人：连元宏

附件下载：《工业机器人技术基础》教学大纲