工业机器人集成系统数字化设计与仿真（微课版）教案全套

PAGEPAGE教案课程名称：工业机器人集成系统数字化设计与仿真授课教师部门专业班级

课程基本信息课程名称工业机器人集成系统数字化设计与仿真授课年级专业课程类型必修课校级公共课()基础或专业基础课()专业课(√)选修课限选课()任选课()授课方式课堂讲授（）实践课（√）实验课（）上机（√）其他（）考核方式考试（√）考查（）其他（）总学时数48周学时4学分数3课程简介工业机器人工作站是集机械、电子、控制、传感、材料、人工智能等多领域先进技术于一体的自动化制造单元。本课程是专门介绍有关自动化生产线、工业机器人工作站三维建模和仿真的一门课程，是工科院校机械、电气、自动控制或自动化专业及其相关专业学生必修的岗位核心课之一。本课程以自动线与工业机器人工作站建模为主线，以工业机器人工作站中的典型零部件为项目载体，以NX软件作为设计工具，ProcessSimulate软件作为仿真工具，以TIAPortal等软件作为PLC联合虚拟调试工具，内容包括工业机器人工作站概述；工业机器人工作站结构设计（二维草图设计、三维零件设计、整体装配等）；工业机器人仿真（基本操作、设备定义、创建“操作”，机器人仿真、虚拟调试）等。教材名称《工业机器人工作站数字化设计与仿真》作者张伟出版社及出版时间人民邮电出版社2023.9参考书《UGNX综合建模与3D打印》，张伟，机械工业出版社，2020.12授课教师职称部门项目一机器人工作站概述一、学习目标知识目标（1）了解机器人的定义、分类、发展历程和常见品牌；（2）熟悉自动线与工业机器人工作站的常用周边设备；（3）了解工业机器人工作站的应用领域和发展趋势；（4）了解数字孪生的基本概念和常用软件工具；（5）熟悉1+X工业机器人应用编程职业技能等级标准、考核内容等。能力目标（1）掌握工业机器人的基本结构；（2）掌握工业机器人系统集成的需求分析和选型设计；（3）掌握基于数字孪生的机器人工作站设计和仿真流程；（4）掌握工业机器人应用编程1+X证书考核平台的基本结构。素质目标（1）具有良好的职业道德、扎实的实践能力、较强的创新能力；（2）能够独立完成工业机器人系统集成工程师的职业发展规划。二、学习内容任务1.1机器人概述1.1.1机器人的定义1.1.2机器人的发展史1.1.3机器人的分类1.1.4工业机器人常见品牌任务1.2工业机器人工作站1.2.1工业机器人工作站的结构1.2.2工业机器人工作站的应用1.2.3工业机器人工作站的发展趋势任务1.3数字孪生概述1.3.1数字孪生的概念1.3.2西门子数字孪生技术1.3.3数字孪生在数字化工厂中的应用任务1.4工业机器人应用编程1+X证书1.4.1国家职业教育1+X证书试点1.4.2工业机器人应用编程证书1.4.3工业机器人应用编程证书考核平台任务1.5工业机器人相关职业发展规划1.5.1工业机器人系统操作员1.5.2工业机器人系统集成工程师职业规划 三、重点、难点工业机器人工作站的发展、分类、结构、应用现状和发展趋势。四、教学设计首先介绍课程的性质、解决任务、工程中的地位以及本课程的特点。讲解清楚教材的特点，选用教材的依据以及教师的讲解思路。初步使学生建立起本门课程的知识框架，用实际的工程事例激发学生的学习兴趣。展示相应的实物照片来说明本课程的重要性。本项目的授课方法为讲授、案例相结合的方法，具体知识点用PPT、视频等进行讲解。项目二工业机器人工作站三维设计一、学习目标知识目标（1）了解NX软件的功能和工作界面；（2）熟悉NX软件的文件操作；（3）熟悉NX软件的草图绘制基本操作；（4）熟悉NX软件的三维建模基本操作；（5）熟悉NX软件的装配基本操作。能力目标（1）掌握工业机器人本体的三维建模、装配方法和流程；（2）掌握快换工具单元的三维建模、装配方法和流程；（3）掌握旋转供料单元、传输线等周边设备的三维建模方法和流程。素质目标（1）具有良好的职业道德、扎实的实践能力、较强的创新能力；（2）能独立完成工业机器人工作站中各种非标零部件的数字化设计。二、学习内容 任务2.1NX软件概述任务2.2二维草图绘制2.2.1草图的绘制2.2.2草图的编辑2.2.3草图的约束任务2.3三维零件建模2.3.1基础特征和基本操作2.3.2拉伸特征2.3.3旋转和扫掠特征2.3.4特征操作、变换和测量任务2.4组件装配2.4.1装配概述2.4.2装配约束任务2.5工业机器人本体（ABBIRB120）建模2.5.1IRB120机器人1轴底座2.5.2IRB120机器人2轴腰部2.5.3IRB120机器人3轴大臂2.5.4IRB120机器人4轴肘部2.5.5IRB120机器人5轴小臂2.5.6IRB120机器人6轴腕部2.5.7IRB120机器人整体装配任务2.6快换工具建模2.6.1母盘2.6.2平口手爪任务2.7周边设备（输送线）建模 三、重点、难点快换工具及周边非标设备的三维设计。四、教学设计首先通过PPT和案例讲授知识点；其次针对任务实施案例，教师进行演示教学，讲解清楚操作要点，设计思路；再次学生根据教材、PDF文件进行建模设计，完成后上交；最后教师点评，布置课后练习题。项目三PS软件机器人仿真一、学习目标知识目标（1）了解PS软件的基本功能；（2）熟悉PS软件的界面。能力目标（1）掌握PS软件的模型导入等基本操作；（2）掌握PS软件的设备定义方法；（3）掌握PS软件“操作”仿真的创建方法；（4）掌握PS软件的机器人仿真操作。素质目标（1）具有良好的职业道德、扎实的实践能力、较强的创新能力；（2）能够适应职业岗位的变化，应对各种PS软件仿真任务；（3）能够通过独立学习，不断获取和掌握PS软件新的功能。二、学习内容任务3.1PS软件的基本功能3.1.1PS软件功能概述3.1.2PS软件的仿真流程任务3.2PS软件的界面3.2.1PS软件欢迎界面3.2.2PS软件工作界面 任务3.3PS软件的基本操作3.3.1文件基本操作3.3.2主页基本操作3.3.3视图基本操作3.3.4图形查看器工具栏基本操作3.3.5建模基本操作任务3.4设备定义3.4.1机器人定义（ABBIRB120）3.4.2机械手定义（平口手抓）3.4.3曲柄连杆机构夹具定义任务3.5创建“操作”仿真3.5.1创建对象流操作（传输线仿真）3.5.2创建设备操作（握爪设备操作）3.5.3创建复合操作（握爪复合操作）任务3.6创建机器人仿真3.6.1安装末端工具3.6.2创建机器人操作3.6.3干涉碰撞检查3.6.4机器人离线编程 三、重点、难点机器人的仿真和离线编程。四、教学设计首先通过PPT和案例讲授知识点；其次针对任务实施案例，教师进行演示教学，讲解清楚软件的操作方法、仿真步骤；再次学生根据教材、资料文件进行机器人工作站仿真，完成后上交；最后教师点评，布置课后练习题。项目四TIA博途与PS软件联合虚拟调试一、学习目标知识目标（1）了解TIA博途软件的基本功能和界面；（2）了解PS软件虚拟调试的工具、方法和用途等。能力目标（1）掌握TIA博途软件的基本操作；（2）掌握PS软件的生产线仿真模式操作；（3）掌握PS软件的PLC联合虚拟调试操作。素质目标（1）具有良好的职业道德、扎实的实践能力、较强的创新能力；（2）能够适应职业岗位的变化，应对各种机器人系统仿真任务；（3）能够通过学习，不断获取和掌握PS软件虚拟调试的新功能。二、学习内容任务4.1TIA博途软件概述4.1.1TIA博途软件的功能4.1.2STEP7软件的项目操作4.1.3STEP7软件的工作界面4.1.4硬件配置任务4.2TIA博途软件编程基础4.2.1数据类型与地址区4.2.2程序块4.2.3常用指令任务4.3TIA博途软件的调试4.3.1程序下载和上传4.3.2程序编辑器调试4.3.3监控表调试任务4.4HMI编程与仿真任务4.5PS软件的生产线仿真任务4.6PS软件的联合虚拟调试 三、重点、难点TIA博途和PS软件的联合虚拟调试。四、教学设计首先通过PPT和案例讲授知识点；其次针对任务实施案例，教师进行演示教学，讲解清楚TIA博途和PS软件的操作方法、仿真步骤；再次学生根据教材、资料文件进行TIA博途和PS软件的联合虚拟调试，完成后上交；最后教师点评，布置课后练习题。项目五工业机器人应用编程1+X实训平台仿真一、学习目标知识目标（1）了解工业机器人坐标系的基本概念和标定方法；（2）了解工业机器人基本运动指令；（3）掌握工业机器人离线程序的导出和导入方法。能力目标（1）能够正确创建工业机器人工作站三维模型；（2）能够对工业机器人及常用外围设备进行连接和控制；（3）能够按照实际需求编写工业机器人单元应用程序。素质目标（1）具有良好的职业道德、扎实的实践能力、较强的创新能力；（2）能够适应职业岗位的变化，按照实际需求搭建对应仿真环境，对典型工业机器人系统进行离线编程；（3）能够通过独立学习，胜任工业机器人系统操作编程、自动化系统设计、工业机器人单元离线编程及仿真、工业机器人单元运维、工业机器人测试等工作岗位。二、学习内容任务5.1工业机器人坐标系任务5.2工业机器人基本运动指令任务5.3机器人写字工作站仿真任务5.4机器人码垛工作站仿真任务5.5机器人装配工作站仿真 三、重点、难点机器人写字、码垛、装配工作站仿真和离线编程。四、教学设计首先通过PPT和案例讲授知识点；其次针对任务实施案例，教师进行演示教学，讲解清楚工业机器人应用编程1+X实训平台的结构和考证考核要点；再次学生根据教材、资料文件进行PS软件机器人写字、码垛、装配工作站仿真和离线编程，完成后上交；最后教师点评，布置课后练习题。项目六工业机器人焊接工作站仿真一、学习目标知识目标（1）了解工业机器人焊枪定义的方法；（2）了解工业机器人焊点或焊缝的生成方法；（3）掌握工业机器人焊接操作的创建方法；（4）掌握工业机器人焊接轨迹的优化方法。能力目标（1）能够正确创建工业机器人焊接工作站数字化模型；（2）能够对焊接机器人及导轨、变位机等常用外围设备进行连接和控制；（3）能够按照实际需求编写弧焊、点焊焊接机器人应用程序。素质目标（1）具有良好的职业道德、扎实的实践能力、较强的创新能力；（2）能够适应职业岗位的变化，按照实际需求搭建对应的焊接机器人仿真环境，进行离线编程。二、学习内容任务6.1焊枪的定义任务6.2焊接路径的生成任务6.3焊接轨迹的优化任务6.4带导轨的焊接工作站仿真任务6.5带变位机的焊接工作站仿真任务6.6工业机器人点焊工作站仿真 三、重点、难点弧焊、点焊路径的生成和轨迹优化。四、教学设计首先通过PPT和案例讲授知识点；其次针对任务实施案例，教师进行演示教学，讲解清楚PS软件焊接仿真的操作方法、仿真步骤；再次学生根据教材、资料文件进行带导轨、带变位机的弧焊机器人工作站仿真以及点焊机器人工作站仿真，完成后上交；最后教师点评，布置课后练习题。项目七其他机器人工作站仿真一、学习目标知识目标（1）了解喷涂机器人的结构和喷枪的定义方法；（2）了解刀具路径CLS文件的生成方法；（3）掌握PS软件人机工程仿真的功能和方法。能力目标（1）能够熟练进行工业机器人喷涂工作站数字化设计及仿真；（2）能够熟练进行工业机器人磨抛工作站数字化设计及仿真；（3）能够熟练进行人机协作工作站设计及人机工程仿真。素质目标（1）具有良好的职业道德、扎实的实践能力、较强的创新能力；（2）能够适应职业岗位的变化，按照实际现场情况搭建喷涂、磨抛、人机协作等机器人工作站的仿真环境，进行仿真、离线编程和虚拟调试；（