工业机器人技术专业《工业机器人技术》课程标准

《工业机器人技术》课程标准二级学院：智能制造与信息工程学院执笔人：韩飞审核人：罗剑制定日期：2022年7月陕西能源职业技术学院课程背景信息《工业机器人技术基础》是一门多学科的综合性技术，它涉及自动控制、计算机、传感器、人工智能、电子技术和机械工程等多学科的内容，是学生职业发展中第一门与工业机器人直接关联的基础课程。本课程开设具体信息见表1。表1课程信息表课程名称工业机器人技术基础开课院部智能制造与信息工程学院课程代码0420540考核性质考试前导课程《电工电子技术》、《计算机网络技术》、《单片机技术》等后续课程《轮岗实习》、《顶岗实习》总学时52课程类型理论课是□实践课是□理论+实践是R理实一体化是£适用专业工业机器人技术二、课程性质与功能定位1.课程性质本课程是是在科学分析确定学院办学定位、明确我院工业机器人技术专业发展方向的前提下，通过对工业机器人技术职业与职业岗位进行整体化的调研与分析形成的一门具有很强的综合性的专业选修课程。本课程以《计算机网络技术》、《单片机原理与接口技术》等课程学习为基础，主要培养学生的工业运动控制系统的集成、安装、调试、运行、维护、管理等职业能力。2.课程功能定位本课程与毕业设计和顶岗实习相衔接，系统培养学生较好的自动化技术设计和实践能力，具备从事本专业职业岗位工作所必需的专业核心能力，为从事与本课程有关的的技术工作打下良好的基础。工业机器人涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合机电一体化技术，其集精密化、柔性化、智能化、软件应用开发等先进制造技术于一体，是工业自动化水平的最高体现。任何从事工业机器人相关岗位的员工，都有必要预先系统地了解掌握工业机器人的相关知识，包括工业机器人的分类、组成，结构，性能参数，控制技术，传感系统以及典型应用等等，才能够妥善的应对自身职业体系中可能出现的各种问题。表2课程功能定位分析对接的工作岗位对接培养的职业岗位能力电气设备装配调试员、柔性自动化生产、仪表工程师、装配电工、维修电工工作岗位具有完成任务和解决问题的能力；具备搜集相关技术资料，尽快熟悉新接触设备和新工作场景的能力；具备较好的自动化技术设计和实践能力；具备良好的综合分析问题和解决生产实际问题的能力；能够根据岗位变化和工作需要自我适应的能力；有具备较好的人际沟通、团队协作等职业核心能力；具备良好的自学能力及知识拓展能力；培养学生的精益求精、吃苦耐劳、团结协作的职业素质；具备潜心钻研的职业精神和必要的创新能力；具备独立学习，灵活运用所学知识独立分析问题并解决问题的能力；具备工作安全意识与自我保护能力；能自觉遵守单位的规章制度和职业道德，有强烈的工作责任感。三、课程目标与内容1.课程总目标本课程主要是引导学生通过对工业机器人本体的认知，掌握工业机器人运动系统设计方法，具有进行总体设计的能力；掌握工业机器人整体性能、主要部件性能的分析方法；掌握工业机器人常用的控制理论与方法，具有进行工业机器人控制系统设计的能力；了解工业机器人的新理论，新方法及发展趋向。掌握工业机器人的一般知识和基本技能，培养学生专业能力及职业能力，为他们走上工业自动化生产第一线的工作岗位做好准备。2.课程具体目标本课程主要研究机器人的结构设计与基本理论。通过本课程的学习，使学生掌握工业机器人基本概念、机器人运动学理论、工业机器人机械系统设计、工业机器人控制等方面的知识。1）知识目标掌握工业机器人的工作原理和结构知识，掌握六自由度工业机器人的特点及其相关参数知识，能使学生掌握机器人机构设计、运动分析、控制和使用的技术要点和基础理论。机器人是典型的机电一体化装置，它不是机械、电子的简单组合，而是机械、电子、控制、检测、通信和计算机的有机融合，通过这门课的学习，使学生对机器人有一个全面、深入的认识，培养学生综合运用所学基础理论和专业知识进行创新设计的能力，并相应的掌握一些实用工业机器人控制及规划和编程方法。学习完本课程后，学生应当能具备从事工业机器人企业生产第一线的生产与管理等相关工作的基础知识和能力储备，包括：（1）了解机器人的由来与发展、组成与技术参数，掌握机器人分类与应用，对各类机器人有较系统地完整认识。（2）了解机器人运动学、动力学的基本概念，能进行简单机器人的位姿分析和运动分析。（3）了解机器人本体基本结构，包括机身及臂部结构、腕部及手部结构、传动及行走机构等。（4）了解机器人轨迹规划和关节插补的基本概念和特点。（5）了解机器人控制系统的构成、编程语言与编程特点。（6）了解工业机器人工作站及生产线的基本组成和特点。（7）对操纵型机器人、智能机器人有一般的了解。2）能力目标通过本课程的学习，能使学生掌握机器人机构设计、运动分析、控制和使用的技术要点和基础理论。机器人是典型的机电一体化装置，它不是机械、电子的简单组合，而是机械、电子、控制、检测、通信和计算机的有机融合，通过这门课的学习，使学生对机器人有一个全面、深入的认识，培养学生综合运用所学基础理论和专业知识进行创新设计的能力，并相应的掌握一些实用工业机器人控制及规划和编程方法。（1）能够准确理解机器人本体的基本构成和运动学、动力学基本原理；（2）学会正确操作工业机器人，能独立或小组协作完成规定的实验与实训；（3）具备识图和仪器仪表使用的基础能力；（4）会观察和分析实验与实训现象，编制、调试、运行程序，熟练掌握编程软件的使用；（5）会查阅相关手册和产品使用说明书，正确阅读和分析实际应用程序；（6）能在自动线生产现场基本正确完成工业机器人的控制系统程序编制或调试任务；（7）能在自动线生产现场基本正确完成工业机器人安装与维护任务；（8）能对工业机器人出现的故障进行初步的诊断和处理。3）素质目标根据表2课程功能定位分析的能力需求，本课程本课程系统地介绍了机器人设计、控制、编程和使用的理论基础和技术要点，包括工业机器人的一般概论，机器人运动学，静力/动力学分析，工业机器人机械系统设计，工业机器人的控制和工业机器人的应用等内容。通过课程学习，使学生掌握工业机器人的基本原理、基础知识，对工业机器人机械系统的总体设计方法有初步了解。（1）具备搜集相关技术资料，尽快熟悉新接触设备和新工作场景的能力；（2）具备潜心钻研的职业精神和必要的创新能力；（3）具备独立学习，灵活运用所学知识独立分析问题并解决问题的能力；（4）具备工作安全意识与自我保护能力；（5）能自觉遵守单位的规章制度和职业道德，有强烈的工作责任感。3.课程教学目标与内容教学过程中引入自动化仪表与装置行业标准，以项目教学为主，以工程项目和企业自动化技术员职业成长过程所对应的典型工作任务为学习内容，将职业素质培养融入课程，实施教学做一体化的过程性评价方法。表3课程教学目标与内容序号毕业要求指标点知识目标技能目标素质目标教学内容1指标点1-1.具有良好的语言、文字表达能力和沟通能力指标点1-2.具备工业机器人产品销售能力工业机器人的概述应用于不同领域的机器人可按照很多类型分类，本项目从机械机构、控制方式以及用途方面对不同工业机器人的性能、功能和应用领域进行了学习，学完后应了解机器人的各种分类方式，掌握不同类型机器人的性能，能够熟练分析各种结构机器人的特点和性能培养学生分析并解决问题的能力、做事认真的良好作风、自我管理和自我约束能力学习内容：理解工业机器人的由来和发展、定义、研究领域和学科范围；工业机器人的分类和应用以及主要技术参数；（1）根据机械结构分类；（2）根据控制方法分类；（3）根据用途分类2指标点4-1.具备工业机器人硬件设计与制作能力工业机器人的机械结构工业机器人的组成和性能参数反映了机器人可胜任的工作、具有操作性能等情况，是选择、设计、应用机器人所必须考虑的问题。本项目从工业机器人的各部件进行了性能和原理分析，并对机器人的主要性能参数进行了学习。学完以后，应了解工业机器人各组件部件的工作原理，掌握工业机器人的主要性能参数，能够熟练根据工艺应用特点来选择适合的工业机器人。培养学生分析并解决问题的能力、做事认真的良好作风、自我管理和自我约束能力学习内容：（1）工业机器人的组成；a、执行机构b、驱动传动装置c、控制系统d、检测系统（2）工业机器人的主要性能参数；a、自由度b、定位精度/重复定位精度c、工作范围d、最大工作速度e、承载能力3指标点3-1.具备工业机器人可行性分析能力指标点3-2.具备工业机器人方案设计与遴选能力工业机器人运动学和动力学机械结构是工业机器人工作作业的重要载体，本项目从工业机器人的末端执行器分类、功能等方面进行了详解，对手腕、手臂和机座的作用进行了介绍。学完以后，应熟练掌握工业机器人结构各部分的工作原理和特点。培养专业资料搜集及应用能力、自学能力、学生谦虚好学、勤于思考的良好品质学习内容：（1）机器人末端执行器；a、夹钳式取料手b、吸附式取料手c、专用末端操作器（2）机器人手腕；a、手腕自由度b、柔顺手腕结构（3）机器人手臂；a、手臂回转运动机构b、手臂俯仰运动机构（4）机器人机座；a、固定式b、行走式4指标点1-3.具备工业机器人技术支持能力指标点2-2.能够读懂工业机器人系统机械结构图、液压、气动、电气系统图，具备工业机器人运行维护能力指标点2-3.具备工业机器人故障识别、分析与处理能力工业机器人传感系统传感系统是机器人的重要组成部分，通过本项目的学习，应能够系统了解机器人常用传感器的分类，掌握位置和位移传感器、接近传感器、触觉传感器和机器视觉技术等相关工作原理和特点。培养学生综合分析问题能力、自我学习能力、相互沟通能力、团队协作能力学习内容：（1）工业机器人传感器概述；（2）位置和位移传感器；（3）接近传感器；（4）触觉传感器；（5）工业机器人视觉传感器；（6）其他外部传感器。5指标点3-1.具备工业机器人可行性分析能力指标点3-2.具备工业机器人方案设计与遴选能力指标点5-1.熟悉工业机器人生产工艺与流程，具备工业机器人整机组装与调试能力工业机器人控制系统控制器是工业机器人的大脑，它是决定工业机器人功能和水平的关键部分，也是机器人系统中更新发展最快的部分，学完本项目，应能够从工业机器人控制系统的组成、特点、功能作用等方面进行了详细分析，并对示教再现控制、离线编程控制、运动控制、计算机控制等机器人控制方式有系统的了解。培养学生综合分析问题能力、自我学习能力、相互沟通能力、团队协作能力学习内容：（1）控制系统的特点（2）控制系统的主要功能（3）控制方式（4）控制系统的组成（5）工业机器人的计算机控制6指标点1-2.具备工业机器人产品销售能力指标点3-1.具备工业机器人可行性分析能力指标点3-2.具备工业机器人方案设计与遴选能力典型工业机器人的操作与编程不同类型的机器人配置不同的示教器，但不同的示教器实现的功能基本上是一致的。本项目介绍ABB机器人、广州数控机器人这两种类型机器人所对应示教器的功能及操作说明，并能运用相关知识和基本指令实现简单示教编程。培养学生分析并解决问题的能力、做事认真的良好作风、自我管理和自我约束能力学习内容：（1）编程方法（2）编程语音（3）ABB机器人的基本操作（4）广州数控机器人的基本操作。7指标点1-2.具备工业机器人产品销售能力指标点3-1.具备工业机器人可行性分析能力指标点3-2.具备工业机器人方案设计与遴选能力工业机器人的离线编程与仿真工业机器人的离线编程仿真系统，是通过计算机对实际的机器人系统进行模拟的技术。工业机器人仿真系统，乐意在制造单机和生产线产品之前模拟出实物，这不仅可以缩短生产的工期，还可以避免不必要的返工。培养专业资料搜集及应用能力、自学能力、学生谦虚好学、勤于思考的良好品质学习内容：（1）离线编程的特点（2）系统的构成与关键技术（3）ABB机器人的离线编程仿真软件8指标点1-2.具备工业机器人产品销售能力指标工业机器人的典型行业应用机器人的典型应用涵盖了制造业、农业、林业、交通运输业、核工业、医学、福利事业、海洋及太空开发等领域，学完本项目，能够对机器人在制造业的应用有所了解。培养学生综合分析问题能力、自我学习能力、相互沟通能力、团队协作能力学习内容：（1）机器人外围设备（2）焊接机器人（3）喷涂机器人（4）装配机器人（5）轮式移动机器人与AGV小车（6）并联机器人（7）球面SCARA机器人表4课程教学安排序号项目（模块）任务（单元）教学内容重点、难点课程思政元素学时1项目一工业机器人概述任务1-1工业机器人发展史和定义；分类1.1发展史1.2分类重点：不同国家对工业机器人的定义。明确志向，注意安全教育。1任务1-2工业机器人基本组成与参数；工业机器人的发展。2.1工业机器人的分类2.2工业机器人的基本组成与主要参数重点：工业机器人的基本组成与主要参数。爱岗敬业，注重能力培养。12项目二工业机器人的机械结构任务2-1末端执行器1.1末端执行器的定义与特点1.2末端执行器的分类1.3工具转换装置重点：末端执行器的分类。难点：工具转换装置的操作。团队合作，注重能力培养。2任务2-2工业机器人的手腕2.1工业机器人手腕的定义2.2手腕的运动形式2.3手腕的分类重点：手腕的分类。难点：手腕的运动形式。爱国主义教育典型案例。

4任务2-3工业机器人的手臂3.1工业机器人手臂的定义3.2手臂的特点3.3手臂的分类重点：手臂的分类。难点：手臂的特点。社会主义核心价值观教育典型案例。23项目三工业机器人运动学和动力学任务3-1运动学1.1工业机器人的位姿描述1.2齐次变换1.3工业机器人的运动学方程重点：工业机器人的运动学方程分析。难点：工业机器人的运动学方程分析。大国工匠投身社会主义现代化建设的优秀事迹。3任务3-2动力学2.1工业机器人动力学重点：运动轨迹规划。周恩来“为中华之崛起而读书”。24项目四工业机器人的传感系统任务4-1传感器1.1基本组成、特性及特点1.2分类和要求重点：工业机器人传感器的选择要求。难点：分类。蒋新松投身工业机器人事业的先进事迹。1任务4-2内部传感器装置2.1位置传感器2.2角度传感器2.3速度传感器2.4加速度传感器重点：常用传感器的选型。难点：常用传感器的选型。引入习主席关于中国制造2025的讲话。2任务4-3外部传感器装置3.1机器视觉系统3.2触觉传感器3.3接近觉传感器3.4距离传感器重点：机器视觉系统的应用领域。通过失败的教训。警示性的问题，反思分析，提高学生辨识能力和责任意识。25项目五工业机器人的控制系统任务5-1控制系统功能、特点和结构1.1系统的功能1.2系统的特点1.3控制系统的结构组成1.4工业机器人控制系统的分类1.5操作系统重点：控制系统的结构组成。难点：工业机器人控制系统的分类。和学生一起对专业相关社会热点问题进行讨论。2任务5-2典型控制系统2.1ABB2.2KUKA2.3FANUC2.4安川2.5国产工业机器人的控制系统重点：国内外典型控制系统。教师个人经历。2任务5-3伺服/力觉/视觉控制/集成控制系统3.1伺服控制3.2视觉控制3.3力控制3.4集成控制系统重点：集成控制系统。难点：集成控制系统。系统的稳定性与国家政治经济社会发展的稳定性进行类比。26项目六典型工业机器人的操作与编程任务6-1工业机器人的编程1.1编程方法1.2示教编程1.3编程语言重点：编程语音的基本功能。难点：编程语音的基本功能。控制系统的设计首先要保证稳定性，而国家的改革和发展也要以稳定为前提。2任务6-2ABB机器人2.1示教器的基本操作2.2示教编程重点：示教编程。难点：应用实例。稳定性的重要性。2任务6-3广州数控机器人3.1示教器的基本操作3.2示教编程重点：CR-C的操作指令。难点：示教编程。合格的工程师要以人民为中心，具有加过情怀，坚守职业道德和匠心精神。27项目七工业机器人的离线编程与仿真任务7-1工业机器人的离线编程1.1离线编程的特点1.2构成与关键点重点：离线编程的特点。难点：离线编程系统的构成与关键点。通过失败的教训、警示性的问题等，反思分析，提高学生辨识能力和责任意识。4任务7-2离线编程仿真软件2.1RobotStudio仿真软件的功能与界面重点：RobotStudio仿真软件的功能与界面。通过教学内容，发掘其中所蕴含的哲学思想。28项目八工业机器人的典型行业应用任务8-1应用准则与工作站设计1.1应用准则与工作站设计1.2机器人工作站的一般设计原则重点：应用准则与工作站设计。系统稳定性，已入国家稳定性的重要性。2任务8-2焊接工作站2.1特点及分类2.2点焊机器人工作站2.3弧焊机器人工作站重点：焊接机器人的优点。难点：焊接机器人的分类引入习主席关于中国制造2025的讲话。2任务8-3喷涂工作站、码垛工作站3.1喷涂、码垛机器人的特点及分类3.2喷涂、码垛机器人工作站的系统组成3.3喷涂、码垛工作站的的应用重点：喷涂、码垛机器人工作站的系统组成。难点：喷涂、码垛工作站的的应用。通过失败的教训。警示性的问题，反思分析，提高学生辨识能力和责任意识。4任务8-4搬运工作站、抛光打磨工作站4.1搬运、抛光打磨机器人的特点及分类4.2搬运、抛光打磨机器人工作站的系统组成重点：搬运、抛光打磨机器人工作站的系统组成。和学生一起对专业相关社会热点问题进行讨论。49项目九新知识任务9-1新知识、新工艺、新技术新知识新工艺新技术重点：视觉追踪技术2四、课程考核依据课程的培养目标，课程考核以调动学生自主学习的积极性、监督学习过程、评价学生的综合职业能力为目的，实行过程考核和综合考核相结合的考核方案。考核方式包括平时考核和期末考核。其中平时考核为40%，包括学习态度、出勤、课堂提问、测验各占10%，期末考核为60%。特别强调的是阶段性考核，应该将其纳入到10%的考核中。本课程与电工证的考试相联系，要求学生在学习完本课程后参加维修电工证的考试。同时，还应鼓励学生进厂实习，加强动手操作能力，此项可作为考试加分选项。五、实施要求1.授课教师基本要求本课程对实践经验及操作技能要求较高，任课教师精通工业机器人的结构和工作原理原理，掌握PLC编程和机器人编程语言。能开发案例、专注于工业自动化产品的研究与开发，不断学习新技术、熟悉新工艺。能进行课程设计、案例开发，责任心强，善于沟通，热爱学生、献身教育事业。2.教学要求与建议教师应采用实物教学，让学生在实际的实训或生产环境中学习。要重视现代教育技术与课程的整合，充分发挥计算机、互联网等现代媒体技术的优势，提高教学的效率和效果。（1）建立工业机器人一体化教室，充分利用实验与实训教学，以提高学生学习的兴趣和课堂教学效率。（2）建立仿真实训室，通过仿真熟悉相关知识、技能，提高学习效果和效率。（3）产学合作开发实验实训课程资源，充分利用工业机器人相关行业典型的企业资源，加强产学合作，建立实习基地，实践工学交替，满足学生的实习实训需求。本课程采用行动导向、教学做一体化的教学组织方式；教学过程主要分为学习准备、工作计划、任务实施、作品检查和学业评价等环节，根据不同的教学环节，采用不同的、灵活多样的教学方法。在“学习准备”环节，采用资料检索对比法，让学生通过阅读相关学习资料，网络查阅等途径独立检索相关技术、器件的应用资料，以提高学生信息检索能力和对新技术的转化能力，培养学生自学能力；在“工作计划”环节，采用项目分析引导法可以引导学生发散思维，激发学生的创造性；在“任务实施”环节，采用互助协作的方式，一个电子产品的生产过程，由一个班组互相协作完成任务，既能提高教学效率，又能锻炼学生自主学习能力。在“作品检查”和“学业评价”环节，采用问答法，学生对自己制作的项目作品有一个新的认识，通过问答形式对学生的掌握情况进行核实，以确定是否需要再进行补充辅导或对知识进行再拓展。教学过程中，根据课程内容特点及学生学习规律灵活的采用项目教学法、现场演示法、小组讨论法、讲授法等多种方法。开发多媒体教学课件，提高课程教学效果；也可采用仿真教学环境，适当节约成本；利用课程网络教学资源开展教学，提高学习效率。3.教学条件本课程的教学是在多媒体教室进行，多媒体教学能将抽象、生涩、陌生的知识直观化、形象化，激发学生学习兴趣，调动其主动学习的积极性，增大教学信息量，有效扩展课时容量，提高教学效率。运用形式多样的课件教学，能活跃课堂气氛，加深巩固教学内容，使学生感受到学习的喜悦，寓学于乐