《工业机器人原理与应用》教学大纲

《工业机器人原理与应用》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：03152541课程性质：专业选修课学分：2学分学时：32学时（理论32学时）先修课程：工程力学、电工与电子技术等后续课程：焊接工程与装备、焊接机器人编程与操作、焊接自动化技术等适用专业：焊接技术与工程开课单位：材料科学与工程学院一、课程说明《工业机器人原理与应用》是焊接技术与工程专业的一门专业选修课。本课程的主要内容包括工业机器人的基础知识、基本原理、编程调试，以及工业机器人的典型应用。通过对本课程的学习，使学生对工业机器人产生直观的认识；了解机器人的运动学方程，工业机器人的运行原理及控制方式；熟悉工业机器人的调试基础及编程语言；掌握工业机器人在工业生产中的典型应用，使学生建立工业机器人基本原理与实际工业应用之间的连接。通过本课程可以培养学生的逻辑推理能力、总结归纳能力及自学新知识的能力，同时为学习后续课程打下必要的基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：培养学生积极推广和创新新技术、新工艺、新设备的创新精神，为国家的可持续发展积极贡献力量的爱国思想，以及崇尚劳动、热爱劳动、辛勤劳动、诚实劳动的劳动精神。课程目标2：掌握工业机器人的基础知识、基本原理；熟悉工业机器人的编程调试的步骤及要点；熟悉工业机器人的典型应用。培养学生初步具备工业机器人调试、现场维护等方面的能力。课程目标3：培养学生将工业机器人基本原理与实际工业应用之间相结合的综合分析、创新能力，分析问题、解决问题的科学方法，以及勤于思考、勇于创新、为国家建设不懈努力的科学精神。三、课程目标与毕业要求《工业机器人原理与应用》课程教学目标对焊接技术与工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.1掌握数学、物理的基础知识，领会数学、自然科学的重要思想和思维方法，理解焊接专业相关复杂工程问题的表述方法。课程目标2：掌握工业机器人的基础知识、基本原理；熟悉工业机器人的编程调试的步骤及要点；熟悉工业机器人的典型应用。培养学生初步具备工业机器人调试、现场维护等方面的能力。M1.3掌握专业基础知识，能够将焊接工程领域的相关知识和数学模型用于推演和分析，并用于解决焊接专业相关复杂工程问题。课程目标2：掌握工业机器人的基础知识、基本原理；熟悉工业机器人的编程调试的步骤及要点；熟悉工业机器人的典型应用。培养学生初步具备工业机器人调试、现场维护等方面的能力。2.问题分析2.3能够运用相关知识，并通过文献研究分析焊接专业相关复杂工程问题，以获得有效结论。课程目标1：培养学生积极推广和创新新技术、新工艺、新设备的创新精神，为国家的可持续发展积极贡献力量的爱国思想，以及崇尚劳动、热爱劳动、辛勤劳动、诚实劳动的劳动精神。课程目标2：掌握工业机器人的基础知识、基本原理；熟悉工业机器人的编程调试的步骤及要点；熟悉工业机器人的典型应用。培养学生初步具备工业机器人调试、现场维护等方面的能力。M3.设计/开发解决方案3.1能够设计针对焊接专业相关复杂工程问题的合理解决方案，设计满足国家和区域经济社会发展需求的基础焊接工程方案设计、工艺流程设计。课程目标3：培养学生将工业机器人基本原理与实际工业应用之间相结合的综合分析、创新能力，分析问题、解决问题的科学方法，以及勤于思考、勇于创新、为国家建设不懈努力的科学精神。M3.2能够运用专业知识，通过分析、类比等方式提出满足要求的解决方案。课程目标3：培养学生将工业机器人基本原理与实际工业应用之间相结合的综合分析、创新能力，分析问题、解决问题的科学方法，以及勤于思考、勇于创新、为国家建设不懈努力的科学精神。注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时对应的课程目标1.工业机器人基础知识1.1工业机器人概述1.2工业机器人分类1.3工业机器人的组成1.4工业机器人的应用教学要求：使学生掌握工业机器人的概念、发展现状及发展趋势、分类、组成及应用等基础知识。重点:工业机器人的概念、发展现状及发展趋势、分类、组成。难点:工业机器人的关键技术。21、22.工业机器人运动学基础2.1机械手运动的表示方法2.2手爪位置和关节变量的关系2.3雅可比矩阵2.4手爪力和关节驱动力的关系2.5机械手运动方程式的求解教学要求：使学生掌握机械手运动的表示方法；熟悉手爪位置和关节变量的关系；了解雅可比矩阵、手爪力和关节驱动力的关系；机械手运动方程式的求解。重点:机器人位置与姿态的描述。难点:雅可比矩阵、手爪力和关节驱动力的关系、机械手运动方程式的求解。42、33.工业机器人操作基础3.1工业机器人装调安全规程3.2工业机器人的开关机及模式切换3.3工业机器人示教器使用3.4工业机器人的数据备份与恢复3.5工业机器人的校准3.6SMB电池更换3.7ABB机器人程序数据的建立教学要求：使学生掌握工业机器人装调安全规程、开关机及模式切换、示教器使用、数据备份与恢复；熟悉工业机器人的校准、SMB电池更换方法；熟悉工业机器人程序数据的建立。重点:工业机器人装调安全规程、开关机及模式切换、示教器使用、数据备份与恢复。难点:工业机器人的校准、SMB电池更换方法、程序数据的建立。41、2、34.工业机器人调试基础4.1RobotStudio软件应用4.2工业机器人工具坐标设定4.3工业机器人工件坐标设定4.4工业机器人编程基础4.5模块化程序设计概念4.6程序运行调试（ABB）教学要求：使学生掌握工业机器人调试方法。包括熟悉RobotStudio软件应用、工业机器人工具坐标设定、工件坐标设定；掌握工业机器人编程基础；掌握模块化程序设计概念；熟悉程序运行调试方法。重点:RobotStudio软件，工业机器人工具坐标设定、工件坐标设定，工业机器人编程基础，模块化程序设计概念。难点:工业机器人程序运行调试。41、2、35.搬运机器人调试5.1搬运工作站任务分析与介绍5.2搬运工作站系统结构5.3搬运工作站知识基础5.4搬运工作站程序结构及程序主体教学要求:使学生掌握搬运工作站的基本任务；熟悉搬运工作站系统结构；掌握搬运工作站知识基础；了解搬运工作站程序结构及程序主体。重点:搬运工作站任务分析、系统结构难点:搬运工作站程序结构及程序主体。41、2、36.机器人码垛6.1机器人码垛任务分析与介绍6.2机器人码垛系统结构6.3机器人码垛知识基础6.4机器人码垛程序结构及程序主体教学要求：使学生掌握机器人码垛任务；了解机器人码垛系统结构；掌握机器人码垛相关基础知识；了解机器人码垛程序结构及程序主体。重点:机器人码垛任务、系统结构。难点:机器人码垛程序结构及主体。41、2、37.弧焊机器人调试7.1弧焊机器人任务分析与介绍7.2弧焊机器人系统结构7.3机器人焊接系统知识基础7.4弧焊项目实施教学要求：使学生掌握弧焊机器人任务及系统结构；熟悉机器人焊接系统基础知识；能够完成弧焊项目实施。重点:弧焊机器人任务、系统结构及机器人焊接系统基础知识。难点:弧焊项目实施。61、2、38.机器人视觉8.1机器人视觉分拣任务分析与介绍8.2机器人视觉系统结构8.3机器人视觉知识基础8.4机器人视觉检测程序结构及程序主体教学要求：使学生熟悉机器人视觉分拣任务、机器人视觉系统结构；了解机器人视觉基础知识，以及机器人视觉检测程序结构及程序主体。重点:机器人视觉分拣任务、机器人视觉系统结构。难点:机器人视觉检测程序结构及程序主体。41、2、3合计32五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、典型产品分析、阶段测验、视频资源共享等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。学生比较全面理解工业机器人相关的基础知识、基本原理、编程调试和典型应用，在此基础上，培养学生初步具备工业机器人调试、现场维护等方面的能力。六、课程资源1.推荐教材：李光雷.工业机器人技术及应用[M].北京:化学工业出版社,2019.09.2.参考书：（1）兰虎.工业机器人技术及应用(第二版)[M].北京:机械工业出版社,2020.01.（2）郭洪红.工业机器人技术（第四版）[M].西安:西安电子科技大学出版社,2021.12.（3）陈公兴.工业机器人人机界面与示教编程[M].广州:华南理工大学出版社,2016.12.3.期刊：（1）戴熙礼.工业机器人及视觉传感技术在堆焊再制造中的应用[J].焊接技术,2022,51(09):92-96.（2）张立香,孟欣佳,王晓敏,等.双工业机器人同步作业的无碰撞路径规划方法[J].制造业自动化,2022,44(09):215-220.（3）向艳芳,王艳.七轴工业机器人在智能制造生产线中的应用[J].现代制造技术与装备,2022,58(09):183-186.（4）李特.基于多传感器技术的工业机器人应用研究[J].电子元器件与信息技术,2022,6(09):106-109.（5）BrightTyrone,AdaliSarp,BrightGlen.Low-CostSensoryGloveforHuman-RobotCollabora-tioninAdvancedManufacturingSystems[J].Robotics,2022,11(03):56-57.4.网络资源：（1）房立今.机器人基础原理.东北大学.中国大学MOOC,2020.https://www.icourse163.Org/course/NEU-1003431001?tid=1450240442.（2）蒋庆斌.工业机器人技术基础.常州机电职业技术学院.中国大学MOOC,2020./course/CZMEC-1207434801?tid=1207780201.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现20（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分；（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√488作业10（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩；（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√244阶段测验10（1）根据每次阶段测验评分，满分100分；（2）每次阶段测验单独评分，取各次测验成绩的平均值作为此环节的最终成绩；（3）以阶段测验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√244期末考核60（1）期末大作业成绩100分，以大作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩；（2）主要考核工业机器人的基本概念、基本原理和基本方法，以及对工业机器人编程、调试和维护的能力。√√√104010合计：100分185626八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、阶段测验、作业、期末大作业等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由过程性考核成绩和期末大作业成绩组成。其中：期末大作业为100分（权重60%），主要考核工业机器人的基本概念、基本原理和基本方法，以及对工业机器人编程、调试和维护的能力。课堂表现、阶段测验、作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）；考核分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表4。表4过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现50笔记完整，积极参与教学活动，踊