《智能机械设计》教学大纲-中外-32学时

PAGEPAGE13《智能机械设计》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称智能机械设计课程编号课程性质限选课课程类别专业选修课程开课单位机制教研室授课学期第6学期学分/学时2/32课内学时32理论授课28上机学时0课内实践0实验学时4课外学时32适用专业机械设计制造及其自动化专业(中外合作办学）是否双语否先修课程高等数学、线性代数、计算方法、C语言程序设计、理论力学、电工电子学、控制工程基础、机械原理、机械设计后续课程高效材料加工技术及设备二、课程简介智能机械设计是机械设计制造及其自动化专业的一门专业限选课，主要介绍机器人学的基本理论、工业机器人的基本概念、分类、结构特点、控制技术、编程技术及应用维护技术、机器人实际设计及工程应用中应该注意的问题和一些关键技术、高档数控机床的典型机械结构。机器人技术是融合了机械工程、电子技术、传感器、计算机硬件、软件、人工智能等许多学科的知识，涉及到当今许多前沿领域的技术，是一门理论与应用相结合的课程，代表了机电一体化的最高成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，智能机械设计课程涵盖了机械工程、控制论、计算机技术、信息与传感技术、人工智能等诸多学科领域的知识，包括工业机器人的分类、机械系统设计、控制系统设计、机器人测试、高档数控机床的典型机械结构，是一门理论与应用相结合的课程。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标课程目标1：知识目标机器人是典型的机电一体化装置，是机械、电子、控制、检测、通信和计算机的有机融合。通过本课程的学习，使学生了解工业机器人关键技术，使学生对机器人及其相关理论和技术有一个全面、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机器人及其它机电装备的分析、研究及创新设计能力，并了解机器人技术领域的最新发展动态。课程目标2：能力目标学会设计工业机器人；掌握高档数控机床的典型机械结构。掌握机器人的设计、操作、系统集成、现场应用及维护技术。课程目标3：素质思政目标通过本课程的学习，能够培养学生综合运用所学知识，解决机器人应用、数控机床方面的相关问题的能力。厚植中华传统美德，弘扬民族精神和时代精神，激发学生求知热情、探索和创新精神，使学生善于思考、勇于实践，重视自主研发、注重自主知识产权，同时让学生意识到国内科技发展的突出实力，增强学生对祖国的自信心、民族自豪感和责任心。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标11.3运用机械设计制造及其自动化专业基础知识，完成解决复杂机械工程问题的基本思路和方法的训练；工程知识课程目标23.2建立在设计中综合考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素的意识，应用机械设计与制造的基础知识和专业知识，提出机械产品的设计、制造、控制等复杂工程问题的解决方案；3.设计/开发解决方案课程目标33.3能够设计满足特定需求的机械制造系统、零部件或制造工艺，并体现创新意识。3.设计/开发解决方案四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容理论课程第一单元工业机器人绪论（学时数：2学时）1.课程主要内容工业机器人的机器人定义、工业机器人的分类、战略地位、发展状况和行业应用。工业机器人的组成、机械结构和技术指标；工业机器人关键技术。数控机床与工业机器人比较。2.重点和难点重点：工业机器人的组成、工业机器人关键技术、数控机床与工业机器人比较。难点：工业机器人关键技术。3.教学方法课堂讲授、案例分析、实验操作。4.学生学习预期成果说出工业机器人的战略地位、发展状况和行业应用；描述工业机器人的组成、机械结构；描述工业机器人技术指标；说出运工业机器人关键技术。阐述数控机床、工业机器人的特点5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2。第二单元机器人运动学及动力学（学时数：2学时）1.课程主要内容位姿和坐标系描述，平移和旋转齐次坐标变换、机器人运动方程的表示，机器人运动方程的正解与逆解求解方法。机器人运动分析及综合，机器人运动方程的表示，操作臂动力学方程的计算方法，复杂操作臂动力学方程的计算。2.重点和难点重点：机器人运动方程的表示；操作臂动力学方程的计算方法。难点：操作臂动力学方程的计算方法，复杂操作臂动力学方程的计算。。3.教学方法课堂讲授、案例分析。4.学生学习预期成果描述位置位姿、旋转矩阵、平移坐标变换、旋转变换、复合变换等概念，能进行机器人运动分析写出机器人运动方程。能根据具体操作臂求出操作臂动力学方程。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。第三单元工业机器人机械设计及性能测试（学时数：8学时）1.课程主要内容工业机器人的机械系统组成、机器人关节及自由度。工业机器人本体材料，机器人传动机构，典型的工业机器人机构，工业机器人系统性能测试指标。 2.重点和难点重点：工业机器人本体材料，机器人传动机构，典型的工业机器人机构。难点：机器人传动机构，典型的工业机器人机构。3.教学方法课堂讲授、案例分析、分组讨论、实验操作。4.学生学习预期成果说出工业机器人的机械系统组成、机器人关节及自由度。能根据工业机器人本体的使用工况选择本体材料，能设计选择机器人传动机构，能设计典型的工业机器人，说出工业机器人系统性能测试指标。 5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。第四单元工业机器人驱动与控制（学时数：4学时）1.课程主要内容工业机器人驱动系统中的电机驱动器、液压驱动器、气动驱动器的工作原理、结构、特点，工业机器人控制器技术现状，机器人控制系统的主要构成、各功能单元、经典控制方法，机器人现代控制方法。2.重点和难点重点：工业机器人驱动系统中的电机驱动器，机器人控制系统的主要构成。难点：机器人现代控制方法。3.教学方法课堂讲授、案例分析、分组讨论。4.学生学习预期成果说出工业机器人驱动系统中的电机驱动器、液压驱动器、气动驱动器的工作原理、结构、特点，工业机器人控制器技术现状，掌握机器人控制系统的主要构成、各功能单元、经典控制方法，说出机器人现代控制方法。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。第五单元机器人机构及驱动系统优化（学时数：2学时）1.课程主要内容机器人有限元建模、机器人弹性动力仿真、机器人动态特性优化方法，混合变量遗传算法、优化模型求解方法。2.重点和难点重点：机器人机构优化形式、优化指标、优化流程、优化算法。难点：机器人动态特性优化方法，混合变量遗传算法、优化模型求解方法。3.教学方法课堂讲授、案例分析、分组讨论。4.学生学习预期成果阐述机器人机构优化形式、优化指标、优化流程、优化算法，了解机器人有限元建模、机器人弹性动力仿真、机器人动态特性优化方法，了解混合变量遗传算法、优化模型求解方法。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。第六单元数控机床主传动系统结构设计（学时数：2学时）1.课程主要内容变速机构，齿轮在轴上的布置，立式加工中心主轴箱的构造，数控车床主轴箱构造。2.重点和难点重点：立式加工中心主轴箱的构造，数控车床主轴箱构造。难点：立式加工中心主轴箱的构造，数控车床主轴箱构造。3.教学方法课堂讲授、案例分析、实验操作。4.学生学习预期成果描述变速机构，齿轮在轴上的布置。能读懂立式加工中心主轴箱的构造图，数控车床主轴箱构造图。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。第七单元数控机床伺服进给传动系统设计（学时数：2学时）1.课程主要内容伺服进给系统分类、基本要求。直线运动机构，数控机床消隙机构及其常用的连接方式，典型进给系统结构2.重点和难点重点：直线运动机构，数控机床消隙机构。难点：数控机床消隙机构。3.教学方法课堂讲授、案例分析、分组讨论。4.学生学习预期成果描述伺服进给系统分类、基本要求，直线运动机构，数控机床消隙机构及其常用的连接方式。能读懂典型进给系统结构图。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。第八单元数控机床、工业机器人控制及应用（学时数：6学时）1.课程主要内容工业机器人硬件连接、I/O设置，机器人操作安全注意事项和设备的维护。接近觉传感器选型及应用，在线编程、离线编程，上位机软件设计方法、下位机软件设计方法，工业机器人柔性制造线应用，数控系统的硬件、软件结构。2.重点和难点重点：工业机器人硬件连接、I/O设置。接近觉传感器选型及应用。工业机器人柔性制造线应用。数控系统的硬件、软件结构。难点：工业机器人柔性制造线应用。数控系统的硬件、软件结构。3.教学方法课堂讲授、案例分析。4.学生学习预期成果描述在线编程、离线编程，上位机软件设计方法、下位机软件设计方法，数控系统的硬件、软件结构。能进行工业机器人硬件连接、I/O设置。能根据具体情况选择接近觉传感器并能应用。能对工业机器人柔性制造线进行软硬件配置。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。实验课程实验一机器人认识实验（学时数：2学时）1.课程主要内容实验讲授：操作人员安全注意事项，使用机器人前的准备。工业机器人组成：机器人本体（操作机）、控制柜、示教器机器连接。自动化生产线认识：plc、plc与机器人的通讯、生产线及传感器等。伺服电机认识：电机、编码器、伺服驱动。自动化生产系统：仓库单元、加工单元、打标单元、装配单元、视觉单元、总控单元。2.重点和难点工业机器人组成，自动化生产系统。3.实施方式理论+实验4.学习要求理解工业机器人组成，自动化生产系统。5.实验要求（1）实验属性：验证性实验（2）开出要求：必做（3）分组要求：1-2人1组（4）实验准备：工业机器人实验平台，自动化生产线平台（5）其他要求：无6.学生学习预期成果认知机器人本体（操作机）、控制柜、示教器机器。plc、plc与机器人的通讯、生产线及传感器等，伺服电机，自动化生产系统。7.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。实验二机器人轨迹编程实验（学时数：2学时）1.课程主要内容实验讲授：构建基本仿真工业机器人工作站：1）创建一个新的工作站2）导入模型3）建立工业机器人系统、设置示教器显示的语言为汉语。机器人作直线轨迹运动编程：建立机器人工具、工件坐标系。建立新模块并命名。建立例行程序。选择例行程序。半按住使能按钮不放，使电机上电，按下执行程序键，机器人开始执行运动程序。实验操作：构建基本仿真工业机器人工作站；机器人作直线轨迹运动编程：建立机器人工具、工件坐标系。建立新模块并命名。建立例行程序。执行运动程序。2.重点和难点机器人作直线轨迹运动编程。3.实施方式理论+实验4.学习要求能构建基本仿真工业机器人工作站，能编程编制机器人作直线轨迹运动的程序。5.实验要求（1）实验属性：验证性实验（2）开出要求：必做（3）分组要求：1-2人1组（4）实验准备：工业机器人实验平台，机器人仿真实验平台（5）其他要求：无6.学生学习预期成果熟练编制机器人作直线轨迹运动的程序，能构建基本仿真工业机器人工作站7.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑理论课程课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排课内课外学时比例第一单元绪论课堂讲授、案例分析课程目标1、221:1第二单元机器人运动学及动力学课堂讲授、案例分析课程目标1、2、321:1第三单元工业机器人机械设计及性能测试课堂讲授、案例分析分组讨论、实验操作课程目标1、2、381:1第四单元工业机器人驱动与控制课堂讲授、案例分析分组讨论课程目标1、2、341:1第五单元机器人机构及驱动系统优化课堂讲授、案例分析分组讨论课程目标1、2、321:1第六单元数控机床主传动系统结构设计课堂讲授、案例分析、实验操作课程目标1、2、321:1第七单元数控机床伺服进给传动系统设计课堂讲授、案例分析分组讨论课程目标1、2、321:1第八单元数控机床、工业机器人控制及应用课堂讲授、案例分析课程目标1、2、361:1合计281:1实验课程课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排实验一机器人认识实验课堂讲授、小组实验课程目标1、2、32实验二机器人轨迹编程实验课堂讲授、小组实验课程目标1、2、32合计4五、课程考核及对课程目标的支撑（一）课程考核课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节目标分值考核/评价细则平时成绩60%课后作业40作业的成绩给定均10分满分记。最终折算为40分小组讨论20根据讨论内容优劣给小组打分，各小组内根据任务分派组内为每个人打分。最终总成绩按比例折算为20分。随堂测验30课堂根据需要随时安排测验，根据题目难度，数量灵活设置分值。最终按比例折算为30分。课堂表现10根据课堂反馈，讨论，发言等情况打分，次数不限，每次1~2分，最终按比例折算为10分。实践成绩10%实验表现30根据实验课堂反馈、讨论、发言以及实验过程表现，最终折算为30分。实验报告30根据2次实验报告情况，最终折算为30分。实验结果40根据实验操作过程、实验操作结果、实验步骤描述等进行赋分，最终折算为40分。期末考试30%知识401.考核内容：所有教学内容2.考试题型：简答题；分析题3.评价细则：采用线下答题，共计100分。能力40综合应用15创新5（二）课程考核对课程目标的支撑教学内容考核内容考核方式支撑的课程目标第一单元绪论1．1机器人的定义与发展1．2工业机器人的分类1．3工业机器人的应用1．4工业机器人的关键技术1．5工业机器人发展现状和趋势1.6数控机床与工业机器人比较课堂表现随堂测验期末考试课程目标1、2第二单元机器人运动学及动力学2．1机器人运动方程表示2．2机器人运动方程求解2．3机器人运动分析2．4机器人系统动力学课堂表现随堂测验小组讨论期末考试课程目标1、2、3第三单元工业机器人机械设计及性能测试3．1工业机器人的机械系统组成3．2机器人关节及自由度3．3工业机器人本体材料选择3．4机器人传动机构3．5典型工业机器人设计3．6工业机器人系统性能测试课堂表现随堂测验课后作业小组讨论实验过程期末考试课程目标1、2、3第四单元工业机器人驱动与控制4．1工业机器人驱动系统4．2工业机器人控制系统结构4．3机器人控制理论及方法4．4机器人控制系统工程实现课堂表现随堂测验课后作业小组讨论期末考试课程目标1、2、3第五单元机器人机构及驱动系统优化5．1工业机器人优化指标及方法5．2面向动态性能的机器人机构系统优化5．3面向动态性能的机器人驱动系统优化课堂表现随堂测验课后作业小组讨论期末考试课程目标1、2、3第六单元数控机床主传动系统结构设计6．1变速机构6．2齿轮在轴上的布置6．3立式加工中心主轴箱的构造6．4数控车床主轴箱构造课堂表现随堂测验期末考试课程目标1、2、3第七单元数控机床伺服进给传动系统设计7．1伺服进给传动系统概述7．2直线运动机构7．3数控机床消隙机构及其常用的连接方式7.4典型进给系统结构课堂表现随堂测验课后作业小组讨论期末考试课程目标1、2第八单元数控机床、工业机器人控制及应用8．1机器人编程、操作、软件设计8.2工业机器人硬件连接、I/O设置8.3接近觉传感器选型及应用8.4工业机器人柔性制造线组成8.5工业机器人柔性制造线应用实例8.6计算机数控系统课堂表现随堂测验实验过程课后作业期末考试课程目标1、2、3六、使用教材、相关推荐