4331 课程教学大纲(工业机器人)-2017-赵臣.doc
天津大学《工业机器人》课程教学大纲
课程代码：
2010796
课程名称：
工业机器人
学时：
32
学分：
2
学时分配：
授课：28
上机：
实验：4
实践：
实践（周）：
课后学习
10
更新时间：
2017
授课学院：
机械工程学院
适用专业：
机械设计制造及其自动化、工业设计、工业工程
先修课程：
高等数学，线性代数，电工学，机械控制工程基础
一．课程简介
本课程是机械设计制造及其自动化专业的一门选修课。开课时间为四年级第一学期。通过课程学习让学生了解和掌握工业机器人的基础知识、基本理论和技术，为工业机器人应用与开展进一步的研究工作打下良好基础。
二．教学基本要求
本课程的教学包括课堂教学和课程实验两部分。通过本课程的学习及相关的实验，使学生掌握工业机器人的基础知识与使用方法，了解机器人学最新成就和发展趋势。
1.课程目标
课程目标1：深刻认识工业机器人在工业现代化中的作用，对机器人在各行各业中的作用与发展趋势有较全面的了解。
课程目标2：掌握位姿、齐次矩阵及变换方法，了解操作型工业机器人的构成、核心部件、结构参数、运动学建模、反解方法、雅克比矩阵、操作性能评价、力雅克比矩阵、逆雅克比矩阵、奇异位姿等知识，初步具备工业机器人设计能力、分析能力。
课程目标3：了解工业机器人控制的主要内容、驱动方式等，掌握轨迹参数获取方法、示教再现原理、示教再现机器人工作条件、关节控制曲线、多轴联动等知识，并通过课程实验，初步掌握工业机器人的使用方法。
课程目标4：了解工业机器人作业系统组成，除了机器人外，还要设计好周边设备。
课程目标5：掌握工业机器人的种类、特点与性能指标。了解典型应用领域。
课程目标6：通过智能机器人简介，开阔学生眼界，了解相关技术发展动态。
2.课程目标与毕业要求指标点的对应关系
各项课程目标与毕业要求指标点的对应关系见表1。
表1《工业机器人》课程目标与毕业要求指标点的对应关系
序号
毕业要求指标点
课程目标1
课程目标2
课程目标3
课程目标4
课程目标5
课程目标6
1
2.1能够应用数学、自然科学和机械工程科学的基本原理，识别机械工程领域设计、制造、运行中的关键问题与参数；
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2
2.3能够针对机械工程领域的复杂工程问题进行分析、评价，以获得有效结论。
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3
12.1能够了解当前机械设计制造及其自动化领域的发展状态与发展趋势
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4
12.2能够认识自身知识结构的缺陷和知识容量的不足，具备适应社会、自主学习、终身学习的意识和能力。
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三．教学内容
课程教学内容、教学方式与的课程目标的对应关系见表2。
表2《工业机器人》课程目标与教学内容和方法的对应关系
序号
章
节
知识点
学时
教学
方式
支撑课程目标
1
第1章绪论
1.1课程目的与特点
讲授机器人学基本知识，引进机器人高科技大门
3
讲授
课程目标1
1.2定义、组成、分类与应用
机器人定义，机器人组成，机器人分类，应用工业机器人的优越性，工业机器人主要应用场合
1.3发展历史与趋势
机器人发展历史，工业机器人代的划分，目前现状与发展趋势
2
第2章位姿描述与齐次变换
2.1操作机器人工作过程分析
人类操作方式：手眼协调
操作机器人：重复性劳动，系列位姿点
3
讲授
课程目标2
2.2位姿描述与变换
位姿定义、表达与描述，齐次表达，基本变换矩阵，相对变换与绝对变换，逆变换
2.3非直角坐标系变换
圆柱坐标系，极坐标系，RPY角，欧拉角，绕过直角坐标系原点任意轴旋转
3
第3章机器人运动学
3.1杆件、关节、标架、杆件变换
定义，杆件参数，关节参数，D-H标架，D-H参数，杆件变换矩阵
8
讲授
课程目标2
3.2机器人运动学
运动学基本方程，运动学反解，数字解与解析解，解析解存在条件，重解问题，分离关节变量法，球腕
讲授+练习
3.3机器人工作空间
概念，种类，绘制方法，示例，用途
4
第4章雅克比矩阵
4.1雅克比矩阵
操作空间，关节空间，速度关系式，雅克比矩阵，求法
8
讲授
课程目标2
4.2微分运动
概念，微分运动特点，绝对微分转换，相对微分转换
讲授
4.3雅克比矩阵构造法
微分运动法构造原理，计算公式
矢量积法构造原理，计算公式
讲授+练习
4.4力雅克比矩阵
广义操作力，定义，计算公式
讲授
4.5逆雅克比矩阵
速度反解，奇异构型与特点，示例
讲授+练习
5
第5章机器人控制基础
5.1轨迹参数及获取
定义，主要参数，次要参数，获取方法，位姿示教，在线示教，离线示教
6
讲授
课程目标3、4
5.2示教再现原理
工作原理，示教再现机器人，工作条件
示教点选取，关键点示教，示教信息存储，机器人语言
5.3轨迹实现
点到点控制
连续轨迹控制
机器人