机械制造及自动化专业《工业机器人技术及应用》课程标准

《工业机器人技术及应用》课程标准二级学院：智能制造与信息工程学院执笔人：杨军审核人：李智制定日期：2022年7月陕西能源职业技术学院一、课程信息表1课程信息表课程名称工业机器人技术及应用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《机械制造技术》、《数控技术及零件加工》后续课程跟岗实习、顶岗实习总学时16课程类型理论课是□实践课是□理论+实践是理实一体化是□适用专业机械制造及自动化二、课程性质1.课程类型本课程是机械制造及自动化专业必修的一门专业拓展课程，是在学习了《机械制造技术》、《数控技术及零件加工》课程，具备了一定专业技能的基础上，开设的一门理论+实践的课程，其功能是对接专业人才培养目标，面向工业机器人工作岗位，培养学生系统地掌握工业机器人基础知识，使学生掌握工业机器人基本组成、工业机器人感知技术、工业机器人控制技术和工业机器人典型应用等，培养学生具备一定的工业机器人现场、安装、调试、运行、维护、管理等职业能力等能力，为后续学生跟岗实习和顶岗实习学习奠定基础。2.课程功能定位表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设备装配调试员、柔性自动化生产线工作岗位1.具备较好的自动化技术实践能力；2.熟悉新接触设备和新工作场景的能力。3.检查工件标识及上道工序加工情况。4.具备良好的自学能力及知识拓展能力。5.文明生产，安全操作，熟悉工业机器人的维护工作。工业机器人生产线管理岗位1.熟悉生产企业的设备状况、人员技术水平等，能控制班组生产成本。2.熟悉产线工作状况，管理好生产调度、质量检查、产品出车间的质量控制。3.能与客户、设计人员和销售服务人员进行交流沟通；具备良好的职业道德和协作能力。三、课程目标与内容1.课程总目标《工业机器人技术及应用》是研究工业机器人的工作原理和结构知识、机器人机构设计、运动分析、控制和使用的技术要点的一门科学，是一门将传统制造技术与现代制造技术相联，并与实际生产技术紧密结合的应用技术。通过本课程的学习，使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工作原理；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；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，同时具备一定的职业素养能力、团体协作能力、沟通能力等，为今后走上工作岗位打下坚实的基础。2.课程具体目标本课程主要研究机器人的结构知识与基本理论。通过本课程的学习，使学生掌握工业机器人基本组成、工业机器人感知技术、工业机器人控制技术和工业机器人典型应用等方面的知识。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，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和操作方法。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）了解工业机器人的发展、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）了解工业机器人运动学、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）了解工业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）了解工业机器人控制系统的构成与编程特点。（5）了解工业机器人工作站及生产线的基本组成和特点。（6）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，能使学生掌握工业机器人运动分析、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和操作方法。（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，本课程系统地介绍了工业机器人控制和使用的理论基础和技术要点，包括工业机器人的概论，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。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15.2具备机械制造与自动化专业基础知识与专业知识，并能将其应用于解决实际机械工程问题。7.1形成装备制造企业生产一线岗位的基本工作规范。7.2遵守企业生产有关法律法规以及文明生产、环境保护、安全消防的规范制度要求。8.2具有按图纸技术要求选用工程材料、机床、刀具、夹具、量具的能力。10.2初步具备工程材料、机床、刀具、工装夹具、测量器具选择的能力，以及编制机械零件加工工艺规程和具体工艺实施的能力。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，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：理解工业机器人发展、定义、研究领域和学科范围；工业机器人的分类和应用及主要技术参数；（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。从我国工业机器人的的发展引入我们现在的幸福生活离不开国家的发展和共产党的领导，热爱国家、热爱党。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。引导学生沟通交流与表达，提升学生的团队合作意识，培养学生集体荣誉感和责任感。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。培养学生认真负责、踏实敬业的工作态度和严谨求实、一丝不苟的工匠精神。1任务2-2工业机器人的手臂手腕2.1工业机器人手臂手腕的定义2.2手臂手腕的运动形式2.3手臂手腕的分类重点：手臂手腕的分类。难点：手臂手腕的运动形式。培养学生的分工协作能力，沟通能力和钻研能力。13项目三工业机器人的动力学和感知系统任务3-1运动学和动力学1.1工业机器人的位姿描述1.2工业机器人动力学重点：工业机器人的运动轨迹规划。难点：工业机器人的运动学方程分析。引导学生做好职业规划，培养学生善于思考、学以致用、尊重自然规律的科学态度。1任务3-2传感器2.1传感器基本组成、特性及特点2.2分类和要求重点：工业机器人传感器的选择要求。难点：分类。培养学生树立质量意识、标准意识，对待工程问题应该一丝不苟、精益求精。14项目四工业机器人的控制系统任务4-1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。培养学生沟通交流与表达能力，提升学生的团队合作意识，培养学生集体荣誉感和责任感。1任务4-2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。培养学生科技兴国，社会责任、使命感和担当意识，培养学生自律、自省的思想意识。15项目五典型工业机器人的操作与编程任务5-1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。培养学生处理问题，学会透过现象看本质，正确处理复杂的问题。2任务5-2ABB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。在学习过程和技能的训练中，培养学生敬业、精益、专注、创新等方面的“工匠”精神。26项目六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。培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力、理解力。1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导学生要善于归纳事物的普遍联系和共同点，要善于归纳总结，提高学习的主动性和自觉性。1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。培养学生严谨的工作作风，勇于克服困难的精神，塑造科学精神和敬业品质。1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。培养学生善于思考、勇于创新的品质，严谨科学，敏锐观察的科学精神。1四、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。同时，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，掌握机器人编程语言。能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.实践教学条件要求（1）校内实训室表5机械加工实训室实训室（中心）名称机械加工实训室面积600m2序号核心设备数量备注1数控铣床XK713262数控车床CK613673数控车床CK613624加工中心XH71525线切割DK7740/AZ16普车C6140107卧式铣床X603648立式铣床X503649摇臂钻Z304012）校外实习基地表6《工业机器人技术及应用》校外实训基地序号校外实训基地名称合作企业名称校外实训基地功能接纳学生人数备注1识岗基地中国一拖集团有限公司铸造、锻造、焊接、热处理等加工实习实训1202生产实习基地西诺医疗器械集团有限公司普通机床及数控机床操作、钳工及产品检验等生产实习503顶岗实习基地西安宇星石油机械新技术开发有限公司机床操作、产品装配及产品检验等综合性实习254认识实习基地西安卫光科技有限公司车、铣、刨、磨、焊等工种的认识实习5053D打印技术实习基地西安非凡士机器人科技有限公司产品设计及逆向设计等实习实训206吉利汽车实习基地吉利汽车集团冲压、焊接、装配线等工种实习实训807浙江双环实习基地浙江双环齿轮传动有限公司机床操作、产品装配、产品检验等综合性实习503.教学方法与策略（1）课程教学模式主要采用项目化教学法、情境教学法、现场教学法和工作过程导向教学法。坚持“够用为度”原则选择相关的知识，依据“即学即用”原则安排教学顺序，以项目教学为形式，设计若干个具有代表性的项目，将知识点重新整理，作为实践与技能的背景知识安排在相关的项目任务中，让各种