任务2工业机器人机械结构的认知a.docx

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任务2工业机器人机械结构的认知a

工业机器人技术基础一体化教学

授课名称

工业机器人基础知识

授课时间

授课时数

2课时

授课班级

17机器人班

授课地点

授课教师

覃瑞勇

课题

任务2工业机器人机械结构的认知

教学

目标

知识

目标

1、掌握机器人的自由度和工作空间

2、了解工业机器人的系统组成和结构运动简图

3、掌握关节坐标机器人机身、臂部、腕部及手部等结构特点及功能

能力

目标

通过本节课的学习能够根据机器人的结构组成确定其自由度与识别机器人的运动；能够根据工作需求正确选择机器人

情感目标

（1）在学习过程中提高学生的思维能力，感受学习的快乐，激发学习兴趣。

（2）认识掌握此项技能的重要性，增强做一名技工的责任感和荣誉感。

教学

重点

工业机器人的运动自由度与坐标系

教学

难点

工业机器人的运动自由度与坐标系

教学

用具

教材、教案、多媒体课件、一体化平台

教材

分析

本教材坚持以达到国家职业技能鉴定标准和就业能力为目标，以专业的工作內容为主线，以工作任务为引领，由浅入深，循序渐进，精简理论，突出核心技能与实操能力，使理论与实践融为一体，充分体现“教”“学”“做”合一的教学思想，。

致力于构建符合当前教学改革方向的，以培养应用型、技术型和创新型人才为目标的教学体系。

学情

分析

教学对象

部分学生综合素质低，没有养成良好的日常行为规范；理解、归纳问题能力有待于进一步提高；不具备主动学习的能力，好动，头脑灵活。

正确引导

心理上，学生对文字太多的书本不感兴趣，但对操作机械和以视频结合的课堂气氛十足。

我认为应抓住这些有利因素，以讲解-演示-实践为主线，并配以任务驱动法，引导学生身心投入课堂。

教学

方法

启发式、讲练法、任务驱动、总结提升

学习

方法

“教为主导、学为主体、练为主线”

教学过程

备注

一、组织教学

清点人数，师生相互问好，强调课堂纪律

二、旧知回顾

工业机器人分类及应用

1、按臂部的运动形式分

（1）直角坐标型：

臂部可沿三个直角坐标移动；

（2）关节型：

臂部有多个转动关节；

（3）圆柱坐标型：

臂部可作升降、回转和伸缩动作；

（4）组合结构：

可以实现直线、旋转、回转、伸缩；

（5）球坐标型：

臂部能回转、俯仰和伸缩。

2、按执行机构运动的控制机能分：

点位型、连续轨迹型

3、按程序输入方式分：

离线输入型、示教输入型

4、按应用领域分类：

可分为搬运机器人、装配机器人、上下料机器人、焊接机器人、码垛机器人、喷涂机器人等。

工业机器人的安全使用

（1）安全注意事项

（2）安全操作规程

（3）安全使用规则

（4）操作注意事项

三、新课导入及分析

在前两节课中，我们已经学习了工业机器人的定义，发展以及有关机器人的分类和应用。

通过学习，让我们知道了机器人是一种复杂的机械装置，但是这种机械装置能实现强大的功能作用。

那么，这机器人到底是什么样的呢？

它们的结构又是怎样的呢？

怀着这些疑问，让我们走进工业机器人的世界，去学习工业机器人的机械结构。

四、新课授学（教师讲解、观看视频）

工业机器人的机械结构是机器人的主要基础理论和关键技术，你是现代机械原理研究的主要内容，机器人一般由驱动系统、执行机构、控制系统3个基本系统，以及一些复杂的机械结构组成。

通常用自由度、工作空间、额定负载、定位精度、重复精度和最大工作速度等技术指标来描述机器人的性能。

本任务主要内容是通过学习，了解有关工业机器人系统的基本组成、技术参数及运动控制，能够熟练进行机器人坐标和运动轴的选择，并能熟练的描述工业机器人的结构。

一机器人结构运动简图

机器人结构运动简图是指用结构与运动符号表示机器人臂部、腕部和手指等结构及结构间的运动形式的简易图形符号。

机器人结构运动简图能够更好的分析和记录机器人的各种运动和运动组合，可简单清晰的表明机器人的运动状态，有利于对机器人的设计方案进行鲜明的对比。

1.移动结构

2.摆动结构

注：

b）是a）的侧向图形符号

3.回转结构

4.手部结构

5.其它结构

二工业机器人的运动自由度

1.自由度的概念

描述物体相对于坐标系进行独立运动的数目称为自由度。

物体在三维空间有6个自由度，如图所示。

2.工业机器人的自由度

机器人的自由度是指描述机器人本体（不含末端执行器）相对于基坐标系（机器人坐标系）进行独立运动的数目。

机器人的自由度表示机器人动作灵活的尺度，一般以轴的直线移动、摆动或旋转动作的数目来表示。

机器人常用关节类型：

移动关节——用字母P表示，它允许两相邻连杆沿关节轴线做相对移动，这种关节具有1个自由度，如图所示。

转动关节——用字母R表示，它允许两相邻连杆绕关节轴线做相对转动，这种关节具有1个自由度，如图所示。

球面关节——用字母S表示，它允许两连杆之间有三个独立的相对转动，这种关节具有3个自由度,如图所示。

虎克铰关节——用字母T表示，它允许两连杆之间有二个相对转动，这种关节具有2个自由度,如图所示。

1）直角坐标机器人的自由度

如图所示为直角坐标机器人，臂部具有3个自由度。

特点：

结构刚度大，关节运动相互独立，操作灵活性差。

2）圆柱坐标机器人的自由度

如图所示为五轴圆柱坐标机器人，有5个自由度。

特点：

结构紧凑，易于控制。

3）球（极）坐标机器人的自由度

如图所示为球（极）坐标机器人，具有5个自由度。

特点：

灵活性好，工作空间大。

4）关节机器人

（1）SCARA型关节机器人

SCARA型关节机器人有4个自由度，如图所示。

特点：

适用于平面定位，在垂直方向进行装配作业。

（2）六轴关节机器人

六轴关节机器人有6个自由度，如图所示。

特点：

动作灵活、结构紧凑。

5）并联机器人的自由度

并联机器人是由并联方式驱动的闭环机构组成的机器人。

如图所示，Gough-Stewart并联机构和由此机构构成的机器人是典型的并联机器人。

与开链式工业机器人的自由度不同，并联机器人不能通过结构关节自由度的个数明显数出，可通过以下公式计算其自由度数。

特点：

无累计误差，精度较高，刚度大，承载能力强，速度高，动态响应好，结构紧凑，工作空间较小。

三工业机器人的坐标系

工业机器人的坐标系主要包括：

基坐标系、关节坐标系、工件坐标系及工具坐标系，如图所示。

基坐标系：

基坐标系是机器人其它坐标系的参照基础，是机器人示教与编程时经常使用的坐标系之一，它的位置没有硬性的规定，一般定义在机器人安装面与第一转动轴的交点处。

关节坐标系：

关节坐标系的原点设置在机器人关节中心点处，反映了该关节处每个轴相对该关节坐标系原点位置的绝对角度。

工件坐标系：

工件坐标系是用户自定义的坐标系，用户坐标系也可以定义为工件坐标系，可根据需要定义多个工件坐标系，当配备多个工作台时，选择工件坐标系操作更为简单。

工具坐标系：

工具坐标系是原点安装在机器人末端的工具中心点（TCP：

ToolCenterPoint）处的坐标系，原点及方向都是随着末端位置与角度不断变化的，该坐标系实际是将基坐标系通过旋转及位移变化而来的。

5、教学拓展

机器人的发展：

60年代，美国Unination公司研制成功第一台数控机械手，标志着工业机器人的诞生。

它是一种具有记忆储存能力的示教再现式机器人，被称为第一代机器人。

70年代，出现了配备有感觉传感器的第二代工业机器人，它能够对环境和作业对象进行判断、修正和选择，具有一定自适应能力。

80年代，开始研制第三代工业机器人，除了能完成体力劳动外，还具有与人脑相似的功能，能完成部分脑力劳动。

六、课堂小结

1、机器人结构运动简图是指用结构与运动符号表示机器人臂部、腕部和手指等结构及结构间的运动形式的简易图形符号。

2、描述物体相对于坐标系进行独立运动的数目称为自由度。

机器人的自由度是指描述机器人本体（不含末端执行器）相对于基坐标系（机器人坐标系）进行独立运动的数目。

3、工业机器人的坐标系主要包括：

基坐标系、关节坐标系、工件坐标系及工具坐标系。

七、布置作业

完成书本39页的巩固练习

8、板书设计

9、教学反思

精品文档考试教学资料施工组织设计方案