机电一体化教案.docx

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机电一体化教案

淮南联合大学

教案

课程名称：

机电一体化系统

授课教师：

授课班级：

选用教材：

赵先中.《机电一体化系统》.高教版

淮南联合大学教师授课教案

章节名称

第7章工业机器人技术

教学名称

第3节典型工业机器人的结构

教学时数

学时1

教学目标

1．了解机器人的主要机械结构

2．理解机器人底座，手臂，手腕和末端夹持器的基本结构

3．了解机器人手腕柔顺性的概念和意义

课程重点难点

1.机器人底座，手臂，手腕和末端夹持器的基本结构

2.机器人手腕柔顺性的概念和应用意义

教学方法

及手段

1．课堂理论课讲授

2．多媒体教学课件播放辅助教学

教学过程及时间分配：

1.机器人的底座

⑴基本作用:

系统的支撑

⑵基本类型:

固定型底座

智能型,可移动型底座

2.机器人手臂

⑴基本作用:

将抓取物送到给定位置

⑵3个自由度:

①手臂的伸缩

②手臂的升降或俯仰

③手臂的回转（实现机构:

齿轮机构,链轮转动机构,连杆机构等）

3.机器人的手腕

⑴作用：

调整或改变工件的方位

⑵具有3个相互独立的自由度

⑶由3个回转关节组成

⑷回转关节的组合运动形式

①俯仰运动

②偏摆云动

③横向滚动运动

4.手腕的柔顺性

⑴意义:

提高装配定位的成功概率

⑵柔顺性装配的2种形式：

1）装有检测元件的主动柔顺装配

2）装有硬件机械环节的被动性柔顺装配（CQX：

球面连接等）

5.机器人末端夹持器

⑴功能:

夹取物件的装置

⑵分类:

①夹钳式取料手

②吸附式取料手

③专用操作器式

④仿生多指灵巧末端夹持器（可在极限环境下工作）

板书设计：

①相关标题，主要内容要点等按常规进行书写

②要求板书清晰整洁美观，图面大小适度规范，无错字别字和不规范文字符号

作业：

1．简述机器人的主要组成机械结构

2．简述机器人底座，手臂，手腕和末端夹持器的基本功能

课后教学小结：

1.讲清机器人的主要的机械结构部分的基本组成

2．讲清机器人底座，手臂，手腕和末端夹持器的基本功能

3．概述机器人手腕柔顺性的概念和意义

4.概述机器人末端夹持器的功能，类型尤其是仿真夹持器的意义

作业中存在的主要问题：

部分同学作业题机器人底座，手臂，手腕和末端夹持器的基本功能有不同程度的理解和表述错误

其余无明显作业问题

淮南联合大学教师授课教案

章节名称

第7章工业机器人技术

教学名称

第4节工业机器人的控制

教学时数

学时0.5

教学目标

1．理解机器人工资系统的任务

2．理解机器人示教再现控制系统的概况

3．理解机器人计算机控制系统的基本组成

4．理解机器人计算机控制系统的管理型、记忆型、计算型三类系统的特点

5．理解计算机集中控制方式和分散控制方式的特点

课程重点难点

1.计算机控制系统的管理型、记忆型、计算型三类系统的特点

2.计算机机器人集中控制方式和分散控制方式的特点

教学方法

及手段

1．课堂理论课讲授

2．多媒体教学课件播放辅助教学

教学过程及时间分配：

1.机器人控制的功能、组成和分类 

    1.对机器人控制系统的一般要求

   机器人控制系统是机器人的重要组成部分，用于对操作机的控制，以完成特定的工作任务，其基本功能如下：

   ·记忆功能：

存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息。

   ·示教功能：

离线编程，在线示教，间接示教。

在线示教包括示教盒和导引示教两种。

   ·与外围设备联系功能：

输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。

   ·坐标设置功能：

有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。

   ·人机接口：

示教盒、操作面板、显示屏。

   ·传感器接口：

位置检测、视觉、触觉、力觉等。

   ·位置伺服功能：

机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。

   ·故障诊断安全保护功能：

运行时系统状态监视、故障状态下的安全保护和故障自诊断。

2．机器人控制系统的组成

（1）控制计算机  控制系统的调度指挥机构。

一般为微机、微处理器有32位、64位等，如奔腾系列CPU以及其他类型CPU。

（2）示教盒  示教机器人的工作轨迹和参数设定，以及所有人机交互操作，拥有自己独立的CPU以及存储单元，与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。

  （3）操作面板  由各种操作按键、状态指示灯构成，只完成基本功能操作。

  （4）硬盘和软盘存储存  储机器人工作程序的外围存储器。

  （5）数字和模拟量输入输出  各种状态和控制命令的输入或输出。

  （6）打印机接口 记录需要输出的各种信息。

  （7）传感器接口  用于信息的自动检测，实现机器人柔顺控制，一般为力觉、触觉和视觉传感器。

  （8）轴控制器  完成机器人各关节位置、速度和加速度控制。

  （9）辅助设备控制  用于和机器人配合的辅助设备控制，如手爪变位器等。

  （10）通信接口  实现机器人和其他设备的信息交换，一般有串行接口、并行接口等。

  （11）网络接口

   1）Ethernet接口：

可通过以太网实现数台或单台机器人的直接PC通信，数据传输速率高达10Mbit/s，可直接在PC上用windows95或windowsNT库函数进行应用程序编程之后，支持TCP/IP通信协议，通过Ethernet接口将数据及程序装入各个机器人控制器中。

   2）Fieldbus接口：

支持多种流行的现场总线规格，如Devicenet、ABRemoteI/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。

3．机器人控制系统分类

   ·程序控制系统：

给每一个自由度施加一定规律的控制作用，机器人就可实现要求的空间轨迹。

   ·自适应控制系统：

当外界条件变化时，为保证所要求的品质或为了随着经验的积累而自行改善控制品质，其过程是基于操作机的状态和伺服误差的观察，再调整非线性模型的参数，一直到误差消失为止。

这种系统的结构和参数能随时间和条件自动改变。

   人工智能系统：

事先无法编制运动程序，而是要求在运动过程中根据所获得的周围状态信息，实时确定控制作用。

   驱动方式：

参见工业机器人驱动系统。

   运动方式：

   ·点位式。

要求机器人准确控制末端执行器的位姿，而与路径无关；

   ·轨迹式。

要求机器人按示教的轨迹和速度运动。

   控制总线：

   ·国际标准总线控制系统。

采用国际标准总线作为控制系统的控制总线，如VME、MULTI-bus、STD-bus、PC-bus。

   ·自定义总线控制系统。

由生产厂家自行定义使用的总线作为控制系统总线。

   编程方式：

   ·物理设置编程系统。

由操作者设置固定的限位开关，实现起动，停车的程序操作，只能用于简单的拾起和放置作业。

   ·在线编程。

通过人的示教来完成操作信息的记忆过程编程方式，包括直接示教（即手把手示教）模拟示教和示教盒示教。

   ·离线编程。

不对实际作业的机器人直接示教，而是脱离实际作业环境，生成示教程序，通过使用高级机器人，编程语言，远程式离线生成机器人作业轨迹。

    4．机器人控制系统结构

   机器人控制系统按其控制方式可分为三类。

   ·集中控制方式：

用一台计算机实现全部控制功能，结构简单，成本低，但实时性差，难以扩展，其构成框图如图2所示

·主从控制方式：

采用主、从两级处理器实现系统的全部控制功能。

主CPU实现管理、坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等；从CPU实现所有关节的动作控制。

其构成框图如图3所示。

主从控制方式系统实时性较好，适于高精度、高速度控制，但其系统扩展性较差，维修困难。

·分散控制方式：

按系统的性质和方式将系统控制分成几个模块，每一个模块各有不同的控制任务和控制策略，各模式之间可以是主从关系，也可以是平等关系。

这种方式实时性好，易于实现高速、高精度控制，易于扩展，可实现智能控制，是目前流行的方式，其控制框图如图4所示。

板书设计：

①相关标题，主要内容要点等按常规进行书写

②要求板书清晰整洁美观，图面大小适度规范，无错字别字和不规范文字

符号

作业：

1．简述计算机控制系统的管理型、记忆型、计算型三类系统的特点

2.简述计算机机器人集中控制方式和分散控制方式的特点

课后教学小结：

1．讲清机器人计算机控制系统的基本组成，建立控制系统总体轮廓概念

2．讲清楚机器人计算机控制系统的管理型、记忆型、计算型三类系统的特点

3．概述计算机集中控制方式和分散控制方式的特点

4．通过课件图片和加工过程录相资料片的播放，加深对工业机器人控制系统的理解

作业中存在的主要问题：

部分同学作业题简述计算机机器人集中控制方式和分散控制方式的特点

有不同程度的理解和表述错误

其余无明显作业问题

淮南联合大学教师授课教案

章节名称

第7章工业机器人技术

教学名称

第5节工业机器人的操作

教学时数

学时0.5

教学目标

1．了解教材所介绍的ABB型工业机器人操作过程

2．理解开启电源前应该进行的准备工作和注意事项

3．理解操作面板的正确使用操作

4．理解示教合的功能和正确使用

5．理解手动模式下的电机启动和文本输入

课程重点难点

1.示教合的功能和正确使用

2.手动模式下的电机启动和文本输入

教学方法

及手段

1．课堂理论课讲授

2．多媒体教学课件播放辅助教学

教学过程及时间分配：

开启电源

开启电源前的周围环境和工作环境的准备工作

接通电源后的系统自检和欢迎信息，故障信息的概念

启动后的断点恢复的概念和意义

故障信息的概念

操作面板的使用

1.电机工作按钮及指示灯

2.急停按钮的设置意义

3.操作模式旋钮

（1）自动模式（生产模式，必须确保工作空间是安全的）

（2）减速手动模式（编程模式，按定运行键可运行，释放运行键即停）

（3）全速手动模式（测试模式）

示教盒的功能及使用

主要的操作键如下;

1.手动杆按键（确定使用手动杆操作方向和速度以手动杆确定）

2.编程键进入变成状态

3.输入输出键

4.多功能键

5.程序停止键

6.对比度

7.菜单键

8.功能键

9.运动单元键

10.运动类型键

11.运动性质键

12.增量键

13.翻页键

14.删除键

15.回车键

16.上下箭头

17.左右箭头

18.用户自定义键

手动模式下的电机启动和文本输入

文件名,程序,数据,文字可用示教盒输入

字符可通过数字键和功能键配合输入

可进行删除等编辑操作和大小写设置

板书设计：

①相关标题，主要内容要点等按常规进行书写

②要求板书清晰整洁美观，图面大小适度规范，无错字别字和不规范文字符号

作业：

1．简述自动模式（生产模式）下启动机器人必须确保工作空间是安全的含义

2．简述设置急停按钮的设置意义

课后教学小结：

1．概要讲述讲清机器人开启电源操作的基本要求

2．概要讲述讲清机器人示教盒的操作的主要内容和手动方式下的电机启动及文本输入

3．通过课件图片和加工过程录相资料片的播放，加深机器人操作的感性理解

作业中存在的主要问题：

部分同学作业题简述自动模式（生产模式）下启动机器人必须确保工作空间是安全的含义有不同程度的理解和表述错误

其余无明显作业问题

淮南联合大学教师授课教案

章节名称

第7章工业机器人技术

教学名称

第6节工业机器人的编程

教学时数

学时0.5

教学目标

1．了解机器人编程操作的概念

2．理解汇编语言程序涉及的基本要求和过程

3．理解RAPID语言的基本功能和程序结构特点

4．

5．

课程重点难点

1.汇编语言程序涉及的基本要求和过程

2.RAPID语言的基本功能和程序结构特点

教学方法

及手段

1．课堂理论课讲授

2．多媒体教学课件播放辅助教学

教学过程及时间分配：

机器人语言概述

使用过的机器人程序设计语言

使用计算机高级语言BASIC,C等

专用机器人语言

RAPID语言概况

1.语句结构

※三种常用的程序单元

①主程序调用完成某种固定功能的子程序

②获得某种数值的函数程序

③中断服务程序

※其他语句

①参数变量程序

②算术和逻辑表达式

③自动错误处理

④标准程序

⑤多重任务

2.控制程序流程

（1）设计原则

通过调入其它程序执行

判断给定条件控制转移执行

循环执行某一程序段直到结束条件出现

程序指定的跳转

（2）调子程序的结构

（3）条件转移的程序结构

（4）终止程序的执行指令（STOPEXIT）

（5）终止循环指令

3.各种指令（指令系统）

（1）数据赋值指令

（2）延时等待指令

（3）注释

（4）加载程序模块

（5）各种特殊功能指令

（6）原始数据定义

（7）转化功能指令

4.运动设置

（1）规划原则

（2）定义速度

（3）定义加速度

（4）定义结构管理

（5）定义有效载荷

⑹定义单个点的行为

⑺置换程序

⑻软件伺服

⑼调节机器人的调谐值

⑽工作区域分区划分

⑾运动数据的设置

5.运动

⑴设计原则（包括路径类型，方位数据，速度数据，分区数据，工具数据，工件数据｛当前坐标系｝等）

⑵定位指令

⑶搜寻

⑷激活输出或在指定的位置中断

⑸运动的临时停止和重新开始

⑹外部轴的控制

⑺无约束轴的控制

⑻路经修正类指令

应用举例

机器人从进料口拿取一个工件，——放置到机床指定的装夹位置——加工结束机器人将工件取出放置到出料口——循环执行——知道外部信号通知停止

1.主循环路线的确定

2.操作夹持器

3.从进料口抓取工件

4.放置在机床上,离开,等待加工

5.放置工件于出料口,一次循环结束

板书设计：

①相关标题，主要内容要点等按常规进行书写

②要求板书清晰整洁美观，图面大小适度规范，无错字别字和不规范文字符号

作业：

1．简述汇编语言程序设计和高级语言程序设计的各自特点

2．简述机器人在机床加工上下料应用中的技术意义

课后教学小结：

1．讲清各类程序设计语言的基本原理，应用特点,应用选择

2．概述RAPID语言的基本功能和程序结构特点

3．通过课件图片和加工过程录相资料片的播放，加深机器人程序设计的感性理解

作业中存在的主要问题：

部分同学作业题编语言程序设计和高级语言程序设计的各自特点有不同程度的理解和表述错误

其余无明显作业问题