工业机器人高级编程教学大纲

一、课程基本信息

 课程代码：20051931009          

 课程学分：2学分

 课程学时：54学时（理论学时：18；实验（实践）学时：36）

 课程类别：专业选修

 先修课程：高等数学、线性代数、电机与拖动基础、自动控制原理、机器人学、机器人运动控制等

 适用专业（方向）：机器人工程

二、课程简介

 工业机器人高级编程是机器人工程专业的一门选修的专业主干课，也是机器人工程专业重要的实践教学环节，是理论教学的补充、继续和深化。实训课程的主要目的是教授学生进行机器人基础与编程基础、工业机器人离线编程、构建基本仿真工业机器人工作站、机器人离线轨迹编程、机器人搬运与IO事件离线编程、机器人系统创建与运用、综合实训等实验的基本方法，培养实际操作技能，提高学生动手能力、分析问题和解决实际问题能力。通过实验使学生进一步巩固和加深对所学机器人运动控制系统基础理论知识的理解，为后续其他专业课以及工作打下坚实基础。

三、课程目标

 工业机器人高级编程课程具体要求达到的特定教学目标包括：

1.课程目标1：在理论的指导下，通过虚拟仿真软件，了解机器人组成以及编程基础知识。与理论教学部分相结合，通过虚拟仿真软件，掌握工业机械臂的离线编程基础知识，并实现工业机械臂的零部件装配、工具坐标系校准、轨迹生成等任务。（指标点2.1）

2.课程目标2：在虚拟仿真软件中实现工业机械臂的运动仿真分析，并记录相应的轨迹以及关节角度，进行工业机械臂运动学正反解分析；在虚拟仿真环境中搭建机器人工作站，并匹配各个组件动作。（指标点2.2）

3.课程目标3：完成工业生产上的主要任务模拟并与实际设备匹配联动，验证运动仿真分析的结果，并实现虚拟仿真与真实设备同步联动。（指标点5.2）

4.课程目标4：能够熟知机器人相关理论、机器人离线编程、带导轨与带变位机的机器人系统的创建和运用等知识。培养学生正确的世界观和人生观、良好的德育品质和爱国情操、具有良好的思想道德思想、强烈的民族自豪感和社会责任感。初步培养学生科学的思想方法和研究问题的方法，培养学生的创新意识和探索精神。（指标点8.1）

5.课程目标5：通过实验任务驱动，在设计实现过程中，引导学生结合已掌握的书本知识，收集、整理相关资料，自主编程、积极创新，培养学生自己获取新知识的能力、创新意识以及独立学习的习惯。（指标点12.1）

四、课程支撑的毕业要求

1. 本课程支撑的毕业要求：毕业要求2、5、8、12。

 毕业要求2：问题分析

 能够应用机器人基础理论、机器人离线编程、自动控制等专业知识识别和判断机器人与智能控制领域工程问题中的关键环节和参数，并进行有效分析。具备对与机器人相关的特定工程问题进行建模、编程、分析和解决的能力。

 毕业要求5：使用现代工具

 通过实验任务驱动，能恰当使用计算机离线编程仿真软件，并结合机器人系统等硬件资源，针对机器人轨迹编程、机器人搬运与IO 事件离线编程、自定义机器人等机器人领域复杂工程项目进行模拟和仿真分析，并能够理解其局限性。

 毕业要求8：职业规范

 通过对机器人领域工程问题的分析研究，了解科学发展的曲折性和艰巨性，形成科学的自然观、宇宙观和辩证唯物主义世界观，提高科学素养，成长为心系社会并有时代担当的技术型人才。

 毕业要求12：终身学习

 通过机器人工程问题驱动，在设计实现过程中，能够具有自主学习的意识，结合已掌握的书本知识，收集、整理相关资料，自主探索、积极创新，掌握自主学习的能力、创新意识以及独立学习的习惯。

2. 本课程支撑的指标点：指标点2.1、2.2、5.2、8.1、12.1

 指标点2.1：通过虚拟仿真软件，能够结合相关理论知识，对工业机械臂的零部件装配、轨迹生成等工业机器人领域的工程问题进行研究分析，具备识别分析问题关键环节的能力。

 指标点2.2：针对工程问题，能够在虚拟仿真软件中对工业机械臂进行运动仿真分析，并记录机械臂相应的轨迹以及关节角度，进而对工业机械臂做运动学正反解分析；通过在虚拟仿真环境中搭建机器人工作站，并匹配各个组件动作，对问题进行建模、分析和求解，以得到有效结论。

 指标点5.2：掌握计算机离线编程仿真软件Robotart的原理和使用方法，以及机器人工作站等硬件的操纵方法。

 指标点8.1：能够了解科学发展的曲折性和艰巨性，树立科学的世界观、价值观，提高科学素养，成为负有社会责任感的技术型人才。

 指标点12.1：针对复杂的工程问题，不局限于课程已学到的知识，积极主动探索创新，具有收集信息和知识的方法，以及自主学习的意识和能力。

五、课程教学目标与毕业要求对应表

六、课程教学内容与课程目标对应表

理论教学

注：教学内容坚持课程思政，坚持专业教育与课程思政教育相融合。

实验教学

（一）实验项目基本情况

 注：实验类型包括演示型、验证型、综合型、设计研究型、其他；实验类别包括基础、专业基础、专业、其他。

（二）实验内容和基本要求

1.实验项目1：机器人基础与编程基础

 通过本实验使学生了解机器人机械系统的组成、机械系统各部分的原理和作用、机器人系统手动操作的方法。

1.1实验内容和要求

(1) 机器人系统手动操作

(2) 机器人系统基础编程

1.2主要实验方法

(1) 验证法

(2) 设计法

1.3 实验重点难点

(1) 实验重点：机器人系统手动操作与基础编程

(2) 实验难点：机器人系统手动操作与基础编程

2.实验项目2：工业机器人的示教器  

 通过本实验使学生了解工业机器人示教器的组成和使用方法，工业机器人示教的原理和作用。

2.1实验内容和要求

(1) 对工业机器人示教器各组成部分的功能进行测试

(2)利用示教器进行快捷操作

(3)利用示教器对系统进行设置

(4) 使用示教器操纵工业机器人

2.2 主要实验方法

(1) 验证法

(2) 设计法

2.3 实验重点难点

(1) 实验重点：工业机器人示教器的使用方法

(2) 实验难点：工业机器人示教器的使用方法

3.实验项目3：工业机器人离线编程

 通过本实验使学生了解离线编程虚拟仿真技术的原理，掌握离线编程虚拟仿真技术的操作方法。

3.1实验内容和要求

(1) 熟悉工业机器人离线编程软件的基本操作

(2) 熟悉离线编程仿真软件RobotArt 的使用流程

(3) 在离线编程软件中利用工业机器人进行写字操作

3.2主要实验方法

(1) 验证法

(2) 设计法

3.3 实验重点难点

(1) 实验重点：离线编程虚拟仿真软件的使用方法

(2) 实验难点：离线编程虚拟仿真软件的使用方法

4.实验项目4：构建基本仿真工业机器人工作站

 通过本实验使学生理解基本仿真工业机器人工作站的各组成部分，了解基本仿真工业机器人工作站的工作原理，掌握从零搭建工作站的方法。

4.1实验内容和要求

(1) 学习三维球工具的使用方法

(2) 从零开始，利用三维球工具搭建完整的工作站

4.2主要实验方法

(1) 验证法

(2) 设计法

4.3 实验重点难点

(1) 实验重点：从零搭建工作站的方法

(2) 实验难点：从零搭建工作站的方法

5.实验项目5：机器人离线轨迹编程初级篇

 通过本实验使学生了解手持工具加工边的原理，掌握手持工具加工边的操作方法。

5.1实验内容和要求

(1) 对机器人系统进行校准

(2) 创建机器人离线轨迹路径

(3)掌握轨迹编辑方式及仿真调试方法

(4) 手持工具加工边的操作方法

5.2主要实验方法

(1) 验证法

(2) 设计法

5.3 实验重点难点

(1) 实验重点：手持工具加工边的操作方法

(2) 实验难点：手持工具加工边的操作方法

6.实验项目6：机器人离线轨迹编程中级篇

 通过本实验使学生了解手持工具加工面的原理，掌握手持工具加工面的操作方法。

6.1实验内容和要求

(1) 创建轮毂打磨程序及上机

(2) 掌握手持工具加工面的操作方法

6.2主要实验方法

(1) 验证法

(2) 设计法

6.3 实验重点难点

(1) 实验重点：手持工具加工面的操作方法

(2) 实验难点：手持工具加工面的操作方法

7.实验项目7：机器人离线轨迹编程高级篇

 通过本实验使学生了解手持零件利用外部工具加工的原理，掌握手持零件利用外部工具加工的操作方法。

7.1实验内容和要求

(1) 创建弧形板画线程序及上机

(2) 掌握手持零件利用外部工具加工的操作方法

7.2主要实验方法

(1) 验证法

(2) 设计法

7.3 实验重点难点

(1) 实验重点：手持零件利用外部工具加工的操作方法

(2) 实验难点：手持零件利用外部工具加工的操作方法

8.实验项目8：机器人搬运与IO 事件离线编程

 通过本实验使学生了解机器人搬运的原理，掌握机器人搬运作业的实现方法、机器人搬运与IO 事件离线编程的操作方法。

8.1实验内容和要求

(1) 利用机器人进行简单抓取操作

(2) 利用机器人进行码垛操作

(3) 利用机器人进行鼠标装配操作

8.2主要实验方法

(1) 验证法

(2) 设计法

8.3 实验重点难点

(1) 实验重点：机器人搬运作业的实现方法

(2) 实验难点：机器人搬运与IO 事件离线编程的操作方法

9.实验项目9：带导轨的机器人系统创建与运用

 通过本实验使学生了解带导轨的机器人系统的结构，掌握包含导轨的机器人系统的搭建方法，了解带导轨的机器人系统的运用场合。

9.1实验内容和要求

(1) 搭建包含导轨的机器人系统

(2) 利用带导轨的机器人进行钢结构梁柱焊接

9.2主要实验方法

(1) 验证法

(2) 设计法

9.3 实验重点难点

(1) 实验重点：包含导轨的机器人系统的搭建方法

(2) 实验难点：包含导轨的机器人系统的搭建方法

10.实验项目10：带变位机的机器人系统创建与运用

 通过本实验使学生了解带变位机的机器人系统的结构，掌握带变位机的机器人系统的搭建方法，了解带变位机的机器人系统的运用场合。

10.1实验内容和要求

(1) 搭建带变位机的机器人系统

(2) I 型焊管焊接工作站变位机程序的生成

10.2主要实验方法

(1) 验证法

(2) 设计法

10.3 实验重点难点

(1) 实验重点：带变位机的机器人系统搭建方法

(2) 实验难点：带变位机的机器人系统搭建方法

11.实验项目11：综合实训

 通过本实验使学生掌握机器人码垛、分拣、上下料、搬运、打磨和检测的原理和实现方法。

11.1实验内容和要求

(1) 机器人码垛的实现

(2) 机器人分拣的实现

(3)机器人上下料的实现

(4)机器人搬运的实现

(5)机器人打磨的实现

(6)机器人检测的实现

11.2主要实验方法

(1) 验证法

(2) 设计法

11.3 实验重点难点

(1) 实验重点：机器人码垛，分拣，上下料，搬运，打磨，检测的实现

(2) 实验难点：机器人码垛，分拣，上下料，搬运，打磨，检测的实现

12.实验项目12：RobotArt 自定义功能

 通过本实验使学生掌握使用RobotArt实现自定义机器人、机构、工具、零件、后置的原理和方法。

12.1实验内容和要求

(1) 自定义工具

(2) 自定义机器人

(3) 自定义机构

(4) 自定义状态机

(5) 自定义零件

(6) 自定义后置

(7) 构建完整工作站

12.2主要实验方法

(1) 验证法

(2) 设计法

12.3 实验重点难点

(1) 实验重点：使用RobotArt实现自定义机器人、机构、工具、零件、后置的方法

(2) 实验难点：使用RobotArt实现自定义机器人、机构、工具、零件、后置的方法

七、课程考核及成绩评定

1.重点考核内容：工作站的搭建、机器人离线轨迹编程、机器人搬运与IO 事件离线编程、带导轨的机器人系统创建与运用、带变位机的机器人系统创建与运用、机器人码垛，分拣，上下料，搬运，打磨，检测的实现、使用RobotArt实现自定义机器人、机构、工具、零件、后置的方法

2.考核方式：考查

3.考核形式：闭卷、平时考核、中期考核、期末考核、实验考核等方式综合评定

4.成绩评定：采用百分制，按以下三项考核指标进行实验成绩综合评定，其构成比例如下。

 平时考核成绩：占课程总成绩的30%，（其中考勤占50%，作业占50%，平时测验×%）

 期中考核成绩：占课程总成绩的10%

 期末考核成绩：占课程总成绩的400%

 课内实验成绩：占课程总成绩的 20%

八、选用教材与课程资源

 教  材：《RobotArt仿真软件使用教程》，2018年。

 参考书：1.《运动控制系统》，阮毅编著，清华大学出版社，2011年第4版。

2.《运动控制系统》，尔桂花编著，清华大学出版社，2002年第1版。

3.《运动控制系统》，尚丽编著，西安电子科技大学出版社，2009年第1版。

 网络教学资源：

1. https://art.pq1959.com/

2. https://www.icourse163.org/course/HUST-1001531001

 撰写人：毛威，张凯，赵骞审核人：刘思邦

                                              审定人：孙现科

2020年  8月  20日