任務(wù)2 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的認(rèn)知a

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工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)一體化教學(xué)授課名稱工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識授課時(shí)間授課時(shí)數(shù)2課時(shí)授課班級17機(jī)器人班授課地點(diǎn)授課教師覃瑞勇課題任務(wù)2工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的認(rèn)知教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)1、掌握機(jī)器人的自由度和工作空間2、了解工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)運(yùn)動簡圖3、掌握關(guān)節(jié)坐標(biāo)機(jī)器人機(jī)身、臂部、腕部及手部等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及功能能力目標(biāo)通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)能夠根據(jù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成確定其自由度與識別機(jī)器人的運(yùn)動；能夠根據(jù)工作需求正確選擇機(jī)器人情感目標(biāo)（1）在學(xué)習(xí)過程中提高學(xué)生的思維能力，感受學(xué)習(xí)的快樂，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。（2）認(rèn)識掌握此項(xiàng)技能的重要性，增強(qiáng)做一名技工的責(zé)任感和榮譽(yù)感。教學(xué)重點(diǎn)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動自由度與坐標(biāo)系教學(xué)難點(diǎn)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動自由度與坐標(biāo)系教學(xué)用具教材、教案、多媒體課件、一體化平臺教材分析本教材堅(jiān)持以達(dá)到國家職業(yè)技能鑒定標(biāo)準(zhǔn)和就業(yè)能力為目標(biāo)，以專業(yè)的工作內(nèi)容為主線，以工作任務(wù)為引領(lǐng)，由淺入深，循序漸進(jìn)，精簡理論，突出核心技能與實(shí)操能力，使理論與實(shí)踐融為一體，充分體現(xiàn)“教”“學(xué)”“做”合一的教學(xué)思想，。致力于構(gòu)建符合當(dāng)前教學(xué)改革方向的，以培養(yǎng)應(yīng)用型、技術(shù)型和創(chuàng)新型人才為目標(biāo)的教學(xué)體系。學(xué)情分析教學(xué)對象部分學(xué)生綜合素質(zhì)低，沒有養(yǎng)成良好的日常行為規(guī)范；理解、歸納問題能力有待于進(jìn)一步提高；不具備主動學(xué)習(xí)的能力，好動，頭腦靈活。正確引導(dǎo)心理上，學(xué)生對文字太多的書本不感興趣，但對操作機(jī)械和以視頻結(jié)合的課堂氣氛十足。我認(rèn)為應(yīng)抓住這些有利因素，以講解-演示-實(shí)踐為主線，并配以任務(wù)驅(qū)動法，引導(dǎo)學(xué)生身心投入課堂。9 教學(xué)方法啟發(fā)式、講練法、任務(wù)驅(qū)動、總結(jié)提升學(xué)習(xí)方法“教為主導(dǎo)、學(xué)為主體、練為主線”教學(xué)過程備注一、組織教學(xué)清點(diǎn)人數(shù)，師生相互問好，強(qiáng)調(diào)課堂紀(jì)律二、舊知回顧工業(yè)機(jī)器人分類及應(yīng)用1、按臂部的運(yùn)動形式分（1）直角坐標(biāo)型：臂部可沿三個(gè)直角坐標(biāo)移動；（2）關(guān)節(jié)型：臂部有多個(gè)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)；（3）圓柱坐標(biāo)型：臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動作；（4）組合結(jié)構(gòu)：可以實(shí)現(xiàn)直線、旋轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)、伸縮；（5）球坐標(biāo)型：臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮。2、按執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的控制機(jī)能分：點(diǎn)位型、連續(xù)軌跡型3、按程序輸入方式分：離線輸入型、示教輸入型4、按應(yīng)用領(lǐng)域分類：可分為搬運(yùn)機(jī)器人、裝配機(jī)器人、上下料機(jī)器人、焊接機(jī)器人、碼垛機(jī)器人、噴涂機(jī)器人等。工業(yè)機(jī)器人的安全使用（1）安全注意事項(xiàng)（2）安全操作規(guī)程（3）安全使用規(guī)則（4）操作注意事項(xiàng)三、新課導(dǎo)入及分析在前兩節(jié)課中，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了工業(yè)機(jī)器人的定義，發(fā)展以及有關(guān)機(jī)器人的分類和應(yīng)用。通過學(xué)習(xí)，讓我們知道了機(jī)器人是一種復(fù)雜的機(jī)械裝置，但是這種機(jī)械裝置能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能作用。那么，這機(jī)器人到底是什么樣的呢？它們的結(jié)構(gòu)又是怎樣的呢？懷著這些疑問，讓我們走進(jìn)工業(yè)機(jī)器人的世界，去學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)。9 四、新課授學(xué)（教師講解、觀看視頻）工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)是機(jī)器人的主要基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)，你是現(xiàn)代機(jī)械原理研究的主要內(nèi)容，機(jī)器人一般由驅(qū)動系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)3個(gè)基本系統(tǒng)，以及一些復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成。通常用自由度、工作空間、額定負(fù)載、定位精度、重復(fù)精度和最大工作速度等技術(shù)指標(biāo)來描述機(jī)器人的性能。本任務(wù)主要內(nèi)容是通過學(xué)習(xí)，了解有關(guān)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的基本組成、技術(shù)參數(shù)及運(yùn)動控制，能夠熟練進(jìn)行機(jī)器人坐標(biāo)和運(yùn)動軸的選擇，并能熟練的描述工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。一機(jī)器人結(jié)構(gòu)運(yùn)動簡圖機(jī)器人結(jié)構(gòu)運(yùn)動簡圖是指用結(jié)構(gòu)與運(yùn)動符號表示機(jī)器人臂部、腕部和手指等結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)間的運(yùn)動形式的簡易圖形符號。機(jī)器人結(jié)構(gòu)運(yùn)動簡圖能夠更好的分析和記錄機(jī)器人的各種運(yùn)動和運(yùn)動組合，可簡單清晰的表明機(jī)器人的運(yùn)動狀態(tài)，有利于對機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行鮮明的對比。1.移動結(jié)構(gòu)移動2移動19 2.擺動結(jié)構(gòu)注：b）是a）的側(cè)向圖形符號3.回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)4.手部結(jié)構(gòu)5.其它結(jié)構(gòu)9 二工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動自由度1.自由度的概念描述物體相對于坐標(biāo)系進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動的數(shù)目稱為自由度。物體在三維空間有6個(gè)自由度，如圖所示。2.工業(yè)機(jī)器人的自由度機(jī)器人的自由度是指描述機(jī)器人本體（不含末端執(zhí)行器）相對于基坐標(biāo)系（機(jī)器人坐標(biāo)系）進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動的數(shù)目。機(jī)器人的自由度表示機(jī)器人動作靈活的尺度，一般以軸的直線移動、擺動或旋轉(zhuǎn)動作的數(shù)目來表示。機(jī)器人常用關(guān)節(jié)類型：移動關(guān)節(jié)——用字母P表示，它允許兩相鄰連桿沿關(guān)節(jié)軸線做相對移動，這種關(guān)節(jié)具有1個(gè)自由度，如圖所示。轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)——用字母R表示，它允許兩相鄰連桿繞關(guān)節(jié)軸線做相對轉(zhuǎn)動，這種關(guān)節(jié)具有1個(gè)自由度，如圖所示。球面關(guān)節(jié)——用字母S表示，它允許兩連桿之間有三個(gè)獨(dú)立的相對轉(zhuǎn)動，這種關(guān)節(jié)具有3個(gè)自由度,如圖所示。9 虎克鉸關(guān)節(jié)——用字母T表示，它允許兩連桿之間有二個(gè)相對轉(zhuǎn)動，這種關(guān)節(jié)具有2個(gè)自由度,如圖所示。1）直角坐標(biāo)機(jī)器人的自由度如圖所示為直角坐標(biāo)機(jī)器人，臂部具有3個(gè)自由度。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)剛度大，關(guān)節(jié)運(yùn)動相互獨(dú)立，操作靈活性差。2）圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的自由度如圖所示為五軸圓柱坐標(biāo)機(jī)器人，有5個(gè)自由度。9 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，易于控制。3）球（極）坐標(biāo)機(jī)器人的自由度如圖所示為球（極）坐標(biāo)機(jī)器人，具有5個(gè)自由度。特點(diǎn)：靈活性好，工作空間大。4）關(guān)節(jié)機(jī)器人（1）SCARA型關(guān)節(jié)機(jī)器人SCARA型關(guān)節(jié)機(jī)器人有4個(gè)自由度，如圖所示。特點(diǎn)：適用于平面定位，在垂直方向進(jìn)行裝配作業(yè)。（2）六軸關(guān)節(jié)機(jī)器人六軸關(guān)節(jié)機(jī)器人有6個(gè)自由度，如圖所示。特點(diǎn)：動作靈活、結(jié)構(gòu)緊湊。9 5）并聯(lián)機(jī)器人的自由度并聯(lián)機(jī)器人是由并聯(lián)方式驅(qū)動的閉環(huán)機(jī)構(gòu)組成的機(jī)器人。如圖所示，Gough-Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)和由此機(jī)構(gòu)構(gòu)成的機(jī)器人是典型的并聯(lián)機(jī)器人。與開鏈?zhǔn)焦I(yè)機(jī)器人的自由度不同，并聯(lián)機(jī)器人不能通過結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)自由度的個(gè)數(shù)明顯數(shù)出，可通過以下公式計(jì)算其自由度數(shù)。特點(diǎn)：無累計(jì)誤差，精度較高，剛度大，承載能力強(qiáng)，速度高，動態(tài)響應(yīng)好，結(jié)構(gòu)緊湊，工作空間較小。三工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)系工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)系主要包括：基坐標(biāo)系、關(guān)節(jié)坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系及工具坐標(biāo)系，如圖所示。9 基坐標(biāo)系：基坐標(biāo)系是機(jī)器人其它坐標(biāo)系的參照基礎(chǔ)，是機(jī)器人示教與編程時(shí)經(jīng)常使用的坐標(biāo)系之一，它的位置沒有硬性的規(guī)定，一般定義在機(jī)器人安裝面與第一轉(zhuǎn)動軸的交點(diǎn)處。關(guān)節(jié)坐標(biāo)系：關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的原點(diǎn)設(shè)置在機(jī)器人關(guān)節(jié)中心點(diǎn)處，反映了該關(guān)節(jié)處每個(gè)軸相對該關(guān)節(jié)坐標(biāo)系原點(diǎn)位置的絕對角度。工件坐標(biāo)系：工件坐標(biāo)系是用戶自定義的坐標(biāo)系，用戶坐標(biāo)系也可以定義為工件坐標(biāo)系，可根據(jù)需要定義多個(gè)工件坐標(biāo)系，當(dāng)配備多個(gè)工作臺時(shí)，選擇工件坐標(biāo)系操作更為簡單。工具坐標(biāo)系：工具坐標(biāo)系是原點(diǎn)安裝在機(jī)器人末端的工具中心點(diǎn)（TCP：ToolCenterPoint）處的坐標(biāo)系，原點(diǎn)及方向都是隨著末端位置與角度不斷變化的，該坐標(biāo)系實(shí)際是將基坐標(biāo)系通過旋轉(zhuǎn)及位移變化而來的。五、教學(xué)拓展機(jī)器人的發(fā)展：60年代，美國Unination公司研制成功第一臺數(shù)控機(jī)械手，標(biāo)志著工業(yè)機(jī)器人的誕生。它是一種具有記憶儲存能力的示教再現(xiàn)式機(jī)器人，被稱為第一代機(jī)器人。70年代，出現(xiàn)了配備有感覺傳感器的第二代工業(yè)機(jī)器人，它能夠?qū)Νh(huán)境和作業(yè)對象進(jìn)行判斷、修正和選擇，具有一定自適應(yīng)能力。80年代，開始研制第三代工業(yè)機(jī)器人，除了能完成體力勞動外，還具有與人腦相似的功能，能完成部分腦力勞動。六、課堂小結(jié)1、機(jī)器人結(jié)構(gòu)運(yùn)動簡圖是指用結(jié)構(gòu)與運(yùn)動符號表示機(jī)器人臂部、腕部和手指等結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)間的運(yùn)動形式的簡易圖形符號。2、描述物體相對于坐標(biāo)系進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動的數(shù)目稱為自由度。機(jī)器人的自由度是指描述機(jī)器人本體（不含末端執(zhí)行器）相對于基坐標(biāo)系（機(jī)器人坐標(biāo)系）進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動的數(shù)目。3、工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)系主要包括：基坐標(biāo)系、關(guān)節(jié)坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系及工具坐標(biāo)系。七、布置作業(yè)完成書本39頁的鞏固練習(xí)9 八、板書設(shè)計(jì)九、教學(xué)反思9