2工业机器人操作与编程-10教案公开课教案教学设计课件资料.docx

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1、XXXX学院授课方案（教案）课名：机器人操作与编程教师：班级：工业机器人技术编写时间：课题：工业机器人系统组成教学目的及要求：使学生掌握工业机器人的系统组成教学重点：工业机器人的系统组成：机械结构、控制器、传感器教学难点：机器人示教器教学步骤及内容：1 .本次课学习的重难点介绍2 .本次课的教学内容知识回顾：1.机器人的典型行业应用有哪些？课前讨论：一个工业机器人由哪些部分组成？以会跳舞的工业机器人视频作为讨论资源。2.2工业机器人典型系统组成工业机器人是综合了当代机构运动学和动力学、精密机械设计发展起来的产物，是典型的机电一体化产品。从系统结构上来看，工业机器人由三大部分、六个子系统组成。其

2、中，三大部分是机械本体部分、传感器部分和控制部分，六个子系统是机械结构系统、驱动系统、传感系统、人机交互系统、控制系统以及机器人一环境交互系统2.2.1 机械本体部分工业机器人的机械本体部分是工业机器人的重要部分，其功能为实现各种动作。其他组成部分必须和机械本体相匹配，相辅相成，组成一个完整的机器人系统。机械本体是机器人赖以完成作业任务的执行机构，一般是一台机械手，可以在确定的环境中执行控制系统指定的操作。典型工业机器人的机械本体一般由手部（末端执行器）、腕部、臂部、腰部和基座构成。机械手多采用关节式机械结构，一般具有6个自由度，其中3个用来确定末端执行器的位置，另外3个则用来确定末端执行装置

3、的方向（姿势）。机械臂上的末端执行装置可以根据操作需要换成焊枪、吸盘、扳手等作业工具。课堂问答：工业机器人的机械结构有哪些部分组成？答案：机身、臂部、腕部、手部（末端执行器）四部分组成。2.2.2 传感部分随着工业机器人技术的不断发展，机器人不再只是那个搬运重物的工具，传感器技术的应用，让工业机器人变得智能了许多，传感器为机器人增加了感觉，为机器人高精度智能化的工作提供了基础。旁批栏：XX机器人常用的传感器主要有以下几类：1、二维视觉传感器：二维视觉传感器主要就是一个摄像头，它可以完成物体运动的检测以及定位等功能。2、三维视觉传感器最近三维视觉传感器逐渐兴起,三维视觉系统必须具备两个摄像机在不

4、同角度进行拍摄，这样物体的三维模型可以被检测识别出来。相比于二维视觉系统，三维传感器可以更加直观的展现事物。3、力扭矩传感器力扭矩传感器是一种可以让机器人知道力的传感器,可以对机器人手臂上的力进行监控，根据数据分析，对机器人接下来行为作出指导。4、碰撞检测传感器一个碰撞传感器的使用，可以让机器人理解自己碰到了什么东西，并且发送一个信号暂停或者停止机器人的运动。5、安全传感器与上面的碰撞检测传感器不同,使用安全传感器可以让工业机器人感觉到周围存在的物体，安全传感器的存在，避免机器人与其他物体发生碰撞。6、其他传感器除了这些还有其他的许多传感器，比如焊接缝隙追踪传感器，要想做好焊接工作，就需要配备

5、一个这样的传感器，还有触觉传感器等等。传感器为工业机器人带来了各种感觉，这些感觉帮助机器人变得更加智能化，工作精确度更高。2.2.3控制部分机器人的控制器是机器人的重要组成部分，与机器人的本体相比，它们处于同等重要的地位。它的作用主要是根据输入程序对驱动系统和执行机构发出控制指令信号，对整个机器人的操作进行控制。1、从核心处理器组成结的角度和从控制模式的角度，分别介绍机器人控制器的发展。2、控制器的组成现在机器人控制器架构一般为多处理器分布式的模式，具体来说主要有两种形式：一种是电脑和机器人控制卡操作机器人模式,另一种是嵌入式处理器和实时操作系统自动控制模式。它们基本都是由下面几个方面组成：控

6、制PC或嵌入式处理器：除单独的控制PC外，一般用的是8XX16位单片机，成本较低、技术较成熟；也可以是嵌入式数字信号处理器,如DSP,一般用C语言编程，算法的可塑性强、较灵活。XX盒：用于对机器人进行轨迹的XX,参数的设定，是人机交互的接口。存储设备：用于储机器人工作程序和数据的存储设备。各种输入输出接口：用于各种信息和数据的输入或输出。传感器：用于机器人的状态的自动检测，以实现实时控制，一般为力学传感器、触觉和视觉传感器。轴控制器：用于完成控制机器人各关节位置、速度和加速度。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，包括与网络信息的通信的网络接口。旁批栏：3、控制

7、器的功能示教功能：示教功能是机器人的首要功能之一，有离线示教（即离线编程），有在线示教，在线示教包括示教盒和导引示教两种。记忆功能：机器人的发展是建立在计算机发展基础之上的，计算机有存储器，因而能记忆。机器人也有存储器，因而也有记忆功能。与其他设备通信的功能：机器人能通过已有的各种接口与其他设备进行通信。参数设置功能：能设置与操作有关的各种参数。人机对话功能：能通过示教盒、操作面板、显示屏进行人机交互。自我检测功能：能通过各种传感器进行自我检测。自我诊断功能：机器人运行时系统状态监视、故障状态下能进行自我诊断保护。2.2.4示教器在未来的工作和生活中，特别是工业应用中，机器人将被“不知疲倦”地

8、使用去做满足人类的各用事情。因此，机器人需要是高度柔性、高度开放的，具有友好的可编程人机交互界面。示教技术就是能让机器人被编程而能够完成不同任务的技术。1、机器人的示教基本上可以分为三类：直接示教直接示教可以理解成我们常说的手把手教，例如，在使用机器人进行喷涂作业前，需要人工地牵动机器人的手臂进行喷涂作业，相当于先人工给机器人进行示范，以达到示教的目的。当机器人不适合用人工牵动机器人的手臂进行示教时,可采用编程的方式进行示教再现。首先，由人工观察机器人的作业姿势；然后，人工通过示教盒对作业姿势以及一些其他参数进行设定，使机器人操作的整个过程的数据被记录下来，再通过插补，就完成了机器人的示教了。

9、离线编程示教离线编程示教主要是运用软件进行机器人操作任务的编程,一般可以分为执行编程和任务编程。VR示教VR示教，即Virtua1Rea1ity虚拟现实示教，虚拟现实是现在图形图像发展的新方向，在各个领域都有应用，VR示教是虚拟现实技术在机器人示教的方面的应用。整个示教过程比离线编程示教更脱离真实机器人，但由于它是高度虚拟化，相比之下，具有更加形象的操作环境，更加高级的人机接口。拖拽示教目前，更为直接的机器人拖拽示教方法，是借助机器人的动力学模型，控制器可以实时的算出机器人被拖拽时所需要的力矩,然后把提供该力矩给电机使得机器人能够很好地辅助操作人员进行拖拽。主要解决传统拖拽示教的两个问题：一个

10、是由于额外的多维传感器的配置，增加了机器人的生产成本。另一个是由于多维传感器只能控制机器人末端的笛卡尔空间，所以无法很好地控制单轴的运动。2、主流示教器示教器是机器人的重要组成部分，主流的示教器有世界著名的瑞典ABB,德国KUKA,日本XX机电、FANUC,美国AdeptMi1er、S-TROBOtics,意大利COMAU,英国Auto-techRobotics等。旁批栏：旁批栏:课堂讨论：教学视频中，机器人完成这些搬运动作，可以采用哪些示教编程方式？答案：第一个视频可以采用离线编程示教。第二个视频和第三个视频可以采用拖拽示教、离线编程示教和VR示教方式。3、人机交互系统人机交互系统是使操作人员参与机器人控制，并与机器人进行联系的装置，例如，计算机的标准终端、指令控制台、信息显示板及危险信号报警器等。人机交互系统可分为两大类：指令给定装置和信息显示装置。课堂思考与练习题：1 .简述机器人的组成。2 .简述工业机器人的机械结构组成。3 .简述机器人感知系统有哪些传感器。4 .简述工业机器人的驱动系统有哪些？5 .简述工业机器人的控制器的组成和功能？6 .简述工业机器人示教器的作用？示教方式有哪些？3.小结使学生掌握工业机器人的系统组成。4作业预习第2.3节