PAGEPAGE13《智能機械設計》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱智能機械設計課程編號課程性質限選課課程類別專業選修課程開課單位機制教研室授課學期第6學期學分/學時2/32課內學時32理論授課28上機學時0課內實踐0實驗學時4課外學時32適用專業機械設計制造及其自動化專業(中外合作辦學）是否雙語否先修課程高等數學、線性代數、計算方法、C語言程序設計、理論力學、電工電子學、控制工程基礎、機械原理、機械設計后續課程高效材料加工技術及設備二、課程簡介智能機械設計是機械設計制造及其自動化專業的一門專業限選課，主要介紹機器人學的基本理論、工業機器人的基本概念、分類、結構特點、控制技術、編程技術及應用維護技術、機器人實際設計及工程應用中應該注意的問題和一些關鍵技術、高檔數控機床的典型機械結構。機器人技術是融合了機械工程、電子技術、傳感器、計算機硬件、軟件、人工智能等許多學科的知識，涉及到當今許多前沿領域的技術，是一門理論與應用相結合的課程，代表了機電一體化的最高成就，是當代科學技術發展最活躍的領域之一，智能機械設計課程涵蓋了機械工程、控制論、計算機技術、信息與傳感技術、人工智能等諸多學科領域的知識，包括工業機器人的分類、機械系統設計、控制系統設計、機器人測試、高檔數控機床的典型機械結構，是一門理論與應用相結合的課程。三、課程目標及對畢業要求指標點的支撐（一）課程目標課程目標1：知識目標機器人是典型的機電一體化裝置，是機械、電子、控制、檢測、通信和計算機的有機融合。通過本課程的學習，使學生了解工業機器人關鍵技術，使學生對機器人及其相關理論和技術有一個全面、深入的認識，培養學生綜合運用所學基礎理論和專業知識進行機器人及其它機電裝備的分析、研究及創新設計能力，并了解機器人技術領域的最新發展動態。課程目標2：能力目標學會設計工業機器人；掌握高檔數控機床的典型機械結構。掌握機器人的設計、操作、系統集成、現場應用及維護技術。課程目標3：素質思政目標通過本課程的學習，能夠培養學生綜合運用所學知識，解決機器人應用、數控機床方面的相關問題的能力。厚植中華傳統美德，弘揚民族精神和時代精神，激發學生求知熱情、探索和創新精神，使學生善于思考、勇于實踐，重視自主研發、注重自主知識產權，同時讓學生意識到國內科技發展的突出實力，增強學生對祖國的自信心、民族自豪感和責任心。（二）課程目標對畢業要求指標點的支撐課程目標支撐畢業要求指標點畢業要求課程目標11.3運用機械設計制造及其自動化專業基礎知識，完成解決復雜機械工程問題的基本思路和方法的訓練；工程知識課程目標23.2建立在設計中綜合考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環境等因素的意識，應用機械設計與制造的基礎知識和專業知識，提出機械產品的設計、制造、控制等復雜工程問題的解決方案；3.設計/開發解決方案課程目標33.3能夠設計滿足特定需求的機械制造系統、零部件或制造工藝，并體現創新意識。3.設計/開發解決方案四、課程基本教學內容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內容理論課程第一單元工業機器人緒論（學時數：2學時）1.課程主要內容工業機器人的機器人定義、工業機器人的分類、戰略地位、發展狀況和行業應用。工業機器人的組成、機械結構和技術指標；工業機器人關鍵技術。數控機床與工業機器人比較。2.重點和難點重點：工業機器人的組成、工業機器人關鍵技術、數控機床與工業機器人比較。難點：工業機器人關鍵技術。3.教學方法課堂講授、案例分析、實驗操作。4.學生學習預期成果說出工業機器人的戰略地位、發展狀況和行業應用；描述工業機器人的組成、機械結構；描述工業機器人技術指標；說出運工業機器人關鍵技術。闡述數控機床、工業機器人的特點5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2。第二單元機器人運動學及動力學（學時數：2學時）1.課程主要內容位姿和坐標系描述，平移和旋轉齊次坐標變換、機器人運動方程的表示，機器人運動方程的正解與逆解求解方法。機器人運動分析及綜合，機器人運動方程的表示，操作臂動力學方程的計算方法，復雜操作臂動力學方程的計算。2.重點和難點重點：機器人運動方程的表示；操作臂動力學方程的計算方法。難點：操作臂動力學方程的計算方法，復雜操作臂動力學方程的計算。。3.教學方法課堂講授、案例分析。4.學生學習預期成果描述位置位姿、旋轉矩陣、平移坐標變換、旋轉變換、復合變換等概念，能進行機器人運動分析寫出機器人運動方程。能根據具體操作臂求出操作臂動力學方程。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第三單元工業機器人機械設計及性能測試（學時數：8學時）1.課程主要內容工業機器人的機械系統組成、機器人關節及自由度。工業機器人本體材料，機器人傳動機構，典型的工業機器人機構，工業機器人系統性能測試指標。 2.重點和難點重點：工業機器人本體材料，機器人傳動機構，典型的工業機器人機構。難點：機器人傳動機構，典型的工業機器人機構。3.教學方法課堂講授、案例分析、分組討論、實驗操作。4.學生學習預期成果說出工業機器人的機械系統組成、機器人關節及自由度。能根據工業機器人本體的使用工況選擇本體材料，能設計選擇機器人傳動機構，能設計典型的工業機器人，說出工業機器人系統性能測試指標。 5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第四單元工業機器人驅動與控制（學時數：4學時）1.課程主要內容工業機器人驅動系統中的電機驅動器、液壓驅動器、氣動驅動器的工作原理、結構、特點，工業機器人控制器技術現狀，機器人控制系統的主要構成、各功能單元、經典控制方法，機器人現代控制方法。2.重點和難點重點：工業機器人驅動系統中的電機驅動器，機器人控制系統的主要構成。難點：機器人現代控制方法。3.教學方法課堂講授、案例分析、分組討論。4.學生學習預期成果說出工業機器人驅動系統中的電機驅動器、液壓驅動器、氣動驅動器的工作原理、結構、特點，工業機器人控制器技術現狀，掌握機器人控制系統的主要構成、各功能單元、經典控制方法，說出機器人現代控制方法。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第五單元機器人機構及驅動系統優化（學時數：2學時）1.課程主要內容機器人有限元建模、機器人彈性動力仿真、機器人動態特性優化方法，混合變量遺傳算法、優化模型求解方法。2.重點和難點重點：機器人機構優化形式、優化指標、優化流程、優化算法。難點：機器人動態特性優化方法，混合變量遺傳算法、優化模型求解方法。3.教學方法課堂講授、案例分析、分組討論。4.學生學習預期成果闡述機器人機構優化形式、優化指標、優化流程、優化算法，了解機器人有限元建模、機器人彈性動力仿真、機器人動態特性優化方法，了解混合變量遺傳算法、優化模型求解方法。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第六單元數控機床主傳動系統結構設計（學時數：2學時）1.課程主要內容變速機構，齒輪在軸上的布置，立式加工中心主軸箱的構造，數控車床主軸箱構造。2.重點和難點重點：立式加工中心主軸箱的構造，數控車床主軸箱構造。難點：立式加工中心主軸箱的構造，數控車床主軸箱構造。3.教學方法課堂講授、案例分析、實驗操作。4.學生學習預期成果描述變速機構，齒輪在軸上的布置。能讀懂立式加工中心主軸箱的構造圖，數控車床主軸箱構造圖。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第七單元數控機床伺服進給傳動系統設計（學時數：2學時）1.課程主要內容伺服進給系統分類、基本要求。直線運動機構，數控機床消隙機構及其常用的連接方式，典型進給系統結構2.重點和難點重點：直線運動機構，數控機床消隙機構。難點：數控機床消隙機構。3.教學方法課堂講授、案例分析、分組討論。4.學生學習預期成果描述伺服進給系統分類、基本要求，直線運動機構，數控機床消隙機構及其常用的連接方式。能讀懂典型進給系統結構圖。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。第八單元數控機床、工業機器人控制及應用（學時數：6學時）1.課程主要內容工業機器人硬件連接、I/O設置，機器人操作安全注意事項和設備的維護。接近覺傳感器選型及應用，在線編程、離線編程，上位機軟件設計方法、下位機軟件設計方法，工業機器人柔性制造線應用，數控系統的硬件、軟件結構。2.重點和難點重點：工業機器人硬件連接、I/O設置。接近覺傳感器選型及應用。工業機器人柔性制造線應用。數控系統的硬件、軟件結構。難點：工業機器人柔性制造線應用。數控系統的硬件、軟件結構。3.教學方法課堂講授、案例分析。4.學生學習預期成果描述在線編程、離線編程，上位機軟件設計方法、下位機軟件設計方法，數控系統的硬件、軟件結構。能進行工業機器人硬件連接、I/O設置。能根據具體情況選擇接近覺傳感器并能應用。能對工業機器人柔性制造線進行軟硬件配置。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。實驗課程實驗一機器人認識實驗（學時數：2學時）1.課程主要內容實驗講授：操作人員安全注意事項，使用機器人前的準備。工業機器人組成：機器人本體（操作機）、控制柜、示教器機器連接。自動化生產線認識：plc、plc與機器人的通訊、生產線及傳感器等。伺服電機認識：電機、編碼器、伺服驅動。自動化生產系統：倉庫單元、加工單元、打標單元、裝配單元、視覺單元、總控單元。2.重點和難點工業機器人組成，自動化生產系統。3.實施方式理論+實驗4.學習要求理解工業機器人組成，自動化生產系統。5.實驗要求（1）實驗屬性：驗證性實驗（2）開出要求：必做（3）分組要求：1-2人1組（4）實驗準備：工業機器人實驗平臺，自動化生產線平臺（5）其他要求：無6.學生學習預期成果認知機器人本體（操作機）、控制柜、示教器機器。plc、plc與機器人的通訊、生產線及傳感器等，伺服電機，自動化生產系統。7.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。實驗二機器人軌跡編程實驗（學時數：2學時）1.課程主要內容實驗講授：構建基本仿真工業機器人工作站：1）創建一個新的工作站2）導入模型3）建立工業機器人系統、設置示教器顯示的語言為漢語。機器人作直線軌跡運動編程：建立機器人工具、工件坐標系。建立新模塊并命名。建立例行程序。選擇例行程序。半按住使能按鈕不放，使電機上電，按下執行程序鍵，機器人開始執行運動程序。實驗操作：構建基本仿真工業機器人工作站；機器人作直線軌跡運動編程：建立機器人工具、工件坐標系。建立新模塊并命名。建立例行程序。執行運動程序。2.重點和難點機器人作直線軌跡運動編程。3.實施方式理論+實驗4.學習要求能構建基本仿真工業機器人工作站，能編程編制機器人作直線軌跡運動的程序。5.實驗要求（1）實驗屬性：驗證性實驗（2）開出要求：必做（3）分組要求：1-2人1組（4）實驗準備：工業機器人實驗平臺，機器人仿真實驗平臺（5）其他要求：無6.學生學習預期成果熟練編制機器人作直線軌跡運動的程序，能構建基本仿真工業機器人工作站7.支撐課程目標課程目標1、課程目標2、課程目標3。（二）課程基本教學內容對課程目標的支撐理論課程課程教學內容教學方法支撐的課程目標學時安排課內課外學時比例第一單元緒論課堂講授、案例分析課程目標1、221:1第二單元機器人運動學及動力學課堂講授、案例分析課程目標1、2、321:1第三單元工業機器人機械設計及性能測試課堂講授、案例分析分組討論、實驗操作課程目標1、2、381:1第四單元工業機器人驅動與控制課堂講授、案例分析分組討論課程目標1、2、341:1第五單元機器人機構及驅動系統優化課堂講授、案例分析分組討論課程目標1、2、321:1第六單元數控機床主傳動系統結構設計課堂講授、案例分析、實驗操作課程目標1、2、321:1第七單元數控機床伺服進給傳動系統設計課堂講授、案例分析分組討論課程目標1、2、321:1第八單元數控機床、工業機器人控制及應用課堂講授、案例分析課程目標1、2、361:1合計281:1實驗課程課程教學內容教學方法支撐的課程目標學時安排實驗一機器人認識實驗課堂講授、小組實驗課程目標1、2、32實驗二機器人軌跡編程實驗課堂講授、小組實驗課程目標1、2、32合計4五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構成（百分制）課程成績構成比例考核環節目標分值考核/評價細則平時成績60%課后作業40作業的成績給定均10分滿分記。最終折算為40分小組討論20根據討論內容優劣給小組打分，各小組內根據任務分派組內為每個人打分。最終總成績按比例折算為20分。隨堂測驗30課堂根據需要隨時安排測驗，根據題目難度，數量靈活設置分值。最終按比例折算為30分。課堂表現10根據課堂反饋，討論，發言等情況打分，次數不限，每次1~2分，最終按比例折算為10分。實踐成績10%實驗表現30根據實驗課堂反饋、討論、發言以及實驗過程表現，最終折算為30分。實驗報告30根據2次實驗報告情況，最終折算為30分。實驗結果40根據實驗操作過程、實驗操作結果、實驗步驟描述等進行賦分，最終折算為40分。期末考試30%知識401.考核內容：所有教學內容2.考試題型：簡答題；分析題3.評價細則：采用線下答題，共計100分。能力40綜合應用15創新5（二）課程考核對課程目標的支撐教學內容考核內容考核方式支撐的課程目標第一單元緒論1．1機器人的定義與發展1．2工業機器人的分類1．3工業機器人的應用1．4工業機器人的關鍵技術1．5工業機器人發展現狀和趨勢1.6數控機床與工業機器人比較課堂表現隨堂測驗期末考試課程目標1、2第二單元機器人運動學及動力學2．1機器人運動方程表示2．2機器人運動方程求解2．3機器人運動分析2．4機器人系統動力學課堂表現隨堂測驗小組討論期末考試課程目標1、2、3第三單元工業機器人機械設計及性能測試3．1工業機器人的機械系統組成3．2機器人關節及自由度3．3工業機器人本體材料選擇3．4機器人傳動機構3．5典型工業機器人設計3．6工業機器人系統性能測試課堂表現隨堂測驗課后作業小組討論實驗過程期末考試課程目標1、2、3第四單元工業機器人驅動與控制4．1工業機器人驅動系統4．2工業機器人控制系統結構4．3機器人控制理論及方法4．4機器人控制系統工程實現課堂表現隨堂測驗課后作業小組討論期末考試課程目標1、2、3第五單元機器人機構及驅動系統優化5．1工業機器人優化指標及方法5．2面向動態性能的機器人機構系統優化5．3面向動態性能的機器人驅動系統優化課堂表現隨堂測驗課后作業小組討論期末考試課程目標1、2、3第六單元數控機床主傳動系統結構設計6．1變速機構6．2齒輪在軸上的布置6．3立式加工中心主軸箱的構造6．4數控車床主軸箱構造課堂表現隨堂測驗期末考試課程目標1、2、3第七單元數控機床伺服進給傳動系統設計7．1伺服進給傳動系統概述7．2直線運動機構7．3數控機床消隙機構及其常用的連接方式7.4典型進給系統結構課堂表現隨堂測驗課后作業小組討論期末考試課程目標1、2第八單元數控機床、工業機器人控制及應用8．1機器人編程、操作、軟件設計8.2工業機器人硬件連接、I/O設置8.3接近覺傳感器選型及應用8.4工業機器人柔性制造線組成8.5工業機器人柔性制造線應用實例8.6計算機數控系統課堂表現隨堂測驗實驗過程課后作業期末考試課程目標1、2、3六、使用教材、相關推薦