工业机器人现场编程教学大纲
工业机器人现场编程课程教学大纲
一、课程基本信息
课程代码：20051931005
课程学分：2学分
课程学时：51学时（理论学时：17；实验学时：34）
课程类别：专业选修
先修课程：机器人学、自动控制原理、C语言程序设计
适用专业（方向）：机器人工程
二、课程简介
工业机器人现场编程是机器人工程专业的一门选修专业主干课，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工业机器人基本操作、工业机器人编程、工具坐标系标定、工业机器人码垛、焊接、搬运等实验的基本方法，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
通过本课程的学习，具体要求达到的特定实验教学目标包括：
1.教学目标1：了解做出重要贡献的科学家的生平事迹，学习科学家追求真理、百折不挠的科学精神，树立正确的人生观、价值观，培养学生辩证唯物主义世界观和方法论。使学生初步掌握基本的、较系统的工业机器人现场编程知识，了解工业机器人现场编程发展的历史、前沿和最新研究成果，了解工业机器人现场编程与工业机器人高级编程、机器人运动控制系统等机器人工程其他学科分支的逻辑联系以及工业机器人现场在科研、生产和实践中的具体应用。（支撑毕业要求3.1）
2.教学目标2：提高独立获取知识能力、定性分析和定量计算的能力，能够综合运用工业机器人现场编程基本理论和方法分析和处理机器人工程教学中的相关问题，具有较强的独立思维方式，具有系统设计、系统硬件搭建的能力，懂得将工业机器人现场中的理论知识应用于解决实际问题的基本规律。（支撑毕业要求4.3）
3.教学目标3：激发探索热情、创新意识和创新精神，掌握科学思维方法，初步掌握反思方法和技能，并获得较强的逻辑推理能力和抽象思维能力。（支撑毕业要求5.2）
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3、4、5。
毕业要求3：设计/开发解决方案
能够设计针对机器人与智能控制领域复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的机器人控制系统、信息传输及处理单元（部件），并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化及环境因素。
毕业要求4：研究
能够基于科学原理并采用科学方法对机器人与智能控制领域复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。
毕业要求5：使用现代工具
能够针对机器人控制系统设计和信息传输及处理等过程中的复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。
2.本课程支撑的指标点：指标点3.1、4.3、5.2。
指标点3.1：能针对机器人控制系统、信息传输及处理问题进行分析，明确相关约束条件和需求。
指标点4.3：能够根据实验方案构建实验系统，对实验结果进行分析和解释，通过信息综合得到合理有效的结论。
指标点5.2：能恰当使用计算机软、硬件技术，机器人工程专业仿真工具，完成机器人工程项目的模拟与仿真分析，能理解其局限性。
五、课程教学目标与毕业要求对应表
实验目标
达成途径
评价依据
支撑毕业要求
课程目标1：了解做出重要贡献的科学家的生平事迹，学习科学家追求真理、百折不挠的科学精神，树立正确的人生观、价值观，培养学生辩证唯物主义世界观和方法论。使学生初步掌握基本的、较系统的工业机器人现场编程知识，了解工业机器人现场编程发展的历史、前沿和最新研究成果，了解工业机器人现场编程与激光原理工业机器人高级编程、机器人运动控制系统等机器人工程其他学科分支的逻辑联系以及工业机器人现场在科研、生产和实践中的具体应用。
通过课堂讲授、学生查阅资料等环节使学生了解做出重要贡献的科学家的生平事迹，学习物理学家百折不挠的追求精神，培养学生辩证唯物主义世界观和方法论。通过课堂讲授以及实训锻炼等强化学习；通过网络教学资源辅助学生进行课外自主学习；通过期末考试进行学习效果检测和总结。综合运用以上途径提高学生软件需求分析能力。
期末考核、课堂考勤、期中测试
毕业要求指标点3.2
课程目标2：提高独立获取知识能力、定性分析和定量计算的能力，能够综合运用工业机器人现场编程基本理论和方法分析和处理机器人工程教学中的相关问题，具有较强的独立思维方式，具有系统设计、系统硬件搭建的能力，懂得将工业机器人现场中的理论知识应用于解决实际问题的基本规律。
通过课堂讲授以及实训锻炼等强化学习；通过网络教学资源辅助学生进行课外自主学习；通过期末考试进行学习效果检测和总结。综合运用以上途径提高学生软件设计开发能力。
期末考核、课堂考勤、期中测试
毕业要求指标点4.3
课程目标3：激发探索热情、创新意识和创新精神，掌握科学思维方法，初步掌握反思方法和技能，并获得较强的逻辑推理能力和抽象思维能力。
通过课堂讲授和随堂练习进行强化学习；通过网络教学资源辅助学生进行课外自主学习；通过实训环境使学生掌握ABB编程和系统设计方法。
期末考核、课堂考勤、期中测试
毕业要求指标点5.2
六、课程教学内容与课程目标对应表
理论教学
教学内容
学时
教学目的和要求
教学方法
支撑课程
目标
第一章绪论
1.1工业机器人的定义；
1.2工业机器人的发展；
1.3工业机器人的基本组成及技术参数；
1.4工业机器人的分类。
重点和难点：
重点：
工业机器人的定义。
难点：
工业机器人的基本组成和技术参数。
4
1.掌握工业机器人的定义；
2.了解工业机器人的发展历史和应用领域；
3.掌握工业机器人的基本组成和技术参数；
4.了解工业机器人的分类；
1.讲授
2.案例分析
3.提问、讨论
课程目标1、2、3
第二章工业机器人的机械系统
2.1工业机器人的手部结构；
2.2工业机器人的腕部结构；
2.3工业机器人的臂部结构；
2.4工业机器人的机身结构：
2.5工业机器人的行走结构；
2.6工业机器人驱动装置和传动单元；
重点和难点：
重点：
工业机器人的手部、腕部、臂部、行走、机身结构。
难点：
工业机器人的驱动装置和传动单元。
4
1.了解工业机器人的手部结构；
2.了解工业机器人的腕部结构；
3.了解机器人的臂部结构；
4.了解工业机器人的机身结构；
5.了解工业机器人的行走结构；
6.掌握工业机器人的驱动装置和传动单元。
1.讲授
2.案例分析
3.提问、讨论
课程目标2、3
第三章 工业机器人控制系统
3.1工业机器人控制装置；
3.2工业机器人驱动装置；
3.3工业机器人检测装置；
重点和难点：
重点：
工业机器人控制装置。
难点：
工业机器人的检测装置。
4
1.掌握工业机器人控制装置的组成和功能；
2.理解工业机器人驱动装置的组成和功能；
3.掌握工业机器人的检测装置。
1.讲授
2.案例分析
3.提问、讨论
课程目标2、3
第四章工业机器人的编程
4.1工业机器人的编程方式;
4.2工业机器人的示教编程；
4.3工业机器人的编程语言；
4.4工业机器人语言系统结构和基本功能；
4.5常用的工业机器人编程语言；
重点和难点：
重点：
工业机器人的离线编程。
难点：
工业机器人的编程方式。
5
1.掌握工业机器人的编程方式；
2.掌握工业机器人的离线编程；
3.了解工业机器人的编程语言；
4.了解工业机器人语言系统结构和基本功能；
1.讲授
2.案例分析
3.提问、讨论
课程目标2、3
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
序号
实验项目名称
学时
实验类型
实验类别
分组人数
主要实验设备
1
ABB机器人基础知识
3
演示型
专业
1
ABB机器人
2
ABB机器人基本操作
3
验证型
专业
1
ABB机器人
3
ABB机器人坐标系
3
验证型
专业
1
ABB机器人
4
ABB机器人IO通信
3
综合型
专业
1
ABB机器人
5
ABB机器人程序基础
3
综合型
专业
1
ABB机器人
6
ABB机器人初级编程
3
演示型
专业
1
ABB机器人
7
ABB机器人高级编程
3
设计研究型
专业
1
ABB机器人
8
ABB机器人示教编程
3
设计研究型
专业
1
ABB机器人
9
ABB机器人画轨迹
3
设计研究型
专业
1
ABB机器人
10
ABB机器人搬运
3
设计研究型
专业
1
ABB机器人
11
ABB机器人码垛
3
设计研究型
专业
1
ABB机器人
12
ABB机器人写字
3
设计研究型
专业
1
ABB机器人
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：ABB机器人基础知识
通过本实验使学生掌握ABB机器人的基本知识以及ABB机器人的三种运动形式。
1.1实验内容和要求
(1)工业机器人的基础知识；
(2)ABB机器人的基本知识；
(3)ABB机器人的三种运动形式；
(4)掌握工业机器人的基础知识；
(5)掌握ABB机器人的基本知识；
(6)掌握ABB机器人的三种运动形式。
1.2实验重点难点
(1)实验重点：ABB机器人控制柜的作用和内部结构。
(2)实验难点：ABB机器人的三种运动形式。
2.实验项目2：ABB机器人基本操作
通过本实验使学生掌握ABB机器人基本操作：备份与恢复、开关机、语言设置、转数计数器更新。
1.1实验内容和要求
(1)ABB机器人的备份与恢复；
(2)ABB机器人的开关机；
(3)ABB机器人的语言设置；
(4)ABB机器人转数计数器更新；
(5)掌握ABB机器人的备份与恢复；
(6)掌握ABB机器人的开关机；
(7)掌握ABB机器人的语言设置；
(8)掌握ABB机器人转数计数器更新。
1.2实验重点难点
(1)实验重点：ABB机器人的备份与恢复。
(2)实验难点：ABB机器人转数计数器更新。
3.实验项目3：ABB机器人坐标系
通过本实验使学生掌握ABB机器人D-H法求解正向运动学的过程以及ABB机器人常用的四种坐标系。
1.1实验内容和要求
(1) ABB机器人D-H法求解正向运动学的过程；
(2) ABB机器人常用的四种坐标系；
(3)掌握ABB机器人D-H法求解正向运动学的过程；
(4)掌握ABB机器人常用的四种坐标系。
1.2实验重点难点
(1)实验重点：ABB机器人D-H法求解正向运动学的过程。
(2)实验难点：ABB机器人常用的四种坐标系。
4.实验项目4：ABB机器人IO通信
通过本实验使学生掌握ABB机器人常用的通信方式以及ABB机器人的IO端口。
1.1实验内容和要求
(1) ABB机器人常用的通信方式；
(2) ABB机器人的IO端口；
(3)掌握ABB机器人常用的通信方式；
(4)掌握ABB机器人IO板的设置方式。
(5)掌握ABB机器人IO口的设置方式；
1.2实验重点难点
(1)实验重点：ABB机器人IO板的设置方式。
(2)实验难点：ABB机器人IO口的设置方式。
5.实验项目5：ABB机器人程序基础
通过本实验使学生掌握RAPID语言的基本知识以及ABB机器人坐标系的标定。
1.1实验内容和要求
(1) RAPID语言的基本知识；
(2) RAPID语言的程序数据；
(3) ABB机器人坐标系的标定；
(4)掌握RAPID语言程序数据的设定方法；
(5)掌握ABB机器人坐标系的标定过程。
1.2实验重点难点
(1)实验重点：RAPID语言程序数据的设定方法。
(2)实验难点：ABB机器人坐标系的标定过程。
6.实验项目6：ABB机器人初级编程
通过本实验使学生掌握ABB机器人常用的基本运动指令以及ABB机器人编程的基本步骤。
1.1实验内容和要求
(1) ABB机器人常用的基本运动指令；
(2) ABB机器人编程的基本步骤；
(3) ABB机器人程序的调试步骤；
(4)掌握ABB机器人常用的基本运动指令；
(5)掌握ABB机器人编程的基本步骤；
(1)掌握ABB机器人程序的调试步骤。
1.2实验重点难点
(1)实验重点：ABB机器人常用的基本运动指令。
(2)实验难点：ABB机器人编程的基本步骤。
7.实验项目7：ABB机器人高级编程
通过本实验使学生掌握ABB机器人常用的基本运动指令以及ABB机器人编程的基本步骤。
1.1实验内容和要求
(1) ABB机器人常用的基本运动指令；
(2) ABB机器人编程的基本步骤；
(3)掌握ABB机器人常用的基本运动指令；
(4)掌握ABB机器人编程的基本步骤。
1.2实验重点难点
(1)实验重点：ABB机器人常用的基本运动指令。
(2)实验难点：ABB机器人编程的基本步骤。
8.实验项目8：ABB机器人示教编程
通过本实验使学生掌握ABB机器人示教编程的概念以及ABB机器人示教编程的步骤。
1.1实验内容和要求
(1) ABB机器人示教编程的概念；
(2) ABB机器人示教编程的步骤；
(3)掌握ABB机器人示教编程的概念；
(4)掌握ABB机器人示教编程的步骤。
1.2实验重点难点
(1)实验重点：ABB机器人示教编程的步骤。
(2)实验难点：ABB机器人程序的调试步骤。
9.实验项目9：ABB机器人画轨迹
通过本实验使学生掌握ABB机器人程序编写的步骤以及ABB机器人轨迹规划的方法。
1.1实验内容和要求
(1) ABB机器人程序编写的步骤；
(2) ABB机器人程序调试的步骤；
(3) ABB机器人轨迹规划的方法；
(4)掌握ABB机器人程序编写的步骤；
(5)掌握ABB机器人程序调试的步骤；
(6)掌握ABB机器人轨迹规划的方法。
1.2实验重点难点
(1)实验重点：ABB机器人程序编写的步骤。
(2)实验难点：ABB机器人轨迹规划的方法。
10.实验项目10：ABB机器人搬运
通过本实验使学生掌握ABB机器人程序编写的步骤以及ABB机器人搬运的实现方法。
1.1实验内容和要求
(1) ABB机器人程序编写的步骤；
(2) ABB机器人程序调试的步骤；
(3) ABB机器人搬运的实现方法；
(4)掌握ABB机器人程序编写的步骤；
(5)掌握ABB机器人程序调试的步骤；
(6)掌握ABB机器人搬运的实现方法。
1.2实验重点难点
(1)实验重点：ABB机器人程序编写的步骤。
(2)实验难点：ABB机器人搬运的实现方法。
11.实验项目11：ABB机器人码垛
通过本实验使学生掌握ABB机器人程序编写的步骤以及ABB机器人码垛的实现方法。
1.1实验内容和要求
(1) ABB机器人程序编写的步骤；
(2) ABB机器人程序调试的步骤；
(3) ABB机器人码垛的实现方法；
(4)掌握ABB机器人程序编写的步骤；
(5)掌握ABB机器人程序调试的步骤；
(6)掌握ABB机器人码垛的实现方法。
1.2实验重点难点
(1)实验重点：ABB机器人程序编写的步骤。
(2)实验难点：ABB机器人码垛的实现方法。
12.实验项目12：ABB机器人写字
通过本实验使学生掌握ABB机器人程序编写的步骤以及ABB机器人写字的实现方法。
1.1实验内容和要求
(1) ABB机器人程序编写的步骤；
(2) ABB机器人程序调试的步骤；
(3) ABB机器人写字的实现方法；
(4)掌握ABB机器人程序编写的步骤；
(5)掌握ABB机器人程序调试的步骤；
(6)掌握ABB机器人写字的实现方法。
1.2实验重点难点
(1)实验重点：ABB机器人程序编写的步骤。
(2)实验难点：ABB机器人写字的实现方法。
七、课程考核及成绩评定
1.重点考核内容：ABB机器人的基本操作、ABB机器人的编程、ABB机器人的应用。
2.考核方式：考查
3.考核形式：开卷、平时考核、中期考核、期末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30%，作业占30%，平时测验40%）
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60%
八、选用教材与课程资源
教 材：《工业机器人现场编程》，自编教材，2020年.
参考书：
1.《运动控制系统》，阮毅主编，清华大学出版社，2011年．
2.《运动控制系统》，尔桂花主编，清华大学出版社，2002年．
网络教学资源：
1. http://nation.chaoxing.com/courseinfo?courseid=26727
2. http://nation.chaoxing.com/courseinfo?courseid=25639
撰写人：王涛、刘思邦、秦钢 审核人：刘思邦
审定人：孙现科
2020年8月20日
UR机器人使用教程
一安装与设置1.1安装安装机械臂安装控制箱连接机械臂与控制箱连接控制箱电源线安装夹爪1.2设置启动机器人：按钮初始化机器人：开—>启动语言和单位：语言选择（中文）->单位选择（公制单位）更新机器人：U盘设置密码：系统密码->安全密码校准屏幕：红色十字与蓝色十字重合设置网络：静态地址->IP地址->子网掩码（255.255.255.0）->应用->更新设置时间：系统时间URCap设置
二TCP、重心、有效负载设置2.1TCP设置简单情况：尺子量复杂情况：四点法（位置），沿Z方向移动一小段（方向）2.2有效负载和重心设置2.3可以使用脚本进行不同tcp设置，从而运行轨迹
三创建程序3.1基本程序1）程序->结构：MoveJ/MoveL/MoveP（交融半径）/MoveC2）路点：固定位置/相对位置/可变位置->高级设置（速度、加速度）3）启动->自动
3.2其他指令基本**等待：*等待n秒、等待数字/模拟输入或者函数**设置：**设置数字/模拟输出，设置变量**弹出窗口：**输入弹出窗口信息**中止：**程序停止**注释：**解释程序**文件夹：**程序模块
高级**循环：**可以根据条件，指定循环次数（选项：不断检查表达式，会立刻停止程序）**SubProg：**调用子程序，但是不可嵌套调用**赋值：**与变量相关**if…else：**条件语句（选项：不断检查表达式，会立刻停止程序）**脚本代码：**选择脚本函数，如get_actual_tcp_pose等，可单行或多行**事件：**在一定条件下运行**线程：**无条件与主程序同时运行**开关：**根据变量值，执行不同的情况，类似于switch…case
3.3变量和赋值局部变量：点击“赋值”->对变量赋值（选择“表达式“或“运算符”），局部变量必须初始化（选择“设置初始变量值”）全局变量：在安装设置界面，设置全局变量，初始化数据类型
3.4脚本代码1）赋值语句2）空白处直接插入指令3）file，多行指令
3.5特征安装设置->特征->工具平面：设置三个点，确定用户特征坐标系要将所设置平面设置为“变量”，这样才可以修改程序内容。
3.6向导（程序模板）1）托盘模式->方格->示教点若要循环，勾选“记住两次程序之间的跨越位置”2）探寻（码垛和卸垛）通过力控，来寻找物体位置3）力力控状态下，机器人是柔顺轴模式，可以通过力改变机器人运动状态4）正在跟踪传送带
4其他功能设置4.1IO信号定义包括8个可配置输入和输出、8个数字输入和输出、2个模拟输入和输出，2个工具输入和输出设置步骤安装设置->I/O设置
4.2Modbustcp支持数字输入和输出，寄存器输入和输出设置步骤安装设置->MODBUS客户端
4.3安全设置一般限制：严格限制、限制、默认、限制最少关节限制：最大速度、位置范围边界：限制机器人TCP范围