机械制造基础教案.docx

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机械制造基础教案

机械制造基础

教案

主讲教师：

吴斌方

使用教材：

机械制造基础

主编：

肖华

中国水利水电出版社（2005年3月）

2007.4

第一讲

章节题目：

第五章机械加工工艺规程设计

[教学内容]

5．1基本概念；

[教学安排]

讲授2学时，采用多媒体教学手段，课堂讲授。

[知识点及其基本要求]

知识点：

生产过程、工艺过程、工序、工位、安装、工步、生产纲领、工艺规程等基本概念；

工艺规程的种类、作用、制定原则、步骤等。

基本要求：

了解：

工艺规程有关的基本概念。

掌握：

掌握工艺过程、工序、工步、安装、工艺规程制订原则等。

[重点和难点]

重点掌握工序和工艺规程制订原则。

[教学法设计]

1.通过几个零件加工应用的实例，引入工艺规程有关概念，以讨论的形式给出工艺规程有关的定义和特点；

2.较系统地工艺规程制订的原则、步骤，特别是原始资料，加深对工艺规程作用的理解。

[应用]

[板书设计]

0.开场白

5．1基本概念

5．1．1机械产品的生产过程和机械加工工艺过程

1）工序

2）安装

3）工位

4）工步

5）走刀

5．1．2生产纲领和生产类型

5．1．3机械加工工艺规程

1）种类

2）作用

3）原则

4）技术资料

5）步骤

[小结]

本次课主要讲述了工艺规程有关的概念，重点掌握其工序和工步，工艺规程制订的原则和步骤。

[教学后记]

[教学资料补充]

第二讲

章节题目：

第五章机械加工工艺规程设计

[教学内容]

5．2工件加工时的装夹与基准。

[教学安排]

采用多媒体教学手段，课堂讲授。

[知识点及其基本要求]

知识点：

工件的装夹、工件的定位和定位基准的选择。

基本要求：

理解机器人的基本机构构，掌握其各种类型的特点，了解工业机器人的应用。

[重点和难点]

重点：

工业机器人的基本机构。

难点：

工业机器人的结构特点。

[教学法设计]

1.介绍工业机器人的基本机构构，并对每个机构进行详细讲解；

2.较系统地介绍工业机器人的应用。

在教学过程采用启发式对比教学方法，通过提出工业机器人的结构特点，让学生积极思考工业机器人的构造特点，加深学生的理解。

[应用]

无。

[板书设计]

1．3工业机器人的分类及应用

1）总体分类

2）机器人的结构分类

（1）直角坐标机器人

（2）圆柱坐标机器人

（3）球坐标机器人

（4）关节坐标机器人

（5）平面关节坐标机器人

3）两种冗余度机器人结构

（1）整体控制的柔软臂机器人

（2）每一关节控制的机器人

4）模块化的机器人

5）工业机器人的发展

6）工业机器人的应用领域

[小结]

本次课主要讲述了工业机器人的的基本机构及各个机构的特点、工业机器人的机构特点及其应用领域。

[教学后记]

[教学资料补充]

工业机器人的应用资料。

第三讲

章节题目：

第二章工业机器人运动学

[教学内容]

2．1齐次坐标及对象物的描述；

2．2齐次变换及运算

2．3工业机器人连杆参数及其齐次变换矩阵；

2．4工业机器人运动学方程。

[教学安排]

本章讲授10学时，拟采用多媒体教学手段，课堂教学。

[知识点及其基本要求]

知识点：

点的位置描述、齐次坐标、坐标轴方向的描述、动坐标系位姿的描述、目标物齐次矩阵表示。

。

基本要求：

理解为什么用齐次坐标表示点的位置，掌握刚体位姿的表达方法，熟记手部坐标的表达方法。

。

[重点和难点]

重点：

刚体位姿的描述。

难点：

刚体位姿的描述。

[教学法设计]

1.从普通点的位置描述到齐次坐标描述，讲述其异同点；

2.在点的齐次坐标描述和坐标轴描述的基础上讲述刚体位姿的描述。

[应用]

结合机器人实验装置，讲述机器人简化成连杆机构的必要性。

[板书设计]

2.1齐次坐标及对象物的描述

1）点的位置描述

2）齐次坐标

3）坐标轴方向的描述

4）动坐标系位姿的描述

5）目标物齐次矩阵表示

[小结]

本次课主要讲述了刚体位姿的描述方法，是机器人的基础，希望同学牢记。

[教学后记]

[教学资料补充]

第四讲

章节题目：

第二章工业机器人运动学

[教学内容]

2．1齐次坐标及对象物的描述；

2．2齐次变换及运算

2．3工业机器人连杆参数及其齐次变换矩阵；

2．4工业机器人运动学方程。

[教学安排]

本章讲授10学时，拟采用多媒体教学手段，课堂教学。

[知识点及其基本要求]

知识点：

坐标平移的齐次变换、旋转变换及平移加旋转变换。

基本要求：

掌握平移和旋转变换因子及其应用。

[重点和难点]

重点：

旋转变换因子。

难点：

旋转变换因子。

[教学法设计]

1.重点讲述平移和旋转因子的推导过程

[应用]

通过具体应用实例讲解坐标变换过程。

[板书设计]

2．2齐次变换及运算

1）平移的齐次变换

2）旋转的齐次变换

3）平移加旋转的齐次变换

[小结]

本次课主要讲述了坐标变换，这是今后进行实际应用的主要基础，请同学们务必掌握。

[教学后记]

[教学资料补充]

第五讲

章节题目：

第二章工业机器人运动学

[教学内容]

2．1齐次坐标及对象物的描述；

2．2齐次变换及运算

2．3工业机器人连杆参数及其齐次变换矩阵；

2．4工业机器人运动学方程。

[教学安排]

本章讲授10学时，拟采用多媒体教学手段，课堂教学。

[知识点及其基本要求]

知识点：

连杆参数及连杆坐标系的建立、连杆坐标系之间的变换矩阵。

基本要求：

掌握连杆参数和坐标系的建立方法以及坐标系之间的变换矩阵。

[重点和难点]

重点：

连杆坐标系的建立。

难点：

坐标系之间的变化。

[教学法设计]

1.通过具体一个连杆，分析其结构特点及参数确定，在此基础上建立连杆坐标系、连杆坐标系之间的变换矩阵。

[应用]

[板书设计]

2．3工业机器人连杆参数及其齐次变换矩阵

1）连杆参数及连杆坐标系的建立

2）连杆坐标系之间的变换矩阵

[小结]

本次课主要讲述了连杆坐标系的建立和坐标变换。

请同学们一定要多加强训练，务必掌握。

[教学后记]

[教学资料补充]

第六讲

章节题目：

第二章工业机器人运动学

[教学内容]

2．1齐次坐标及对象物的描述；

2．2齐次变换及运算

2．3工业机器人连杆参数及其齐次变换矩阵；

2．4工业机器人运动学方程。

[教学安排]

本章讲授10学时，拟采用多媒体教学手段，课堂教学。

[知识点及其基本要求]

知识点：

工业机器人运动学方程、正向运动学及实例、反向运动学及实例。

基本要求：

掌握制订机器人运动学方程的方法。

[重点和难点]

重点：

正向运动学方程。

难点：

反向运动学方程。

[教学法设计]

1.通过实例讲解。

[应用]

[板书设计]

2．4工业机器人运动学

1）机器人运动学方程

2）正向运动学及实例

3）反向运动学及实例

[小结]

本次课主要讲述了机器人运动学方程，这是本章的重点，也是机器人应用的基础。

请同学们一定要多加强训练，务必掌握。

[教学后记]

[教学资料补充]

第七讲

章节题目：

第二章工业机器人运动学

[教学内容]

2．1齐次坐标及对象物的描述；

2．2齐次变换及运算

2．3工业机器人连杆参数及其齐次变换矩阵；

2．4工业机器人运动学方程。

[教学安排]

本章讲授10学时，拟采用多媒体教学手段，课堂教学。

[知识点及其基本要求]

知识点：

工业机器人运动学。

基本要求：

工业机器人运动学应用

[重点和难点]

重点掌握工业机器人运动学方程。

[教学法设计]

1.通过几个有代表性的实例，以讨论的形式给出工业机器人运动学有关的知识。

[应用]

[板书设计]

书上习题

[小结]

本次课主要讲述了工业机器人运动学有关的习题。

[教学后记]

[教学资料补充]

1．熊有抡，机器人技术基础，华中科技大学出版社。

第八讲

章节题目：

第三章工业机器人静力计算及运动学分析

[教学内容]

3．1工业机器人速度雅可比与速度分析；

3．2工业机器人力雅可比与静力计算；

3．3工业机器人动力学分析。

[教学安排]

本章讲授10学时，采用多媒体教学手段，课堂讲授。

[知识点及其基本要求]

知识点：

工业机器人的速度雅可比与速度分析。

基本要求：

理解机器人速度雅可比的含义和作用以及建立方法，讨论关节变量和手部空间的关系，解存在的条件。

[重点和难点]

重点：

工业机器人雅可比的建立方法。

难点：

工业机器人关节变量和手部空间的关系。

[教学法设计]

1.介绍多元函数雅可比矩阵，在用解析几何的方法推导工业机器人雅可比；

2.较系统地介绍工业机器人雅可比矩阵中关节空间变量和手部空间变量。

[应用]

无。

[板书设计]

3．1工业机器人速度雅可比与速度分析

1）工业机器人速度雅可比

2）工业机器人速度分析

[小结]

本次课主要讲述了工业机器人关节空间和手部变量之间的关系。

[教学后记]

[教学资料补充]

工业机器人的应用资料。

第九讲

章节题目：

第三章工业机器人静力计算及运动学分析

[教学内容]

3．1工业机器人速度雅可比与速度分析；

3．2工业机器人力雅可比与静力计算；

3．3工业机器人动力学分析。

[教学安排]

本章讲授10学时，采用多媒体教学手段，课堂讲授。

[知识点及其基本要求]

知识点：

工业机器人力雅可比与静力计算

基本要求：

掌握工业机器人力雅可比建立方法，理解各变量的物理含义。

[重点和难点]

重点：

工业机器人力雅可比的建立。

难点：

工业机器人静力计算中个变量的物理含义。

[教学法设计]

1.建立工业机器人连杆之间静力平衡方程式；

2.利用虚功原理建立机器人力雅可比。

[应用]

[板书设计]

3．2工业机器人力雅可比与静力计算

1）操作臂中的静力

2）机器人力雅可比

3）机器人静力计算的两类问题

[小结]

本次课主要讲述了工业机器人手部力和各关节力矩之间的关系。

[教学后记]

[教学资料补充]

第十讲

章节题目：

第三章工业机器人静力计算及运动学分析

[教学内容]

3．1工业机器人速度雅可比与速度分析；

3．2工业机器人力雅可比与静力计算；

3．3工业机器人动力学分析。

[教学安排]

本章讲授10学时，采用多媒体教学手段，课堂讲授。

[知识点及其基本要求]

知识点：

机器人动力学分析的基本方法。

基本要求：

掌握拉格郎日方程的建立方法。

[重点和难点]

重点：

运动学分析的方法。

难点：

拉格郎日方程的建立。

[教学法设计]

1.重点讲述拉格郎日方程的建立的推导过程

[应用]

[板书设计]

3．3工业机器人动力学分析

1）拉格郎日方程

2）二自由度平面关节机器人运动学方程

3）关节空间和操作空间动力学

[小结]

本次课主要讲述了动力学方程的建立方法，请同学们务必掌握。

[教学后记]

[教学资料补充]

第十一讲

章节题目：

第三章工业机器人静力计算及运动学分析

[教学内容]

3．1工业机器人速度雅可比与速度分析；

3．2工业机器人力雅可比与静力计算；

3．3工业机器人动力学分析。

[教学安排]

本章讲授10学时，采用多媒体教学手段，课堂讲授。

[知识点及其基本要求]

知识点：

复习雅可比和静力计算及其动力学分析。

基本要求：

掌握动力学分析的方法。

[重点和难点]

重点：

静力学计算。

难点：

动力学分析。

[教学法设计]

通过例题讲解方法。

[应用]

[板书设计]

书后习题

[小结]

本次课主要讲述了机器人力学计算希望同学务必掌握。

[教学后记]

[教学资料补充]

第十二讲

章节题目：

第三章工业机器人静力计算及运动学分析

[教学内容]

3．1工业机器人速度雅可比与速度分析；

3．2工业机器人力雅可比与静力计算；

3．3工业机器人动力学分析。

[教学安排]

本章讲授10学时，采用多媒体教学手段，课堂讲授。

[知识点及其基本要求]

知识点：

章节复习。

基本要求：

章节复习。

[重点和难点]

重点：

难点：

[教学法设计]

1.通过实例讲解。

[应用]

[板书设计]

[小结]

[教学后记]

[教学资料补充]

第十三讲

章节题目：

第四章工业机器人机械系统设计

[教学内容]

4．1工业机器人总体设计；

4．2传动部件设计；

4．3臂部设计

4．4手腕设计

4．5手部设计

4．6机身及行走机构设计

[教学安排]

讲授6学时，采用多媒体教学手段，课堂讲授。

[知识点及其基本要求]

知识点：

工业机器人机械设计的设计方法。

基本要求：

了解：

工业机器人的主体结构。

掌握：

掌握工业机器人常用的传动方式。

[重点和难点]

重点掌握工业机器人传动方式的设计方法。

[教学法设计]

1.通过几个个现代生活中的工业机器人应用的实例，引入工业机器人的主体结构；

2.较系统地介绍工业机器人传动设计。

[应用]

[板书设计]

4．1工业机器人总体设计

1）主体结构设计

2）传动方式的选择

3）模块化结构设计

4）材料的选择

5）平衡系统设计

[小结]

本次课主要讲述了工业机器人的总体设计思想。

[教学后记]

[教学资料补充]

1．熊有抡，机器人技术基础，华中科技大学出版社。

第十四讲

章节题目：

第四章工业机器人机械系统设计

[教学内容]

4．1工业机器人总体设计；

4．2传动部件设计；

4．3臂部设计

4．4手腕设计

4．5手部设计

4．6机身及行走机构设计

[教学安排]

讲授6学时，采用多媒体教学手段，课堂讲授。

[知识点及其基本要求]

知识点：

传动部件设计要点。

基本要求：

理解机器人传动部件设计要点和注意事项。

[重点和难点]

重点：

工业机器人移动关节导轨及转动关节。

难点：

工业机器人传动件的定位和消隙。

[教学法设计]

1.介绍工业机器人的基本关节的构造，并对每个关节进行详细讲解；

2.较系统地介绍工业机器人关节的使用方法，让学生积极思考工业机器人的构造特点，加深学生的理解。

[应用]

无。

[板书设计]

4．2传动部件设计

1）移动关节导轨及转动关节轴承

2）传动件的定位及消隙

3）谐波传动

[小结]

本次课主要讲述了工业机器人关节的基本机构及各个机构的特点。

[教学后记]

[教学资料补充]

工业机器人的应用资料。

第十五讲

章节题目：

第四章工业机器人机械系统设计

[教学内容]

4．1工业机器人总体设计；

4．2传动部件设计；

4．3臂部设计

4．4手腕设计

4．5手部设计

4．6机身及行走机构设计

[教学安排]

讲授6学时，采用多媒体教学手段，课堂讲授。

[知识点及其基本要求]

知识点：

臂部、手部和行走机构的设计要点

基本要求：

掌握臂部、手部和行走机构设计要点。

[重点和难点]

重点：

机器人各部件的设计要点。

难点：

机器人各部件的设计要点

[教学法设计]

1.从实际应用出发讲解各部件的设计要点。

[应用]

[板书设计]

4．3臂部设计

1）臂部设计的基本要求

2）手臂的常用结构

3）臂部运动驱动力计算

4．4手碗设计

4，5手部设计

4．6机身及行走机构设计

[小结]

本次课主要讲述了机器人各部件的设计要点。

[教学后记]

[教学资料补充]

第十六讲

章节题目：

第五章工业机器人控制

[教学内容]

5．1工业机器人控制的特点及分类；

5．2工业机器人位置控制

5．3工业机器人力控制。

[教学安排]

本章讲授4学时，拟采用多媒体教学手段，课堂教学。

[知识点及其基本要求]

知识点：

工业机器人控制的特点和分类、位置控制及位置检测传感器。

基本要求：

了解机器人控制的特点和分类，掌握机器人位置控制。

[重点和难点]

重点：

机器人位置控制。

难点：

机器人控制的特点。

[教学法设计]

1.从机器人的特点，重点讲述机器人位置控制

[应用]

[板书设计]

5．1工业机器人控制的特点及其分类

1）工业机器人的特点

2）工业机器人控制的分类

5．2工业机器人位置控制

1）位置控制问题

2）位置检测传感器

[小结]

本次课主要讲述了机器人位置控制，这是今后进行实际应用的主要基础，请同学们务必掌握。

[教学后记]

[教学资料补充]

第十七讲

章节题目：

第五章工业机器人控制

[教学内容]

5．1工业机器人控制的特点及分类；

5．2工业机器人位置控制

5．3工业机器人力控制。

[教学安排]

本章讲授4学时，拟采用多媒体教学手段，课堂教学。

[知识点及其基本要求]

知识点：

位置控制的建模和控制，机器人力控制。

基本要求：

掌握机器人单关节建模和控制，力控制

[重点和难点]

重点：

机器人单关节建模和控制。

难点：

机器人力控制。

[教学法设计]

1.通过具体一个具体事例讲解建模原理和力控制方法。

[应用]

[板书设计]

5．2工业机器人位置控制

3）位置控制器模型

4）工业机器人单关节的建模和控制

5．3工业机器人力控制

1）引言

2）力传感器设计、安装问题

3）约束条件和约束坐标系

4）力控制

[小结]

本次课主要讲述了机器人位置控制和力控制要点。

[教学后记]

[教学资料补充]

第十八讲

章节题目：

第六章工业机器人的运动规划及编程

[教学内容]

6．1工业机器人的轨迹规划。

[教学安排]

本章讲授4学时，拟采用多媒体教学手段，课堂教学。

[知识点及其基本要求]

知识点：

工业机器人轨迹规划需解决的一般性问题，关节空间的轨迹规划。

基本要求：

掌握工业机器人轨迹规划需解决的一般性问题。

[重点和难点]

重点：

关节空间轨迹规划。

难点：

关节空间轨迹规划。

[教学法设计]

1.通过例子讲解。

[应用]

[板书设计]

6．1工业机器人的轨迹规划

1）引言

2）轨迹规划的一般性问题

3）关节空间的轨迹规划

[小结]

本次课主要讲述了机器人轨迹规划的一般性问题，这是本章的重点，也是机器人应用的基础。

请同学们一定要多加强训练，务必掌握。

[教学后记]

[教学资料补充]

第十九讲

章节题目：

第六章工业机器人的运动规划及编程

[教学内容]

6．1工业机器人的轨迹规划。

[教学安排]

本章讲授4学时，拟采用多媒体教学手段，课堂教学。

[知识点及其基本要求]

知识点：

工业机器人关节空间的轨迹规划、直角坐标轨迹规划。

基本要求：

掌握工业机器人轨迹规划的方法。

[重点和难点]

重点：

关节空间轨迹规划。

难点：

直角坐标轨迹规划。

[教学法设计]

1.通过例子讲解。

[应用]

[板书设计]

6．1工业机器人的轨迹规划

1）引言

2）轨迹规划的一般性问题

3）关节空间的轨迹规划

4）直角坐标空间的轨迹规划

[小结]

本次课主要讲述了机器人轨迹规划的方法，这是本章的重点，也是机器人应用的基础。

请同学们一定要多加强训练，务必掌握。

[教学后记]

[教学资料补充]

第二十讲

复习、机动