《工業機器人機械結構與維護》課程設計與實施

劉朝華　楊雪翠　石秀敏　楊保占

【摘要】為使學生深入掌握工業機器人機械結構與維護方面的知識，提出單獨開設《工業機器人機械結構與維護》課程，闡述了該門課程的性質、研究對象及任務，并重點從課程內容設計和課程內容實施兩方面進行了探討，具有較強的可操作性和現實意義。

【關鍵詞】工業機器人 機械結構與維護 課程設計

【基金項目】天津職業技術師范大學校級教學改革與質量建設研究重點項目（編號：JGZ2015-02）。

【中圖分類號】G71 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）31-0031-01

1.引言

工業機器人是先進的機電一體化數字裝備，集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等高新技術于一體，是制造業皇冠上的明珠！社會對于工業機器人應用型人才的需求日益突出。為了促進工業機器人行業發展，機械工業職業技能鑒定指導中心于2017年3月在武漢召開了《工業機器人裝調維修工》和《工業機器人操作調整工》兩項國家職業技能標準的發布會，為應用型技能人才評價工作指明了方向。其中《工業機器人裝調維修工》標準中，有相當一部分內容是關于工業機器人機械結構方面的考核內容。

目前國內高等院校，職業院校大都開設有《工業機器人》課程，課程內容包括：工業機器人的基本組成、機械結構、運動學、動力學、環境感覺技術、控制系統、機器人編程等。課程學習內容廣、涉及知識面寬、綜合性強，但側重于理論知識教學，實踐教學環節相對薄弱，這種側重理論的教學方式加之枯燥的理論知識與繁瑣的數學推導，嚴重影響了學生學習的積極性[1-3]。雖然課程中講授了工業機器人機械結構部分內容，但不夠深入，理論性偏強，缺少典型工業機器人案例，在學習到本章節時，沒有一個貫穿的主線，使得學生在學習過程中容易分不清前因后果。同時，傳統《工業機器人》課程中也缺少工業機器人維護章節的內容。

鑒于在工業機器人職業技能標準中機器人機械結構及維護知識的重要性，很有必要單獨開設《工業機器人機械結構與維護》課程，使學生能夠真正了解工業機器人的機械結構，消除對工業機器人結構的神秘感，提升學生的裝調維護、機械設計能力。

2.課程的性質、研究對象及任務

《工業機器人機械結構與維護》是工業機器人相關專業的一門核心專業課程。主要以典型六軸垂直串聯工業機器人為研究對象，學習機器人本體結構、常用傳動部件、減速器、維護與保養等內容。課程的主要任務是培養學生具有工業機器人本體結構設計、裝調維護的能力，以及綜合運用多學科知識的能力。

3.課程內容設計

本門課程以實際工業機器人為講述對象，采用先總體、后分部的課程設計思路，讓學生能夠循序漸進的掌握工業機器人機械結構的相關知識。具體課程內容如下：

第一章主要講述工業機器人的定義及特點、結構基礎知識。結構基礎知識是重點講解內容，主要包括機器人的定位精度、運動速度和加速度、承載能力、安裝方式、工作范圍、坐標系、自由度等知識點。第一章主要起到概述的目的，為后續章節作鋪墊和知識儲備。

第二章以典型垂直串聯型6軸工業機器人為例，分析直接傳動結構、手腕后驅結構、連桿驅動結構這三種典型工業機器人結構的特點，重點講解工業機器人基座、腰部、上臂、下臂、手腕的機械結構，使學生能夠對工業機器人機械結構深入理解。本章的目的是為學生呈現出一個機器人的整體輪廓，為后續知識點的學習增強感性認知。

第三章主要講述工業機器人常用傳動部件知識，主要包括：CRB與同步帶傳動機構、鏈傳動機構、滾動導軌傳動機構、滾珠絲杠傳動機構、齒輪傳動機構、螺旋傳動機構、蝸桿傳動機構等內容。

第四章主要講述工業機器人常用的RV減速器、諧波減速器的原理、結構、選型、設計等知識。并結合國內外主要廠家的產品，實際講解減速器的選型、設計等內容。最后適當介紹減速器產品的維護知識。

第五章主要圍繞工業機器人維護保養這一內容進行講解，從了解常規保養項目、電池更換、潤滑油脂補充和更換以及控制柜檢查幾個方面進行了詳細闡述，使學生初步掌握工業機器人維護保養的知識，建立維護保養相關的意識。以具體型號的機器人為例，進行維護方案的設計，要求學生能夠形成維護保養的意識。

從上面可以看出，第二章為總體介紹機器人本體結構，第三、四章為分部介紹各個傳動部件和減速器，體現了本門課程的設計初衷，能夠讓學生自然而然的深入到相關知識點的學習之中。

4.課程內容實施

采用理論講解、動畫視頻演示、實物參觀、實驗、課后習題、課程設計的形式完成本門課程的實施。具體的實施方法如表1所示。

為進一步提高學生對工業機器人機械結構知識的深入理解與運用，有條件的情況下可以在學期末開設工業機器人機械結構課程設計或者是工業機器人拆裝實訓，通過繪制圖紙、校核計算，動手拆裝提高學生工程設計能力和實際動手技能。

5.總結

目前，《工業機器人機械結構與維護》課程在國內高校、職業院校單獨開設的幾乎沒有，工業機器人本體機械結構方面知識點大都融合在《工業機器人技術》課程中講授。從提高學生在工業機器人機械結構設計及維護能力的角度出發，文章提出了單獨開設《工業機器人機械結構與維護》課程的思路，著重探討了課程內容和課程實施方法，希望能夠對工業機器人人才培養起到一點促進作用。

參考文獻：

[1]李慶齡.應用型本科工業機器人課程教學改革的探索與實踐[J] ，中國教育技術裝備， 2013（7）：93-95

[2]邱麗梅.應用型本科院校機器人技術課程教學改革與實踐[J]，榆林學院學報， 2015 （2） ：61-64

[3]黃用華， 李雪梅， 莊未.理工科高校《工業機器人》課程教學改革淺析， 科技信息， 2012（21）： 20，23

作者簡介：

劉朝華（1977-）， 男， 博士， 教授， 主要從事機器人技術教學與科研。endprint