《工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)與維護(hù)》課程設(shè)計(jì)與實(shí)施

劉朝華　楊雪翠　石秀敏　楊保占

【摘要】為使學(xué)生深入掌握工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)與維護(hù)方面的知識(shí)，提出單獨(dú)開(kāi)設(shè)《工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)與維護(hù)》課程，闡述了該門(mén)課程的性質(zhì)、研究對(duì)象及任務(wù)，并重點(diǎn)從課程內(nèi)容設(shè)計(jì)和課程內(nèi)容實(shí)施兩方面進(jìn)行了探討，具有較強(qiáng)的可操作性和現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)機(jī)器人 機(jī)械結(jié)構(gòu)與維護(hù) 課程設(shè)計(jì)

【基金項(xiàng)目】天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)校級(jí)教學(xué)改革與質(zhì)量建設(shè)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（編號(hào)：JGZ2015-02）。

【中圖分類(lèi)號(hào)】G71 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）31-0031-01

1.引言

工業(yè)機(jī)器人是先進(jìn)的機(jī)電一體化數(shù)字裝備，集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等高新技術(shù)于一體，是制造業(yè)皇冠上的明珠！社會(huì)對(duì)于工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用型人才的需求日益突出。為了促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人行業(yè)發(fā)展，機(jī)械工業(yè)職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心于2017年3月在武漢召開(kāi)了《工業(yè)機(jī)器人裝調(diào)維修工》和《工業(yè)機(jī)器人操作調(diào)整工》兩項(xiàng)國(guó)家職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布會(huì)，為應(yīng)用型技能人才評(píng)價(jià)工作指明了方向。其中《工業(yè)機(jī)器人裝調(diào)維修工》標(biāo)準(zhǔn)中，有相當(dāng)一部分內(nèi)容是關(guān)于工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的考核內(nèi)容。

目前國(guó)內(nèi)高等院校，職業(yè)院校大都開(kāi)設(shè)有《工業(yè)機(jī)器人》課程，課程內(nèi)容包括：工業(yè)機(jī)器人的基本組成、機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、環(huán)境感覺(jué)技術(shù)、控制系統(tǒng)、機(jī)器人編程等。課程學(xué)習(xí)內(nèi)容廣、涉及知識(shí)面寬、綜合性強(qiáng)，但側(cè)重于理論知識(shí)教學(xué)，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)相對(duì)薄弱，這種側(cè)重理論的教學(xué)方式加之枯燥的理論知識(shí)與繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，嚴(yán)重影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性[1-3]。雖然課程中講授了工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)部分內(nèi)容，但不夠深入，理論性偏強(qiáng)，缺少典型工業(yè)機(jī)器人案例，在學(xué)習(xí)到本章節(jié)時(shí)，沒(méi)有一個(gè)貫穿的主線(xiàn)，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中容易分不清前因后果。同時(shí)，傳統(tǒng)《工業(yè)機(jī)器人》課程中也缺少工業(yè)機(jī)器人維護(hù)章節(jié)的內(nèi)容。

鑒于在工業(yè)機(jī)器人職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)中機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)及維護(hù)知識(shí)的重要性，很有必要單獨(dú)開(kāi)設(shè)《工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)與維護(hù)》課程，使學(xué)生能夠真正了解工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)，消除對(duì)工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的神秘感，提升學(xué)生的裝調(diào)維護(hù)、機(jī)械設(shè)計(jì)能力。

2.課程的性質(zhì)、研究對(duì)象及任務(wù)

《工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)與維護(hù)》是工業(yè)機(jī)器人相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)核心專(zhuān)業(yè)課程。主要以典型六軸垂直串聯(lián)工業(yè)機(jī)器人為研究對(duì)象，學(xué)習(xí)機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)、常用傳動(dòng)部件、減速器、維護(hù)與保養(yǎng)等內(nèi)容。課程的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生具有工業(yè)機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝調(diào)維護(hù)的能力，以及綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)的能力。

3.課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

本門(mén)課程以實(shí)際工業(yè)機(jī)器人為講述對(duì)象，采用先總體、后分部的課程設(shè)計(jì)思路，讓學(xué)生能夠循序漸進(jìn)的掌握工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)。具體課程內(nèi)容如下：

第一章主要講述工業(yè)機(jī)器人的定義及特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)。結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)是重點(diǎn)講解內(nèi)容，主要包括機(jī)器人的定位精度、運(yùn)動(dòng)速度和加速度、承載能力、安裝方式、工作范圍、坐標(biāo)系、自由度等知識(shí)點(diǎn)。第一章主要起到概述的目的，為后續(xù)章節(jié)作鋪墊和知識(shí)儲(chǔ)備。

第二章以典型垂直串聯(lián)型6軸工業(yè)機(jī)器人為例，分析直接傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、手腕后驅(qū)結(jié)構(gòu)、連桿驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)這三種典型工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，重點(diǎn)講解工業(yè)機(jī)器人基座、腰部、上臂、下臂、手腕的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使學(xué)生能夠?qū)I(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)深入理解。本章的目的是為學(xué)生呈現(xiàn)出一個(gè)機(jī)器人的整體輪廓，為后續(xù)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)增強(qiáng)感性認(rèn)知。

第三章主要講述工業(yè)機(jī)器人常用傳動(dòng)部件知識(shí)，主要包括：CRB與同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、滾動(dòng)導(dǎo)軌傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等內(nèi)容。

第四章主要講述工業(yè)機(jī)器人常用的RV減速器、諧波減速器的原理、結(jié)構(gòu)、選型、設(shè)計(jì)等知識(shí)。并結(jié)合國(guó)內(nèi)外主要廠(chǎng)家的產(chǎn)品，實(shí)際講解減速器的選型、設(shè)計(jì)等內(nèi)容。最后適當(dāng)介紹減速器產(chǎn)品的維護(hù)知識(shí)。

第五章主要圍繞工業(yè)機(jī)器人維護(hù)保養(yǎng)這一內(nèi)容進(jìn)行講解，從了解常規(guī)保養(yǎng)項(xiàng)目、電池更換、潤(rùn)滑油脂補(bǔ)充和更換以及控制柜檢查幾個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述，使學(xué)生初步掌握工業(yè)機(jī)器人維護(hù)保養(yǎng)的知識(shí)，建立維護(hù)保養(yǎng)相關(guān)的意識(shí)。以具體型號(hào)的機(jī)器人為例，進(jìn)行維護(hù)方案的設(shè)計(jì)，要求學(xué)生能夠形成維護(hù)保養(yǎng)的意識(shí)。

從上面可以看出，第二章為總體介紹機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)，第三、四章為分部介紹各個(gè)傳動(dòng)部件和減速器，體現(xiàn)了本門(mén)課程的設(shè)計(jì)初衷，能夠讓學(xué)生自然而然的深入到相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)之中。

4.課程內(nèi)容實(shí)施

采用理論講解、動(dòng)畫(huà)視頻演示、實(shí)物參觀、實(shí)驗(yàn)、課后習(xí)題、課程設(shè)計(jì)的形式完成本門(mén)課程的實(shí)施。具體的實(shí)施方法如表1所示。

為進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)知識(shí)的深入理解與運(yùn)用，有條件的情況下可以在學(xué)期末開(kāi)設(shè)工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)或者是工業(yè)機(jī)器人拆裝實(shí)訓(xùn)，通過(guò)繪制圖紙、校核計(jì)算，動(dòng)手拆裝提高學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力和實(shí)際動(dòng)手技能。

5.總結(jié)

目前，《工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)與維護(hù)》課程在國(guó)內(nèi)高校、職業(yè)院校單獨(dú)開(kāi)設(shè)的幾乎沒(méi)有，工業(yè)機(jī)器人本體機(jī)械結(jié)構(gòu)方面知識(shí)點(diǎn)大都融合在《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程中講授。從提高學(xué)生在工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及維護(hù)能力的角度出發(fā)，文章提出了單獨(dú)開(kāi)設(shè)《工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)與維護(hù)》課程的思路，著重探討了課程內(nèi)容和課程實(shí)施方法，希望能夠?qū)I(yè)機(jī)器人人才培養(yǎng)起到一點(diǎn)促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

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[2]邱麗梅.應(yīng)用型本科院校機(jī)器人技術(shù)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J]，榆林學(xué)院學(xué)報(bào)， 2015 （2） ：61-64

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

作者簡(jiǎn)介：

劉朝華（1977-）， 男， 博士， 教授， 主要從事機(jī)器人技術(shù)教學(xué)與科研。endprint