《工业机器人机械结构与维护》课程设计与实施

刘朝华　杨雪翠　石秀敏　杨保占

【摘要】为使学生深入掌握工业机器人机械结构与维护方面的知识，提出单独开设《工业机器人机械结构与维护》课程，阐述了该门课程的性质、研究对象及任务，并重点从课程内容设计和课程内容实施两方面进行了探讨，具有较强的可操作性和现实意义。

【关键词】工业机器人 机械结构与维护 课程设计

【基金项目】天津职业技术师范大学校级教学改革与质量建设研究重点项目（编号：JGZ2015-02）。

【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）31-0031-01

1.引言

工业机器人是先进的机电一体化数字装备，集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等高新技术于一体，是制造业皇冠上的明珠！社会对于工业机器人应用型人才的需求日益突出。为了促进工业机器人行业发展，机械工业职业技能鉴定指导中心于2017年3月在武汉召开了《工业机器人装调维修工》和《工业机器人操作调整工》两项国家职业技能标准的发布会，为应用型技能人才评价工作指明了方向。其中《工业机器人装调维修工》标准中，有相当一部分内容是关于工业机器人机械结构方面的考核内容。

目前国内高等院校，职业院校大都开设有《工业机器人》课程，课程内容包括：工业机器人的基本组成、机械结构、运动学、动力学、环境感觉技术、控制系统、机器人编程等。课程学习内容广、涉及知识面宽、综合性强，但侧重于理论知识教学，实践教学环节相对薄弱，这种侧重理论的教学方式加之枯燥的理论知识与繁琐的数学推导，严重影响了学生学习的积极性[1-3]。虽然课程中讲授了工业机器人机械结构部分内容，但不够深入，理论性偏强，缺少典型工业机器人案例，在学习到本章节时，没有一个贯穿的主线，使得学生在学习过程中容易分不清前因后果。同时，传统《工业机器人》课程中也缺少工业机器人维护章节的内容。

鉴于在工业机器人职业技能标准中机器人机械结构及维护知识的重要性，很有必要单独开设《工业机器人机械结构与维护》课程，使学生能够真正了解工业机器人的机械结构，消除对工业机器人结构的神秘感，提升学生的装调维护、机械设计能力。

2.课程的性质、研究对象及任务

《工业机器人机械结构与维护》是工业机器人相关专业的一门核心专业课程。主要以典型六轴垂直串联工业机器人为研究对象，学习机器人本体结构、常用传动部件、减速器、维护与保养等内容。课程的主要任务是培养学生具有工业机器人本体结构设计、装调维护的能力，以及综合运用多学科知识的能力。

3.课程内容设计

本门课程以实际工业机器人为讲述对象，采用先总体、后分部的课程设计思路，让学生能够循序渐进的掌握工业机器人机械结构的相关知识。具体课程内容如下：

第一章主要讲述工业机器人的定义及特点、结构基础知识。結构基础知识是重点讲解内容，主要包括机器人的定位精度、运动速度和加速度、承载能力、安装方式、工作范围、坐标系、自由度等知识点。第一章主要起到概述的目的，为后续章节作铺垫和知识储备。

第二章以典型垂直串联型6轴工业机器人为例，分析直接传动结构、手腕后驱结构、连杆驱动结构这三种典型工业机器人结构的特点，重点讲解工业机器人基座、腰部、上臂、下臂、手腕的机械结构，使学生能够对工业机器人机械结构深入理解。本章的目的是为学生呈现出一个机器人的整体轮廓，为后续知识点的学习增强感性认知。

第三章主要讲述工业机器人常用传动部件知识，主要包括：CRB与同步带传动机构、链传动机构、滚动导轨传动机构、滚珠丝杠传动机构、齿轮传动机构、螺旋传动机构、蜗杆传动机构等内容。

第四章主要讲述工业机器人常用的RV减速器、谐波减速器的原理、结构、选型、设计等知识。并结合国内外主要厂家的产品，实际讲解减速器的选型、设计等内容。最后适当介绍减速器产品的维护知识。

第五章主要围绕工业机器人维护保养这一内容进行讲解，从了解常规保养项目、电池更换、润滑油脂补充和更换以及控制柜检查几个方面进行了详细阐述，使学生初步掌握工业机器人维护保养的知识，建立维护保养相关的意识。以具体型号的机器人为例，进行维护方案的设计，要求学生能够形成维护保养的意识。

从上面可以看出，第二章为总体介绍机器人本体结构，第三、四章为分部介绍各个传动部件和减速器，体现了本门课程的设计初衷，能够让学生自然而然的深入到相关知识点的学习之中。

4.课程内容实施

采用理论讲解、动画视频演示、实物参观、实验、课后习题、课程设计的形式完成本门课程的实施。具体的实施方法如表1所示。

为进一步提高学生对工业机器人机械结构知识的深入理解与运用，有条件的情况下可以在学期末开设工业机器人机械结构课程设计或者是工业机器人拆装实训，通过绘制图纸、校核计算，动手拆装提高学生工程设计能力和实际动手技能。

5.总结

目前，《工业机器人机械结构与维护》课程在国内高校、职业院校单独开设的几乎没有，工业机器人本体机械结构方面知识点大都融合在《工业机器人技术》课程中讲授。从提高学生在工业机器人机械结构设计及维护能力的角度出发，文章提出了单独开设《工业机器人机械结构与维护》课程的思路，着重探讨了课程内容和课程实施方法，希望能够对工业机器人人才培养起到一点促进作用。

参考文献：

[1]李庆龄.应用型本科工业机器人课程教学改革的探索与实践[J] ，中国教育技术装备， 2013（7）：93-95

[2]邱丽梅.应用型本科院校机器人技术课程教学改革与实践[J]，榆林学院学报， 2015 （2） ：61-64

[3]黄用华， 李雪梅， 庄未.理工科高校《工业机器人》课程教学改革浅析， 科技信息， 2012（21）： 20，23

作者简介：

刘朝华（1977-）， 男， 博士， 教授， 主要从事机器人技术教学与科研。