工业机器人工程应用虚拟仿真教程教学提纲09512

一、说明

1．课程的性质和内容

《工业机器人工程应用虚拟仿真教程》课程是高级技工学校工业机器人应用与维护专业的专业课.主要内容包括：Robot Studio软件的操作、建模、Smart组建的使用、轨迹离线编程、动画效果的制作、模拟工作站的构建、仿真验证以及在线操作。

2．课程的任务和要求

本课程的主要任务是培养学生熟练操作Robot Studio软件，并能通过Robot Studio软件对工业机器人进行应用开发、调试、现场维护，为学生从事工业机器人工程技术人员打下的必要的专业基础。

通过本课程的学习，学生应该达到以下几个方面的专业基础。

（1)了解Robot Studio工业机器人仿真软件的基础知识，掌握软件使用方法和技巧. （2）掌握构建基本仿真工业机器人工作站的方法。 （3）能熟练在Robot Studio软件中创建工件、工具模型。 （4)掌握工业机器人离线轨迹编程方法。 (5)掌握Smart组建的应用。

(6）掌握带导轨和变位机的机器人系统创建于应用方法。 （7）了解ScreenMaker示教器用户自定义界面的操作。 （8）掌握Robot Studio软件的在线功能。

3．教学中注意的问题

（1)本课程教学最好采用理论与实际相结合的一体化教学方式，借助多媒体网络教室，一人一机，使用多媒体课件讲解与软件操作相结合。

（2）理论教学中应帮助学生总结并灵活运用所学的相关知识，本着够用的原则讲授,切忌面面俱到。对工业机器人仿真操作不作深入探讨，仅作一般性了解。

（3）实践教学环节中对工业机器人Robot Studio仿真软件常用功能作简单介绍，重点培养学生使用软件对工业机器人进行基本操作、功能设置、二次开发、在线监控与编程、方案设计和检验。教师教学中多联系生产实际并选用一些工业上经典的工业机器人使用案例进行讲解,提高学生对工业机器人进行应用开发、调试、现场维护的能力.

二、学时分配表

教 学 内 容 项目一 认识、安装工业机器人仿真软件 任务一 了解什么是工业机器人仿真应用技术 任务二 安装工业机器人仿真软件RobotStudio 任务三 RobotStudio的软件界面介绍 项目二 构建基本仿真工业机器人工作站 任务一 布局工业机器人基本工作站 任务二 建立工业机器人系统与手动操作 任务三 创建工业机器人工件坐标与轨迹程序 任务四 仿真运行机器人及录制视频 项目三 RobotStudio中的建构功能 任务一 建模功能的使用 任务二 测量工具的使用 任务三 创建机械装置 任务四 创建机器人用工具 项目四 机器人离线轨迹编程 任务一 创建机器人离线轨迹曲线及路线 任务二 机器人目标点调整及轴配置参数 任务三 机器人离线轨迹编程辅助工具 项目五 Smart组建的应用 任务一 用Smart组件创建动态输送链SC—InFeeder 任务二 用Smart组件创建动态夹具SC-Gripper 任务三 工作站逻辑设定 任务四 Smart组件—-子组件概览 项目六 带导轨和变位机器人系统创建与应用 任务一 创建带导轨的机器人系统 任务二 创建带变位机的机器人系统 项目七 ScreenMaker示教器用户自定义界面 任务一 了解ScreenMaker及准备工作 任务二 创建注塑机取件机器人用户自定义界面 任务三 设置注塑机取件机器人用户信息界面 任务四 设置注塑机取件机器人用户状态界面 任务五 设置注塑机取件机器人用户维修界面 项目八 RobotStudio的在线功能 任务一 使用RobotStudio与机器人进行连接并获取权限的操作 任务二 使用RobotStudio进行备份与恢复的操作 任务三 使用RobotStudio在线编辑RAPID程序的操作 任务四 使用RobotStudio在线编辑I/O信号的操作 任务五 使用RobotStudio在线文件传送 任务六 使用RobotStudio在线监控机器人和示教器状态 任务七 使用RobotStudio在线设定示教器用户操作权限管理 任务八 使用RobotStudio在线创建与安装机器人系统 合计 总学时 18 4 5 9 18 4 4 8 2 26 4 8 8 6 30 12 8 10 30 12 8 6 4 30 12 18 40 4 6 8 12 10 30 4 2 4 4 2 4 4 6 222 讲授学时 实训课时 8 10 2 2 2 3 4 5 6 12 2 2 2 2 2 6 0 2 8 18 2 2 2 6 2 6 2 4 10 20 4 8 2 6 4 6 10 20 4 8 2 6 2 4 2 2 6 24 2 10 4 14 12 28 2 2 2 4 2 6 4 8 2 8 12 18 2 2 0 2 2 0 2 2 2 72 2 2 2 2 2 2 4 150 三、课程内容及要求

项目一 认识、安装工业机器人仿真软件 教学要求

1、了解什么是工业机器人仿真应用技术 2、学会如何安装RobotStudio

3、认识RobotStudio软件的操作界面

教学内容

任务一 了解什么是工业机器人仿真应用技术 任务二 安装工业机器人仿真软件RobotStudio 任务三 RobotStudio的软件界面介绍

教学建议

本项目主要的教学目标是让学生了解工业机器人仿真应用这一方面的内容，讲授时注意多举仿真技术在工业中的应用,激起学生对工业机器人仿真应用技术的兴趣。

项目二 构建基本仿真工业机器人工作站 教学要求

1、学会工业机器人工作站的基本布局方法 2、学会加载工业机器人及周边的模型 3、学会创建工件坐标 4、学会手动操作机器人

5、学会模拟仿真机器人运动轨迹

6、学会录制视频和制作独立播放EXE文件

教学内容

任务一 布局工业机器人基本工作站 任务二 建立工业机器人系统与手动操作 任务三 创建工业机器人工件坐标与轨迹程序 任务四 仿真运行机器人及录制视频

教学建议

本项目主要是让学生对工业机器人模拟仿真有个明确的认识,教学中要明确说明每一个工业机器人型号和模型的特点作用.在教工件坐标的创建时要注意结合实际创建来讲授.

项目三 RobotStudio中的建构功能 教学要求

1．学会使用RobotStudio进行基本的建模 2．学会RobotStudio中测量工具的使用 3．学会创建机械装置并进行设置 4．学会创建工具并进行设置

教学内容

任务一 建模功能的使用 任务二 测量工具的使用 任务三 创建机械装置 任务四 创建机器人用工具

教学建议

本项目为本课程的重点,创建模型和工具在以后的教学中会很常用,教学中要把内容与实践操作结合紧密，因此在教学上要多让学生去自己设计模型和设计工具,使学生熟练创建模型和工具为后面教学打下基础。

项目四 机器人离线轨迹编程 教学要求

1、学会创建工件的机器人轨迹曲线 2、学会生成工件的机器人轨迹曲线路径 3、学会机器人目标点的调整 4、学会机器人轴配置参数调整 5、了解离线轨迹编程的关键点

6、学会机器人离线轨迹编程辅助工具的使用

教学内容

任务一 创建机器人离线轨迹曲线及路线 任务二 机器人目标点调整及轴配置参数 任务三 机器人离线轨迹编程辅助工具

教学建议

本项目主要是要把轨迹曲线路径生成方法教授清楚，让学生在理解下加以练习。因为本项目教学涉及到机器人的运动指令，在离线轨迹讲授时有必要解释运动指令的定义和作用，便于学生去理解。

项目五 Smart组建的应用 教学要求

1、了解什么是Smart组件

2、学会用Smart组件创建动态输送链 3、学会用Smart组件创建动态

教学内容

任务一 用Smart组件创建动态输送链SC-InFeeder 任务二 用Smart组件创建动态夹具SC—Gripper 任务三 工作站逻辑设定

任务四 Smart组件——子组件概览

教学建议

本项目是本课程的重点内容,讲授时注意Smart组件的输送链动态效果的创建，因为动态效果创建的步奏较复杂，示范操作时注意讲清楚每一个步骤的作用和关联性,以便学生理解。

项目六 带导轨和变位机器人系统创建与应用 教学要求

1、学会创建带导轨的机器人系统 2、学会创建导轨运动轨迹并仿真运行 3、学会创建带变位机的机器人系统 4、学会创建变位机运动轨迹并仿真运行

教学内容

任务一 创建带导轨的机器人系统 任务二 创建带变位机的机器人系统

教学建议

本项目主要是让学生创建带变位机的机器人系统和导轨系统，导轨系统在前几个项目中都有出现过也使用过,所以在本项目可以让学生自学和练习。在讲授带变位机机器人系统是要把变位机的作用和特点讲授清楚，在讲授运动轨迹时注意把每个视觉和指令都讲清楚,以便学生理解学习。

项目七 ScreenMaker示教器用户自定义界面 教学要求

1、了解ScreenMaker的功能

2、学会设定与示教器用户自定义界面关联的RAPID程序与数据 3、学会使用ScreenMaker创建示教器用户自定义界面

4、学会使用ScreenMaker中的控件构建示教器用户自定义界面 5、学会使用ScreenMaker调试并修改示教器用户自定义界面

教学内容

任务一 了解ScreenMaker及准备工作

任务二 创建注塑机取件机器人用户自定义界面 任务三 设置注塑机取件机器人用户信息界面 任务四 设置注塑机取件机器人用户状态界面 任务五 设置注塑机取件机器人用户维修界面

教学建议

本项目为本课程的重点内容,讲授时要多结合实际工业机器人在实际生产中的应用,操作示范时把每一个设置步骤仔细讲清楚，每讲完一个设置步骤就让学生练习。

项目八 RobotStudio的在线功能 教学要求

1、学会使用RobotStudio与机器人进行连接的操作 2、学会使用RobotStudio在线备份与恢复的操作

3、学会使用RobotStudio在线进行RAPID程序编辑的操作 4、学会使用RobotStudio在线编辑I/O信号的操作 5、学会使用RobotStudio在线进行文件传送的操作

6、学会使用RobotStudio在线监控机器人及示教器动作状态 7、学会使用RobotStudio进行用户权限的管理

8、学会使用RobotStudio进行机器人系统的创建与安装

教学内容

任务一 使用RobotStudio与机器人进行连接并获取权限的操作 任务二 使用RobotStudio进行备份与恢复的操作 任务三 使用RobotStudio在线编辑RAPID程序的操作 任务四 使用RobotStudio在线编辑I/O信号的操作 任务五 使用RobotStudio在线文件传送

任务六 使用RobotStudio在线监控机器人和示教器状态 任务七 使用RobotStudio在线设定示教器用户操作权限管理 任务八 使用RobotStudio在线创建与安装机器人系统

教学建议

本项目为本课程的重点内容,前7个项目都是在电脑上模拟应用，本项目与前7个项目不同的是，本项目使用RobotStudio软件的在线功能与机器人进行操作。在讲授时注意把机器人的安全操作事项讲授清楚,避免学生误操作导致机器人系统数据丢失或者其他安全事故，讲授RAPID程序指令时要把指令和格式

作用讲授清楚,让学生操作机器人系统数据是务必要做好机器人系统数据相关的备份。

最新机器人教学的意义

把机器人教育引入校园,从发展的眼光来看，机器人肯定会越来越普及。有专家预言，从信息产业的角度看，本世纪第一个十年将是智能机器人时代.随着信息技术教育课程与教材改革的深入和人工智能技术的发展,在信息技术教育中渗透机器人学科知识与机器人应用前景方面的教育已势在必行.机器人最早只是在工厂里使用，现在已经在娱乐、医院和家庭等日常生活中使用.如韩国、日本将为将自己打造为一个高技术国家,他们预言说，到2015—2020年，每一个韩国家庭里都将拥有至少一个机器人。将来机器人可能会像计算机、汽车一样家家都有,变成人类离不开的一个工具，那时人人都要进行机器人的学习,将来会有越来越多的中小学生接触到机器人。机器人教育也会越来越普及，而且可以学到比计算机更全面的知识，除了能够学到编程语言、程序设计以外,同时还能学到机电方面的知识，所以机器人进入中小学教育是当今科技发展的一个必然趋势.

机器人融合了计算机、机械、电子、通讯、控制、声、光、电、磁等多个学科领域的知识。在活动中,既教会学生去思考,又让学生通过动手、动脑,培养综合素质.学生通过亲手组装机器人系统、检测调整传感器、编制调试控制程序等工作，能够使学生的综合知识水平得到提高，使学生的动手能力、逻辑思维能力、综合应用能力、创新能力等都能得到全方位训练和提升，对进行学科知识渗透、培养素质全面的创新型人才具有重要的作用。机器人进课堂后学生的学习兴趣高涨、综合素质提高、创新思维活跃，这正是素质教育的重要内容.因此，机器人教育引入校园,对学生至少有以下三个方面的获益。

其一，丰富学科生活，培养动手能力。由于生活水平的提高,现在的青少年自己动手制作玩具及科学模具的能力日益降低，创造发明的意念也渐呈弱化趋势。所有令他们爱不释手的玩具均是玩具商生产出来的，亦即是需用钱买来的。长此以往，将使未来中国少年儿童的求生能力、自我创造能力不断减低、变弱,这对于一个民族的科学发展是十分不利的。自我组装、制造机器人不但会提升青少年的科学兴趣，同时也会从小培养学生养成凡事自己动手的良好生活习惯.

其二,锻炼意志品质,培养团队精神。机器人制作涉及相关领域多种门类的专门知识，青少年必须广泛涉猎，持之以恒，才能有所成就。机器人的制作过程，正是锻炼意志、培养坚韧品质的过程。机器人制作一般都以二人、三人或一个团队的形式进行，群策群力、共同作业，就像体育比赛中的接力赛一样，缺一不可,整体的实力远超出个人的能力的发挥.

其三，激发创新精神，培养科学兴趣。人们一直在思考和探索如何开发青少年智力的问题.参与机器人制作,能使学生自小就对科学产生兴趣，获得科普知识，同时也将激发他们的创新能力。

把机器人教育引入校园，是创建品牌学校的需要。我校是科技特色学校,学校的科技教育融

合了学校的环境教育、科普教育、机器人教育等诸多内容，我们称为“大科学教育\"，除了我们的语言类教育、数学等以外的所有学科，机器人教育是其中的一个亮点。学校通过组织教师学习、讨论,统一认识,确立自己的行动思路:以机器人教育为突破点,全面推进素质教育，培养学生相信科学、热爱科学、学习、运用科学的品质，提高学生创新精神和实践能力，创机器人教育特色学校。学校把机器人教育引入学校总体工作议事日程，从人、财、物给与倾斜，做到组织落实、经费落实、措施落实，力争使我校的机器人项目在江苏省、全国占有一席之地，从而打响学校的品牌。 一．营造氛围，是开展机器人教育的基础.

1、开展机器人教育，我们重宣传.学校环境是一种无声的语言，我们在校园文化建设中注重宣传、熏陶功能。多年来，在机器人教育环境建设中，在精心构思的基础上，通过“景、廊、宫、园、室”等独具匠心的设计,在校园营造浓厚的机器人科技氛围,以此来普及机器人教育，培养师生的科学修养。通过校园硬件布景，橱窗资料宣传等整体设计，内容隐现机器人教育要求，一步一景间随处可见机器人教育相关内容.

2．开展机器人教育，我们从设备的添置方面，也尽了很大的努力。开始时,我们只有一间教室用于机器人教育活动,器材也不多.后来学校新建了碧霄科技楼，把科技楼中一层楼面近600平方米都给机器人教育专用，设有“曹明刚工作室”、机器人教室、搭建室、训练室、器材室、荣誉室.学校设专项资金用于机器人教育,配备了30台微机和3台笔记本电脑，总经费将近百万。

优美的环境、良好的设备,为师生开展机器人教育提供了丰厚的物质基础，让师生随时获取最新的机器人教育信息，组成了一个立体的机器人教育阵地。

3．开展机器人教育，我们还建立机制，确保机器人教育正常开展。暑假、寒假培训新学生,星期天、星期六俱乐部学生活动,每天晚上又有部分学生在训练，中高年级每周一堂机器人课。结合学校新课改的要求和我校的实际情况，在学生的参与面上，不仅有部分学生作为兴趣小组的形式参与，更注重把机器人引入学校校本研究中，保证机器人教育在我校的普及与提高。

我们还自编教材，把机器人教育纳入课程表，让更多的学生系统接触、学习神秘的机器人，引起了全校学生的浓厚兴趣，在学生中引发了“机器人热”。

二．培养师资,是开展机器人教育的保障。

开展机器人教育,关键要有一支热爱事业，热心机器人教育,并有较高科学素养及相关知识的教师队伍.首先是选好人才，机器人教育活动要牵制辅导教师大量的时间与精力,教师要放弃许多的休息时间，与学生在一起实践、钻研、探索。辅导教师既要有工作能力，又要有奉献精神。2001年我们在100多位教师中，选了曹明刚，他原来是一位柔道运动员，毕业后成了一名体育教师，但他酷爱计算机,有钻研精神,在从事这工作前，他还自掏腰包去学习微软编程设计，学成后,微软公司高薪聘请，他没动心，学校相信他的事业心、责任心，相信他有钻劲,让他担任起这个工作。

其次是为师生搭建平台,让他们充分展示自己的才华.我们有目的地选送辅导教师外出参观、学习，鼓励他们参加各级部门举办的相关培训，提高辅导老师的相关知识水平和能力.还多次邀请了有关部门专家、老师来学校作讲座；正是专家的传经送宝，辅导老师的认真学习,刻苦钻研，才使我校的机器人教育开展得有声有色。

再次是我们深感要保护和激励师生的积极性，一定要有配套的激励措施，让每个人的价值得到体现。为此,学校制定了完善的考核指标，对有重大成果的教师,在精神和物质上给予奖励，并在各级各类考核评比中优先考虑。每年我校的校长奖励基金是学校对教师的最高奖励，凡有突出贡献的教师，都可以申报。碧波机器人团队每年都获得学校的大奖，曹明刚老师个人最高获得壹万元的奖励，教师们感到自身价值得到了肯定,也会对工作倾注更大的热情。 三．积极参赛，是提升机器人教育的途径。

为促进我国的大中小学校大力开展智能机器人教育，国家教育部、中国科协等单位借鉴国外的成功经验，已实施了多项举措，“以赛促教”是根据此学科的特点及青少年所具有的挑战心理而实施的举措之一。通过我校教师和学生的辛勤努力，学校在竞技方面所取得的成绩犹为显著。从建队不久,就参加各级各类比赛，以不断提高自身水平,检验机器人教育成效。

2003年4月，碧波代表队参加江苏省青少年机器人大赛荣获机器人刺球单项一等奖、机器人创意单项赛二等奖、机器人灭火单项赛二等奖、机器人即兴单项赛三等奖、机器人爬坡单项赛优秀奖，还获得省青少年机器人大赛团体（小学组)二等奖；2003年7月参加江苏省第十四届青少年科技创新大赛“机器人大赛”获江苏省级团体二等奖、 “机器人刺球”比赛单项二等奖；2003年11月参加第三届中国青少年电脑机器人竞赛小学组常规赛竞速、集装箱搬运比赛一等奖,同年11月首次参加在韩国举办的国际青少年机器人奥林匹克大赛获“黑线追踪”比赛的银牌。

2004年4月碧波机器人队参加江苏省青少年机器人大赛获一等奖,2004年11月代表中国继续参加在韩国举行的第六届国际机器人奥林匹克竞赛，“碧波机器人队”的宋梦雅、周夏君、和刘尔婷三位选手以8秒多的傲人成绩遥遥领先于其他国家的参赛队,荣获“机器人爬楼梯”小学组比赛金奖，由于他们的绝对优势，第六届国际机器人奥林匹克竞赛组委会特向他们颁发了此项赛事6年以来的第一个“最高技术奖。\"他们还以13秒的佳绩赢得“机器人走迷宫”小学组比赛的铜牌。在2005年的10月26日—29日，我校代表队又参加了在韩国举行的第七届国际奥林匹克竞赛，又获得三块金牌，再次为国家、为江苏、为苏州、为学校争了光.同时,曹明刚老师被第六届国际机器人奥林匹克委员会评为优秀教练员。 四．发展提高,是提升机器人教育的根本.

我校抓机器人教育、使其成为学校特色的过程是一个不断实践、不断探索的过程,我们还要向兄弟学校学习，广开思路，科学发展，把机器人教育做实、做大、做强，做优,走可持续发展道路。在下一步发展规划中，我们还有很多路要走，还有很多事要做。一是进一步普及机器人知识，二是提高机器人应用水平,重点研究机器人的原理、结构、功能及使用方法.三是要加强机器人专业建设、对在小学阶段课程的设置、教材的编写及教法的研究。四是积极开发机器人操作控制平台。

机器人教育的成本比较高，我们正在研究、开发价格更优惠的、性能更好的替代产品、机器人核心控制器、上层编程软件并要申请专利,这项工作已取得阶段性的成果。相信不久的将来，我国的大部分中小学都有机器人课程，大多数孩子能用上我们的产品，这是我们努力追求的目标。