專利名稱：一種機械手臂位姿變換模擬教學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于模擬教學(xué)儀器領(lǐng)域，特別涉及一種機械手臂位姿變換模擬教學(xué)裝置。
背景技術(shù)：
在工業(yè)機器人、人體運動仿生機構(gòu)、假肢設(shè)計、機械手控制等教學(xué)及研究中，都離 不開坐標(biāo)系矩陣及位姿變換這一基礎(chǔ)理論。在目前的實際教學(xué)及研究中，一般采用數(shù)學(xué)推 導(dǎo)結(jié)合輔助坐標(biāo)系的圖示方法，但以上方法中的位姿矩陣變換和推導(dǎo)較為抽象而繁瑣，不 利于有關(guān)人員對位姿變換這一重要基礎(chǔ)理論知識的理解及掌握。目前，還未發(fā)現(xiàn)用于工業(yè) 機器人、人體運動仿生機構(gòu)、假肢設(shè)計、機械手控制領(lǐng)域中的模擬教學(xué)設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種直觀、實時、可調(diào)的機械手臂位姿變換模擬教學(xué)裝置， 其適用于課堂教學(xué)，便于相關(guān)人員對位姿變換的理解及掌握。本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種機械手臂位姿變換模擬教學(xué)裝置，其特征在于由可調(diào)軸桿機構(gòu)、轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)機 構(gòu)及機械手構(gòu)成，可調(diào)軸桿機構(gòu)由軸桿一、軸桿二、軸桿三、軸桿四、軸桿五、軸桿六、軸桿七 依次垂直并轉(zhuǎn)動插接構(gòu)成，軸桿二、軸桿三、軸桿四、軸桿五、軸桿六、軸桿七均為伸縮桿；轉(zhuǎn) 角調(diào)節(jié)機構(gòu)由分別安裝于相鄰兩軸桿垂直連接處兩側(cè)的成對角度盤構(gòu)成；械手安裝于軸桿 七的末端。而且，在軸桿一、軸桿二、軸桿三、軸桿四、軸桿五、軸桿六末端均制有連接套筒，后 一軸桿的前端部轉(zhuǎn)動插裝于前一軸桿末端所制的連接套筒內(nèi)。而且，所述的角度盤的外圓周邊呈錐形，在該角度盤的錐形外圓周邊制有刻度。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是1.本機械手臂位姿變換模擬教學(xué)裝置，通過依次連接的多個軸桿模擬機械手臂， 通過機械手臂的可調(diào)節(jié)運動來實時展現(xiàn)位姿變換的過程及直觀的空間位姿，從而將原來繁 瑣且抽象的位姿變換教學(xué)，以直觀、實時、可調(diào)的方式展現(xiàn)出來，更加有利于相關(guān)學(xué)習(xí)人員 對空間位姿變換的理解及掌握。2.本機械手臂位姿變換模擬教學(xué)裝置還具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計科學(xué)合理、操作方便、 成本低、效果直觀等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖、通過具體實施例對本發(fā)明作進一步詳述。一種機械手臂位姿變換模擬教學(xué)裝置，由可調(diào)軸桿機構(gòu)、轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)機構(gòu)及機械手構(gòu)成?？烧{(diào)軸桿機構(gòu)由軸桿一 1-1、軸桿二 1-2、軸桿三1-3、軸桿四1-4、軸桿五1_5、軸桿 六1-6、軸桿七1-7依次垂直轉(zhuǎn)動插裝連接構(gòu)成。在軸桿一、軸桿二、軸桿三、軸桿四、軸桿 五、軸桿六的末端均設(shè)置有連接套筒，后一軸桿的前端部的垂直彎頭部分轉(zhuǎn)動插裝于前一 軸桿末端所制的連接套筒內(nèi)。具體為軸桿二通過軸桿一末端的連接套筒安裝于軸桿一末 端。軸桿三通過軸桿二末端連接套筒裝入軸桿二末端，并可繞軸桿二轉(zhuǎn)動。軸桿四通過軸 桿三末端連接套筒裝入軸桿三末端，并可繞軸桿二轉(zhuǎn)動。軸桿五通過軸桿四末端連接套筒 裝入軸桿四末端，并可繞軸桿四轉(zhuǎn)動。軸桿六通過軸桿五末端連接套筒裝入軸桿五末端，并 可繞軸桿五轉(zhuǎn)動。軸桿七通過軸桿六末端連接套筒裝入軸桿六中，并可繞軸桿六轉(zhuǎn)動。軸 桿二、軸桿三、軸桿四、軸桿五、軸桿六、軸桿七均為伸縮桿，從而在其軸向均伸縮可調(diào)。轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)機構(gòu)由分別安裝于相鄰兩軸桿垂直連接處兩側(cè)的成對角度盤構(gòu)成。本實 施例中包括安裝于軸桿三上與軸桿四連接端的角度盤一 2-1、安裝于軸桿四上與軸桿五 連接端的角度盤二 2-2、安裝于軸桿五上與軸桿四連接端的角度盤三2-3、安裝于軸桿五上 與軸桿六連接端的角度盤四2-4、安裝于軸桿六上的角度盤五2-5、安裝于軸桿七上與軸桿 六連接端的角度盤六2-6組成。由于軸桿四及軸桿六的長度較短，因此在軸桿四及軸桿六 上所安裝的角度盤可分別與其兩側(cè)相鄰的角度盤分別形成角度盤對。根據(jù)相鄰兩角度盤之 間的相對轉(zhuǎn)動量，可實現(xiàn)相鄰兩軸桿之間的轉(zhuǎn)動角度調(diào)整，從而實現(xiàn)精確調(diào)節(jié)控制軸桿三、 軸桿四、軸桿五、軸桿六、軸桿七的轉(zhuǎn)動角度。角度盤的外圓周邊呈錐形，在該角度盤的錐形 外圓周邊制有刻度，以便于相鄰兩角度盤所制刻度的觀測。機械手3-1安裝于軸桿七的末端，由五個關(guān)節(jié)指組成。本機械手臂位姿變換模擬教學(xué)裝置的使用方法為在進行機械手臂的姿態(tài)變換模擬時，首先根據(jù)矩陣變換的量值，確定各相關(guān)軸桿 的伸縮量，通過各刻度盤確定各軸桿的轉(zhuǎn)動角度，然后依次伸縮及轉(zhuǎn)動各軸桿，使各軸桿組 成的機械臂處于不同的空間位置，從而使機械手部分的空間方位發(fā)生變化。從而實時模擬 機械手臂的空間位姿變換。本教學(xué)儀通過各軸桿的運動量來控制其空間位姿的變換，克服基于矩陣的位姿變 換的抽象與繁瑣。其還可用于模擬工業(yè)機械手的運動，通過確定軸桿的伸縮量及轉(zhuǎn)動角度 后，展示不同的機械手運動軌跡等。另外，還可用于空間機構(gòu)及自由度的有關(guān)教學(xué)中。盡管為說明目的公開了本發(fā)明的實施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理 解在不脫離本發(fā)明及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的， 因此，本發(fā)明的范圍不局限于實施例和附圖所公開的內(nèi)容。
權(quán)利要求
一種機械手臂位姿變換模擬教學(xué)裝置，其特征在于由可調(diào)軸桿機構(gòu)、轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)機構(gòu)及機械手構(gòu)成，可調(diào)軸桿機構(gòu)由軸桿一、軸桿二、軸桿三、軸桿四、軸桿五、軸桿六、軸桿七依次垂直并轉(zhuǎn)動插接構(gòu)成，軸桿二、軸桿三、軸桿四、軸桿五、軸桿六、軸桿七均為伸縮桿；轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)機構(gòu)由分別安裝于相鄰兩軸桿垂直連接處兩側(cè)的成對角度盤構(gòu)成；械手安裝于軸桿七的末端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械手臂位姿變換模擬教學(xué)裝置，其特征在于在軸桿一、軸 桿二、軸桿三、軸桿四、軸桿五、軸桿六末端均制有連接套筒，后一軸桿的前端部轉(zhuǎn)動插裝于 前一軸桿末端所制的連接套筒內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械手臂位姿變換模擬教學(xué)裝置，其特征在于所述的角度 盤的外圓周邊呈錐形，在該角度盤的錐形外圓周邊制有刻度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機械手臂位姿變換模擬教學(xué)裝置，由可調(diào)軸桿機構(gòu)、轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)機構(gòu)及機械手構(gòu)成，可調(diào)軸桿機構(gòu)由軸桿一、軸桿二、軸桿三、軸桿四、軸桿五、軸桿六、軸桿七依次垂直并轉(zhuǎn)動插接構(gòu)成，軸桿二、軸桿三、軸桿四、軸桿五、軸桿六、軸桿七均為伸縮桿；轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)機構(gòu)由分別安裝于相鄰兩軸桿垂直連接處兩側(cè)的成對角度盤構(gòu)成；械手安裝于軸桿七的末端。本機械手臂位姿變換模擬教學(xué)裝置通過依次連接的多個軸桿模擬機械手臂，通過機械手臂的可調(diào)節(jié)運動來實時展現(xiàn)位姿變換的過程及直觀的空間位姿，從而將位姿變換教學(xué)，以直觀、實時、可調(diào)的方式展現(xiàn)出來，以助于相關(guān)學(xué)習(xí)人員對空間位姿變換的理解及掌握。
文檔編號G09B25/02GK101996514SQ200910070148
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月17日
發(fā)明者張峻霞, 張建國, 王新亭 申請人:天津科技大學(xué)