專利名稱：一種機械手臂位姿變換模擬教學裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于模擬教學儀器領域，特別涉及一種機械手臂位姿變換模擬教學裝置。
背景技術：
在工業機器人、人體運動仿生機構、假肢設計、機械手控制等教學及研究中，都離 不開坐標系矩陣及位姿變換這一基礎理論。在目前的實際教學及研究中，一般采用數學推 導結合輔助坐標系的圖示方法，但以上方法中的位姿矩陣變換和推導較為抽象而繁瑣，不 利于有關人員對位姿變換這一重要基礎理論知識的理解及掌握。目前，還未發現用于工業 機器人、人體運動仿生機構、假肢設計、機械手控制領域中的模擬教學設備。
發明內容
本發明的目的在于提供一種直觀、實時、可調的機械手臂位姿變換模擬教學裝置， 其適用于課堂教學，便于相關人員對位姿變換的理解及掌握。本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的一種機械手臂位姿變換模擬教學裝置，其特征在于由可調軸桿機構、轉角調節機 構及機械手構成，可調軸桿機構由軸桿一、軸桿二、軸桿三、軸桿四、軸桿五、軸桿六、軸桿七 依次垂直并轉動插接構成，軸桿二、軸桿三、軸桿四、軸桿五、軸桿六、軸桿七均為伸縮桿；轉 角調節機構由分別安裝于相鄰兩軸桿垂直連接處兩側的成對角度盤構成；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 一軸桿的前端部轉動插裝于前一軸桿末端所制的連接套筒內。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。本發明的優點和積極效果是1.本機械手臂位姿變換模擬教學裝置，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節運動來實時展現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，以直觀、實時、可調的方式展現出來，更加有利于相關學習人員 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裝置還具有結構簡單、設計科學合理、操作方便、 成本低、效果直觀等優點。
圖1為本發明的立體結構圖。
具體實施例方式下面結合附圖、通過具體實施例對本發明作進一步詳述。一種機械手臂位姿變換模擬教學裝置，由可調軸桿機構、轉角調節機構及機械手構成。可調軸桿機構由軸桿一 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依次垂直轉動插裝連接構成。在軸桿一、軸桿二、軸桿三、軸桿四、軸桿 五、軸桿六的末端均設置有連接套筒，后一軸桿的前端部的垂直彎頭部分轉動插裝于前一 軸桿末端所制的連接套筒內。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。轉角調節機構由分別安裝于相鄰兩軸桿垂直連接處兩側的成對角度盤構成。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相鄰的角度盤分別形成角度盤對。根據相鄰兩角度盤之 間的相對轉動量，可實現相鄰兩軸桿之間的轉動角度調整，從而實現精確調節控制軸桿三、 軸桿四、軸桿五、軸桿六、軸桿七的轉動角度。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，由五個關節指組成。本機械手臂位姿變換模擬教學裝置的使用方法為在進行機械手臂的姿態變換模擬時，首先根據矩陣變換的量值，確定各相關軸桿 的伸縮量，通過各刻度盤確定各軸桿的轉動角度，然后依次伸縮及轉動各軸桿，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生變化。從而實時模擬 機械手臂的空間位姿變換。本教學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機械手的運動，通過確定軸桿的伸縮量及轉動角度 后，展示不同的機械手運動軌跡等。另外，還可用于空間機構及自由度的有關教學中。盡管為說明目的公開了本發明的實施例和附圖，但是本領域的技術人員可以理 解在不脫離本發明及所附權利要求的精神和范圍內，各種替換、變化和修改都是可能的， 因此，本發明的范圍不局限于實施例和附圖所公開的內容。
權利要求
一種機械手臂位姿變換模擬教學裝置，其特征在于由可調軸桿機構、轉角調節機構及機械手構成，可調軸桿機構由軸桿一、軸桿二、軸桿三、軸桿四、軸桿五、軸桿六、軸桿七依次垂直并轉動插接構成，軸桿二、軸桿三、軸桿四、軸桿五、軸桿六、軸桿七均為伸縮桿；轉角調節機構由分別安裝于相鄰兩軸桿垂直連接處兩側的成對角度盤構成；械手安裝于軸桿七的末端。
2.根據權利要求1所述的機械手臂位姿變換模擬教學裝置，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動插裝于 前一軸桿末端所制的連接套筒內。
3.根據權利要求1所述的機械手臂位姿變換模擬教學裝置，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
本發明涉及一種機械手臂位姿變換模擬教學裝置，由可調軸桿機構、轉角調節機構及機械手構成，可調軸桿機構由軸桿一、軸桿二、軸桿三、軸桿四、軸桿五、軸桿六、軸桿七依次垂直并轉動插接構成，軸桿二、軸桿三、軸桿四、軸桿五、軸桿六、軸桿七均為伸縮桿；轉角調節機構由分別安裝于相鄰兩軸桿垂直連接處兩側的成對角度盤構成；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節運動來實時展現位姿變換的過程及直觀的空間位姿，從而將位姿變換教學，以直觀、實時、可調的方式展現出來，以助于相關學習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 優先權日2009年8月17日
發明者張峻霞, 張建國, 王新亭 申請人:天津科技大學