专利名称：一种机械手臂位姿变换模拟教学装置的制作方法
技术领域：
本发明属于模拟教学仪器领域，特别涉及一种机械手臂位姿变换模拟教学装置。
背景技术：
在工业机器人、人体运动仿生机构、假肢设计、机械手控制等教学及研究中，都离 不开坐标系矩阵及位姿变换这一基础理论。在目前的实际教学及研究中，一般采用数学推 导结合辅助坐标系的图示方法，但以上方法中的位姿矩阵变换和推导较为抽象而繁琐，不 利于有关人员对位姿变换这一重要基础理论知识的理解及掌握。目前，还未发现用于工业 机器人、人体运动仿生机构、假肢设计、机械手控制领域中的模拟教学设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直观、实时、可调的机械手臂位姿变换模拟教学装置， 其适用于课堂教学，便于相关人员对位姿变换的理解及掌握。本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的一种机械手臂位姿变换模拟教学装置，其特征在于由可调轴杆机构、转角调节机 构及机械手构成，可调轴杆机构由轴杆一、轴杆二、轴杆三、轴杆四、轴杆五、轴杆六、轴杆七 依次垂直并转动插接构成，轴杆二、轴杆三、轴杆四、轴杆五、轴杆六、轴杆七均为伸缩杆；转 角调节机构由分别安装于相邻两轴杆垂直连接处两侧的成对角度盘构成；械手安装于轴杆 七的末端。而且，在轴杆一、轴杆二、轴杆三、轴杆四、轴杆五、轴杆六末端均制有连接套筒，后 一轴杆的前端部转动插装于前一轴杆末端所制的连接套筒内。而且，所述的角度盘的外圆周边呈锥形，在该角度盘的锥形外圆周边制有刻度。本发明的优点和积极效果是1.本机械手臂位姿变换模拟教学装置，通过依次连接的多个轴杆模拟机械手臂， 通过机械手臂的可调节运动来实时展现位姿变换的过程及直观的空间位姿，从而将原来繁 琐且抽象的位姿变换教学，以直观、实时、可调的方式展现出来，更加有利于相关学习人员 对空间位姿变换的理解及掌握。2.本机械手臂位姿变换模拟教学装置还具有结构简单、设计科学合理、操作方便、 成本低、效果直观等优点。
图1为本发明的立体结构图。
具体实施例方式下面结合附图、通过具体实施例对本发明作进一步详述。一种机械手臂位姿变换模拟教学装置，由可调轴杆机构、转角调节机构及机械手构成。可调轴杆机构由轴杆一 1-1、轴杆二 1-2、轴杆三1-3、轴杆四1-4、轴杆五1_5、轴杆 六1-6、轴杆七1-7依次垂直转动插装连接构成。在轴杆一、轴杆二、轴杆三、轴杆四、轴杆 五、轴杆六的末端均设置有连接套筒，后一轴杆的前端部的垂直弯头部分转动插装于前一 轴杆末端所制的连接套筒内。具体为轴杆二通过轴杆一末端的连接套筒安装于轴杆一末 端。轴杆三通过轴杆二末端连接套筒装入轴杆二末端，并可绕轴杆二转动。轴杆四通过轴 杆三末端连接套筒装入轴杆三末端，并可绕轴杆二转动。轴杆五通过轴杆四末端连接套筒 装入轴杆四末端，并可绕轴杆四转动。轴杆六通过轴杆五末端连接套筒装入轴杆五末端，并 可绕轴杆五转动。轴杆七通过轴杆六末端连接套筒装入轴杆六中，并可绕轴杆六转动。轴 杆二、轴杆三、轴杆四、轴杆五、轴杆六、轴杆七均为伸缩杆，从而在其轴向均伸缩可调。转角调节机构由分别安装于相邻两轴杆垂直连接处两侧的成对角度盘构成。本实 施例中包括安装于轴杆三上与轴杆四连接端的角度盘一 2-1、安装于轴杆四上与轴杆五 连接端的角度盘二 2-2、安装于轴杆五上与轴杆四连接端的角度盘三2-3、安装于轴杆五上 与轴杆六连接端的角度盘四2-4、安装于轴杆六上的角度盘五2-5、安装于轴杆七上与轴杆 六连接端的角度盘六2-6组成。由于轴杆四及轴杆六的长度较短，因此在轴杆四及轴杆六 上所安装的角度盘可分别与其两侧相邻的角度盘分别形成角度盘对。根据相邻两角度盘之 间的相对转动量，可实现相邻两轴杆之间的转动角度调整，从而实现精确调节控制轴杆三、 轴杆四、轴杆五、轴杆六、轴杆七的转动角度。角度盘的外圆周边呈锥形，在该角度盘的锥形 外圆周边制有刻度，以便于相邻两角度盘所制刻度的观测。机械手3-1安装于轴杆七的末端，由五个关节指组成。本机械手臂位姿变换模拟教学装置的使用方法为在进行机械手臂的姿态变换模拟时，首先根据矩阵变换的量值，确定各相关轴杆 的伸缩量，通过各刻度盘确定各轴杆的转动角度，然后依次伸缩及转动各轴杆，使各轴杆组 成的机械臂处于不同的空间位置，从而使机械手部分的空间方位发生变化。从而实时模拟 机械手臂的空间位姿变换。本教学仪通过各轴杆的运动量来控制其空间位姿的变换，克服基于矩阵的位姿变 换的抽象与繁琐。其还可用于模拟工业机械手的运动，通过确定轴杆的伸缩量及转动角度 后，展示不同的机械手运动轨迹等。另外，还可用于空间机构及自由度的有关教学中。尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理 解在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的， 因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
权利要求
一种机械手臂位姿变换模拟教学装置，其特征在于由可调轴杆机构、转角调节机构及机械手构成，可调轴杆机构由轴杆一、轴杆二、轴杆三、轴杆四、轴杆五、轴杆六、轴杆七依次垂直并转动插接构成，轴杆二、轴杆三、轴杆四、轴杆五、轴杆六、轴杆七均为伸缩杆；转角调节机构由分别安装于相邻两轴杆垂直连接处两侧的成对角度盘构成；械手安装于轴杆七的末端。
2.根据权利要求1所述的机械手臂位姿变换模拟教学装置，其特征在于在轴杆一、轴 杆二、轴杆三、轴杆四、轴杆五、轴杆六末端均制有连接套筒，后一轴杆的前端部转动插装于 前一轴杆末端所制的连接套筒内。
3.根据权利要求1所述的机械手臂位姿变换模拟教学装置，其特征在于所述的角度 盘的外圆周边呈锥形，在该角度盘的锥形外圆周边制有刻度。
全文摘要
本发明涉及一种机械手臂位姿变换模拟教学装置，由可调轴杆机构、转角调节机构及机械手构成，可调轴杆机构由轴杆一、轴杆二、轴杆三、轴杆四、轴杆五、轴杆六、轴杆七依次垂直并转动插接构成，轴杆二、轴杆三、轴杆四、轴杆五、轴杆六、轴杆七均为伸缩杆；转角调节机构由分别安装于相邻两轴杆垂直连接处两侧的成对角度盘构成；械手安装于轴杆七的末端。本机械手臂位姿变换模拟教学装置通过依次连接的多个轴杆模拟机械手臂，通过机械手臂的可调节运动来实时展现位姿变换的过程及直观的空间位姿，从而将位姿变换教学，以直观、实时、可调的方式展现出来，以助于相关学习人员对空间位姿变换的理解及掌握。
文档编号G09B25/02GK101996514SQ200910070148
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月17日 优先权日2009年8月17日
发明者张峻霞, 张建国, 王新亭 申请人:天津科技大学