[发明专利]基于D-H参数法的机器人运动学教具

说明书

本发明公开了一种基于D‑H参数法的机器人运动学教具，包括底座、第一连杆机构、第二连杆机构；采用移动副、且可锁紧的机构实现杆长可调整；采用转动副、且可锁紧的机构实现关节轴扭角可调整；采用移动副，且可锁紧的机构实现公垂线偏置可调整。本发明可以让学生了解与体会机器人逆运动学求解在机器人控制中的应用。

技术领域

本发明涉及一种用于机器人课程中的教学用具，其专门针对机器人运动学中连杆参数的直观演示而设计，属于教学用具领域。

背景技术

目前国内外几乎没有专门针对机器人运动学的教具，更没有基于D-H参数法的运动学教具。以下简单介绍一下与本发明比较接近的机器人教学方面的教具。

机器人教具是一种典型的机电一体化产品，它融合了造型技术、机械、电子、传感器、计算机软件、硬件和人工智能等众多先进技术，是进行教学演示、工程训练较为理想的平台。

经检索，比较典型的如下几种：

重庆大学设计的四自由度的教学型机器人：它属于典型的关节型机器人，其四个关节采用步进电机作为驱动方式,传动机构采用谐波减速器,其传动比都为1:80左右,因此可以获得较大的力矩和单脉冲精度，也可简单演示关节转角变化。但该机器人与一般机器人在结构与控制上并无本质区别，其也未设计能表达机器人运动学有关连杆参数的机构或模块。

哈尔滨工业大学机器人研究所研制的四自由度SCARA型教学机器人让学生对机器人的机械系统，控制系统有更好的了解，同时可简单完成示教编程与再现、可显示SCARA机器人较特殊而简单的正运动学、逆运动学分析以及轨迹规划等功能。但未能展现机器人运动学在一般情况下的连杆参数及其结构关系。

美国Heath kit公司开发的ET－18HERO－I教学机器人：这种小型机器人用于示教、教学实验都较理想,因为它具有多种功能如：自由度多,运动灵活；有简单的光感、声感能力；可进行声纳测距和运动物体的检测等。然而其教学演示的主要是机器人的基本动作与简单智能行为，并不是展现机器人关节连杆参数及其结构关系。

总之，上述国内外开发的教学机器人虽说可以简单完成示教编程与再现、甚至可以简单展现机器人正运动学、逆运动学分析等功能，却没有将机器人连杆参数等运动学知识表达出来，未起到表达清楚机器人在关节处的前一连杆与后一连杆之间的一般性空间结构关系，因为它们并非专用机器人运动学教具。

为解决同学们在课堂上仅凭书本理解机器人运动学参数及三维空间结构比较困难的问题，也为了激发同学们的创新能力及迎合机器人教学需要创新的改革需要，我们设计了一款能合理表达机器人运动学连杆参数，给初学者以直观印象的机器人运动学教具，以期帮助初学者理解相关知识点，提高教学效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种将机器人关节处的连杆参数表达直观、可用于辅助教学的基于D-H参数法的机器人运动学教具。

本发明的技术解决方案是：

一种基于D-H参数法的机器人运动学教具，其特征是：包括底座、第一连杆机构、第二连杆机构；底座由上底板和下底板用四颗内六角螺钉结合在一起；

在下底板的中心部位有加工好的矩形凹槽，定心轴承放于所述凹槽之中，用于第一连杆的定位；第一步进电机通过其轴端小齿轮与齿轮啮合带动第一连杆旋转，其中第一步进电机通过加工的凹槽定位在上底板上，凹槽中有四个孔，供螺钉通过，并将第一步进电机固连在上底板上；

第一连杆机构包括第一连杆，第一连杆通过直角连接件与大空心连杆连接，大空心连杆通过锥形拧紧件与小空心管连接；第一步进电机作为动力源，使第一连杆转动，并带动与之连接的大、小空心连杆转动，实现连杆转角θ1的变化；第一连杆机构长度的改变通过松动锥形拧紧件，使小空心连杆的移动，改变连杆长度a1，长度由a1变化到a1+Δa；