[发明专利]一种机器人D-H参数和相邻杆件坐标关系演示装置及其使用方法

说明书

本发明提供一种机器人D‑H参数和相邻杆件坐标关系演示装置及其使用方法，该装置由两个杆件及相应关节轴、两个横杆、一个辅助关节轴，一个辅助横杆、一个套筒、支架构成，可以演示杆件参数杆件长度、杆件扭转角以及关节运动参数关节平移量、关节回转角，也可演示两杆件坐标系的坐标转换关系，两杆件即可以是转动关节连接，也可以是移动关节连接。该装置能够使学生方便的观察机器人的旋转关节、移动关节、D‑H参数、杆件间的坐标关系，从而为对机器人进行位置、速度、动力学分析与控制奠定基础。

技术领域：

本发明涉及一种教学演示装置及其使用方法，具体涉及一种机器人教学中的D-H参数和相邻杆件坐标关系演示装置及其使用方法。

背景技术：

机器人技术的诞生是20世纪人类科学技术进步的重大成果，进入21世纪，机器人技术和工业得到了前所未有的发展，先进机器人的发展代表着一个国家综合科技实力和水平，因此许多国家都已经把发展机器人技术列入本国21世纪高科技发展计划。鉴于机器人技术的重要性，包括我国在内的多个国家都在大力发展机器人学教育。在机器人技术教学中，D-H参数是机器人学技术中最基础最重要的知识点，它是建立机器人坐标系，从而进行机器人位置、速度、动力学控制的基础。由于依据D-H参数建立机器人坐标系采用4个参数代替6个参数来描述两坐标系之间的关系，使得坐标关系简化的同时带来了学生理解上的困难，目前由于缺少演示装置，教师在上课时只能在投影屏上通过示意图进行讲解，同学们根据投影显示和自己的想象来理解D-H参数及相邻杆件的坐标关系，由于D-H参数和杆件坐标涉及三维空间，仅靠二维示意和想象，理解难度大，教学进程慢，还容易引起学生误解，因此需要一种能够方便快捷演示D-H参数及杆件坐标关系的教具协助教学。

发明内容：

本发明提供一种机器人D-H参数和杆件坐标关系演示装置及其使用方法，由两个杆件及相应关节轴、两个横杆、一个辅助关节轴，一个辅助横杆、一个套筒、支架构成，可以演示杆件参数杆件长度、杆件扭转角以及关节运动参数关节平移量、关节回转角，也可演示两杆件坐标系的坐标转换关系，两杆件即可以是转动关节连接，也可以是移动关节连接。该装置能够使学生方便的观察机器人的旋转关节、移动关节、D-H参数、杆件间的坐标关系，从而为对机器人进行位置、速度、动力学分析与控制奠定基础。

实现本发明的技术方案如下：

一种机器人D-H参数及坐标变换演示装置，包括第一杆件1、第二杆件2、杆件关节轴3、杆件关节轴4、杆件关节轴5、横杆6、横杆7、关节辅助轴8、辅助横杆9、支架10、套筒11组成。

第一杆件1固定在支架10上，关节轴3固定在第一杆件1的前端关节上，关节轴4固定在第一杆件1的后端关节上，套筒11与关节轴4采用间隙配合，套筒左侧开有周向槽，第一杆件1与套筒组成转动副，可以使套筒绕关节轴4转动一定的角度；套筒11右侧开有轴向槽，第二杆件2通过该轴向槽与套筒11组成移动副，可以使第二杆件2沿关节轴4平移一定的距离，关节轴5固定在第二杆件2的后端关节上。

关节轴3、关节轴4、关节轴5互相成一个不为0的空间角。

第一横杆6分别与关节轴3和关节轴4垂直连接，第二横杆7左端与关节轴4组成孔轴间隙配合，并与关节轴4垂直，第二横杆7可以与第二杆件2及关节轴5一同绕关节轴4转动，也可以沿关节轴4轴向移动，第二横杆右端与关节轴5垂直连接。

第一横杆6上有沿轴线方向的轴向导向凸起，导向凸起从最左端向右延伸，至距右端稍大于一个辅助关节轴8宽度的位置，关节辅助轴8与第一横杆6组成间隙配合，可以在导向凸起的导向下沿第一横杆6的轴向运动，当辅助关节轴8运动到最右端时，可以绕第一横杆转动，关节辅助轴8沿导向凸起左右运动时，始终与关节轴3同向。只有当关节辅助轴8滑到最右端时才可以绕第一横杆6转动至与关节轴4同向。