[发明专利]连杆参数表达直观的基于D-H参数法的机器人运动学教具

摘要

本发明公开了一种连杆参数表达直观的基于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。

主权项

1.一种连杆参数表达直观的基于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(12)和下底板(11)用四颗内六角螺钉结合在一起；在下底板(11)的中心部位有加工好的矩形凹槽，定心轴承(51)放于所述矩形凹槽之中，用于第一连杆(41)的定位；第一步进电机(31)通过其轴端小齿轮(311)与齿轮(61)啮合带动第一连杆(41)旋转，其中第一步进电机通过加工的凹槽(121)定位在上底板(12)上，所述凹槽中有四个孔，供螺钉通过，并将第一步进电机固连在上底板(12)上；第一连杆机构包括第一连杆(41)，第一连杆(41)通过直角连接件(71)与大空心连杆(421)连接，大空心连杆(421)通过锥形拧紧件(4211)与小空心连杆(422)连接；第一步进电机(31)作为动力源，使第一连杆(41)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(4211)，使小空心连杆(422)的移动，改变大空心连杆和小空心连杆构成的连杆长度a₁，长度由a₁变化到a₁+Δa；第二连杆机构包括方形杆套(72)，方形杆套(72)与小空心连杆(422)端部螺纹连接，方形杆套(72)中有圆孔，第二连杆(431)可以在方形杆套(72)圆孔中上下移动，通过方形杆套外围的紧定螺钉(721)使第二连杆(431)固定；第二连杆(431)在方形杆套(72)中的上下移动，实现公垂线偏置d₂的可调，公垂线偏置由d₂变化到d₂+Δd；固定有第二步进电机(32)的角铝(101)通过配合的圆孔放置在连杆(431)的端部，第二连杆(431)端部有螺纹，将法兰(91)拧紧在第二连杆(431)上；直线轴承(52)在带夹紧装置的轴承支座(81)中，法兰(91)与轴承支座(81)和角铝(101)作为一个整体由两颗尼龙螺栓(22)紧固在一起；直线轴承(52)内有轴(432)，轴(432)上有齿轮(62)与第二步进电机(32)上的齿轮啮合为第二连杆机构提供动力源，轴(432)又通过连接件(73)与第三连杆(44)连接；通过松动锥形拧紧件(4211)，转动小空心连杆(422)，使得第二连杆(431)发生扭转，实现连杆扭角α₁的变化；由轴(432)上有齿轮(62)与第二步进电机(32)上的齿轮啮合为第二连杆机构提供动力源，所以第三连杆(44)可以绕轴(432)的轴线转动，转角为θ₂；将α₁置为0，此时机器人可在X₀轴、Y₀轴及其原点组成的X₀OY₀的平面或与之相平行的平面内运动，此刻该机器人可视为一平面机器人，具有两个转动自由度，根据逆运动学的求解方法，可得：Ta表示机器人末端需要到达的目标点，在X₀OY₀平面内的坐标为(x,y)，大空心连杆、小空心连杆构成的连杆长度为a₁；连接件与第三连杆构成的连杆长度为a₂；实现时，在目标点Ta处，通过超声波传感器向两边的测距壁测距，得x_b,y_b，再根据测距壁本身与X₀OY₀平面的坐标轴距离x_a,y_a,换算得到目标点Ta在X₀OY₀的平面内的坐标(x,y)；根据该坐标值，算得θ₁与θ₂，然后将这些角度值换算成相应的脉冲量，由单片机程序控制二个步进电机分别转动θ₁与θ₂；第一步进电机31、第二步进电机32由控制系统控制；所述控制系统包括进行测距的超声波传感器，超声波传感器将测距数据传递给主控芯片，主控芯片将测距数据换算为步进电机脉冲，第一步进电机、第二电机按脉冲转动。