一种机器人运动学正解机构

摘要

本发明涉及一种机器人运动学正解机构，用于测量机器人运动学正解结果的末端空间位置。包括安装框架，X轴移动组件、Y轴移动组件、Z轴移动组件及各轴相对应的位移测量装置；所述X轴移动组件、Y轴移动组件、Z轴移动组件通过直线轴承连接相互垂直安装，构成标准笛卡尔坐标系；所述位移测量装置分别装在X、Y、Z三轴上，用于测量三轴所移动的距离，并能得出运动时间和运动速度；机构末端通过机器人连接块与机器人末端执行器连接。通过机构外接数据处理显示设备，得出机器人的运动学实时正解空间位置和其他运动参数。本发明精度高、结构简单、操作方便。适用于机器人教学课程，能直观得出机器人的正解结果。

说明书

技术领域

本发明公开了一种机器人运动学正解机构，涉及机器人运动学正解机构领域。

背景技术

操作臂运动学研究一直是机器人研究的重点和难点，其主要研究机器人各手臂各连杆间的位移关系、速度关系和加速度关系。机器人操作臂可以看作为一个开式运动链，由一系列连杆通过转动或移动关节串联而成。

运动学研究涉及正解和逆解，运动学正解是已知结构参数，及各个关节变量的值，从而计算末端执行器的位置和姿态，以及在知道机器人各个关节的变量值时，我们可以明确末端执行器的状态。

若有一个机构，当输入串联每个关节驱动值，能直接得出其末端执行器的位置，即机器人正解，使得机器人运动学解释变得可视化，能实时反映机器人的运动末端的参数，便于进行下一步的分析和验证。该机构能更好地适用于教学和实验研究。

发明内容

本发明弥补机器人研究领域的空缺，提供一种机器人运动学正解机构，精度高、结构简单、操作方便。适用于机器人教学课程及实验分析，能直接得出机器人末端的位置和速度等运动参数，补充了现有研究上的空缺。

本发明采用的技术方案如下：

一种机器人运动学正解机构，包括安装框架，X轴移动组件、Y轴移动组件、Z轴移动组件及各轴相对应的位移测量装置；所述X轴移动组件、Y轴移动组件、Z轴移动组件通过直线轴承连接相互垂直安装，构成标准笛卡尔坐标系；所述位移测量装置分别装在X、Y、Z三轴上，用于测量三轴所移动的距离，并能得出运动时间和运动速度；机构末端通过机器人连接块与机器人末端执行器连接。

所述的X轴移动组件由两根相互平行的X轴导轨，四个X轴导轨固定块，两个X轴滑块、以及直线轴承组成；所述四个X轴导轨固定块分别固定在安装框架的四个角上，两根X轴导轨两端固定在X轴导轨固定块上；所述直线轴承安装于X轴滑块内，并套在X轴导轨上；位移测量装置中的磁条固定座固定在安装框架内侧，磁性传感器通过传感器安装块上固定在X轴滑块上。

所述的Y轴移动组件由两根相互平行的Y轴导轨，Y轴滑块、直线轴承组成；所述两根Y轴导轨的两端固定在X轴滑块上，直线轴承安装于Y轴滑块内，并套在两根Y轴导轨上，位移测量装置中的磁条固定座两端固定在X轴滑块之间，磁性传感器通过传感器安装块上固定在Y轴滑块上。

所述的Z轴移动组件由两根相互平行的Z轴导轨、Z轴滑块、直线轴承组成，四个直线轴承安装于Z轴滑块内，并套在两根Z轴导轨上，两根Z轴导轨上下两端分别装有两个导轨固定块，所述Z轴滑块与Y轴滑块通过一块过渡板固定连接；位移测量装置中磁条固定座固定在过渡板的一侧，磁性传感器通过传感器安装块固定在上端的导轨固定块上；所述Y轴滑块下端装有一个平衡吊，平衡吊的吊环固定在T型连接块上，所述T型连接块固定在下端的导轨固定块上，下端的导轨固定块与机器人连接块连接。

所述位移测量装置均由磁性传感器、磁条、不锈钢覆盖条、磁条固定座、传感器安装块组成；所述磁条一面黏贴在磁条固定座的凹槽内，另一面贴有不锈钢覆盖条；磁性传感器安装在传感器安装块上；各轴移动组件上的位移测量装置结构相同仅长度有差别。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明用于测量机器人运动学正解结果的末端空间位置。通过X、Y、Z三轴移动装置以及三轴相对应的位移测量装置，相互垂直安装，构成标准笛卡尔坐标系。将Z轴末端与机器人末端相连，当机器人末端发生位置改变时，三轴机构随之移动，同时测出所移动的距离。得出机器人运动学的实时正解空间位置和其他运动参数。本发明精度高、结构简单、操作方便。适用于机器人教学课程和实验研究等，直观得出机器人的正解结果，便于下一步的分析验证。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的X轴移动组件结构示意图。

图3为本发明的X轴移动组件结构正视图。

图4为本发明的Y轴移动组件示意图。

图5为本发明的Z轴移动组件示意图。

图6为本发明的Z轴移动组件正视图。

图7为本发明的位移测量装置示意图。

图8为本发明的磁条安装示意图。

图9为本发明的一种具体使用方式结构示意图。

图10为本发明的一种具体使用方式主视图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施例做进一步的说明。

如图1所示，一种机器人运动学正解机构，包括安装框架1，X轴移动组件2、Y轴移动组件3、Z轴移动组件4及各轴相对应的位移测量装置5；所述X轴移动组件2、Y轴移动组件3、Z轴移动组件4通过直线轴承连接相互垂直安装，构成标准笛卡尔坐标系；所述位移测量装置5分别装在X、Y、Z三轴上，用于测量三轴所移动的距离，并能得出运动时间和运动速度；机构末端通过机器人连接块46与机器人末端执行器连接。

如图2和图3所示，所述的X轴移动组件2由两根相互平行的X轴导轨22，四个X轴导轨固定块21，两个X轴滑块24、以及直线轴承23组成；所述四个X轴导轨固定块21分别固定在安装框架1的四个角上，两根X轴导轨22两端固定在X轴导轨固定块21上；所述直线轴承23安装于X轴滑块24内，并套在X轴导轨22上；位移测量装置5中的磁条固定座54固定在安装框架1内侧，磁性传感器51通过传感器安装块55上固定在X轴滑块24上。

如图4所示，所述的Y轴移动组件3由两根相互平行的Y轴导轨31，Y轴滑块32、直线轴承33组成；所述两根Y轴导轨31的两端固定在X轴滑块24上，直线轴承33安装于Y轴滑块32内，并套在两根Y轴导轨31上，位移测量装置5中的磁条固定座54两端固定在X轴滑块24之间，磁性传感器51通过传感器安装块55上固定在Y轴滑块32上。

如图5和图6所示，所述的Z轴移动组件4由两根相互平行的Z轴导轨43、Z轴滑块45、直线轴承44组成，四个直线轴承44安装于Z轴滑块45内，并套在两根Z轴导轨43上，两根Z轴导轨43上下两端分别装有两个导轨固定块42，所述Z轴滑块45与Y轴滑块32通过一块过渡板41固定连接；位移测量装置5中磁条固定座54固定在过渡板41的一侧，磁性传感器51通过传感器安装块55固定在上端的导轨固定块42上；所述Y轴滑块32下端装有一个平衡吊47，平衡吊47的吊环固定在T型连接块48上，所述T型连接块48固定在下端的导轨固定块42上，下端的导轨固定块42与机器人连接块46连接。

如图7和图8所示，所述位移测量装置5均由磁性传感器51、磁条52、不锈钢覆盖条53、磁条固定座54、传感器安装块55组成；所述磁条52一面黏贴在磁条固定座54的凹槽内，另一面贴有不锈钢覆盖条53；磁性传感器51安装在传感器安装块55上；各轴移动组件上的位移测量装置5结构相同仅长度有差别。

本实施例装置的操作过程如下：

图9和图10为本发明机构的一种具体使用方式结构示意图和正视图，通过机器人连接块46将机器人运动学正解机构的Z轴移动组件4末端与SCARA机器人末端固定连接。当给SCARA机器人的四个关节电机输入一定的参数后，机器人末端位置发生变化，同时正解机构三轴发生相应的移动。在三轴上的磁性传感器51扫过磁条52，记录相应的位置变化数据，由外界的数据处理显示设备即可得出机器人末端实时的位置数据，及机器人的正解结果。本发明精度高、结构简单、操作方便。适用于机器人教学课程，能直观得出机器人的正解结果。