CN104766530A - 一种基于型材搭建的开放式机器人训练平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于型材搭建的开放式机器人训练平台，属于教育机器人技术领域。该训练平台包括机架、驱动装置安装座、上转台、下转台、第一驱动装置、第二驱动装置、第一支链、第二支链、末端执行机构以及工作平台；机架由直线铝型材杆件搭建构成，第一支链由上转台、第一主动臂及第一从动臂组成，第二支链由下转台、第二主动臂及第二从动臂组成，末端执行机构包括执行支架杆及执行末端安装板。本发明所提供的训练平台是非常典型的机电一体化***，融合了机械、电子、计算机软硬件、控制、人工智能和造型技术等先进技术，该平台符合教学使用的相关需求，能够完成轨迹规划、书写、抓取等自主功能，具有良好的性价比、开放性和可扩展性，同时可以根据需要方便地增、减功能模块进行创新。

Description

一种基于型材搭建的开放式机器人训练平台

技术领域：

本发明属于教育机器人技术领域，具体涉及一种基于型材搭建的开放式机器人训练平台。

背景技术：

我国在教育机器人的开发和应用方面基础薄弱，相对发达国家有很大的差距。而近几年来随着扩招政策在各大高校的不断开展，我国高等教育也开始进人了一个“快车道”的发展时期。但是在高校学生数量的不断增加的同时，也暴露出我国高校在学生培养上的种种弊端，其中实践能力和创造力的缺乏已经成为我国高校学生的主要缺点。如何来提高我国大学生尤其是占总数近40％的工科学生的竞争力是一个非常值得我们探讨的问题。在我国传统的实验教学模式落后，验证性试验多，设计性、创新性实验少；在实验教学过程中，学生仅仅是被动接受教师安排，完成规定程序的实验任务，其学***台结构复杂，动作单一，危险性高，不利于学生的实践和搭建，限制了学生动手能力的锻炼。

发明内容：

本发明的目的正是为了克服现有技术的上述不足，提供一种基于型材搭建的开放式机器人训练平台，该教育训练平台属于教育机器人领域。本教育训练平台可以成为技术课程和综合实践课程的良好载体，并且其活动知识覆盖面广、能力锻炼多样、动手体验丰富。

本发明所提供的一种基于型材搭建的开放式机器人训练平台包括机架、第一驱动装置1、第二驱动装置6、第一支链、第二支链、末端执行机构以及工作平台16。

机架包括直线型材杆件7、型材连接角件9、型材直线连接件8以及驱动装置安装座。

第一支链包括上转台3、第一主动臂10以及第一从动臂11，所述上转台3中心安装孔通过键连接方式与所述第一驱动装置1上的减速机配合连接，所述第一主动臂10与所述上转台3通过螺栓固定连接，所述第一主动臂10直线安装方向通过所述上转台3的中心，所述第一从动臂11与第一主动臂10通过转动铰链连接。

所述第二支链包括下转台4、第二主动臂14以及第二从动臂15，所述下转台4中心安装孔通过键连接方式与所述第二驱动装置6上的减速机配合连接，所述第二主动臂14与所述下转台4通过螺栓固定连接，所述第二主动臂14直线安装方向通过所述下转台4的中心，所述第二从动臂15与第二主动臂14通过转动铰链连接；所述第一从动臂11末端与所述第二从动臂15末端通过转动铰链连接，所述第一支链与第二支链通过转动副连接形成平行四边形结构。通过驱动装置驱动第一主动臂10和第二主动臂14可以控制末端执行器的路径。

所述末端执行机构包括执行支架杆12以及执行末端安装板13，所述执行支架杆12通过螺栓竖直固定安装在所述第二从动臂15的末端面，所述执行末端安装板13通过螺栓固定安装在所述执行支架杆12上；所述工作平台16水平安装在所述直线型材杆件7上。

所述机架由一个水平方向的“日”字形框和两个竖直方向的“日”字形框组成，其中一个“日”字形框水平摆放在地面作为地脚，另外两个“日”字形框通过所述型材连接角件9与所述型材直线连接件8竖直固定安装在水平形框的左端面一侧，竖直的两个“日”字形框相互平行，安装距离100毫米，所述驱动装置安装座通过螺栓水平固定安装在竖直平行的两个“日”字形框上，形成完整的机架结构。

第一驱动装置1以及所述第二驱动装置6采用伺服电机－减速器结构。

本发明所提供的训练平台，其中大部分材料采用型材杆件，搭建安装过程简单轻便。简化了并联机械手机构，同时较好地保持了机构的惯性小，高速度高加速度，高定位精度和重复定位精度的特点。

本发明把两个伺服电机输出的动力汇合到主动臂上，通过交汇的两个从动臂将动力传递到末端执行器上，同时起到结构约束的作用。两条支链交汇形成平行四边形结构，使得末端执行器有明确的运动规律和定位精度。

本发明具有以下技术特点：

(1)本发明的末端执行器的两自由度平动由不同的伺服电机驱动，另一自由度由伺服电机或气动驱动；

(2)本发明将二个动力源通过二个传动支链输送到末端执行器上；

(3)本发明的末端执行器由驱动装置带动转台和主动臂驱动，从动臂配合主动臂限制执行器的运动轨迹；保证末端执行器有明确的运动轨迹和位置精度，并且使得本发明结构简单、惯性小。

(4)本发明采用开放式金属结构设计，***结构紧凑、模块化，便于拓展、稳定性好，重量轻、保证机械手臂的速度和快速启停。

(5)本发明的机械本体采用国家标准铝型材，可以进行各项扩展应用，是进行机电及控制制作和进行教育创新扩展的平台。

附图说明：

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明机构中机架的结构示意图；

图3是本发明机构中第一支链与第二支链的结构示意图。

图4是本发明机构中第一主动和第二支链的俯视结构示意图；

图5是本发明机构中工作平台的结构示意图。

图中：1:第一驱动装置；2:上驱动装置安装座；3:上转台；4:下转台；5:下驱动装置安装座；6:第二驱动装置；7:直线型材杆件；8:型材直线连接件；9:型材连接角件；10:第一主动臂；11:第一从动臂；12:执行支架杆；13:执行末端安装板；14:第二主动臂；15:第二从动臂；16:工作平台。

具体实施方式：

本发明所提供的一种基于型材搭建的开放式机器人训练平台包括第一驱动装置1、上驱动装置安装座2、上转台3、下转台4、下驱动装置安装座5、第二驱动装置6、直线型材杆件7、型材直线连接件8、型材连接角件9、第一主动臂10、第一从动臂11、执行支架杆12、执行末端安装板13、第二主动臂14、第二从动臂15以及工作平台16。所述上转台3、第一主动臂10和第一从动臂11共同构成第一支链；所述下转台4、第二主动臂14、第二从动臂15共同构成第二支链；所述执行支架杆12和执行末端安装板13共同构成末端执行装置；其中驱动装置包括第一驱动装置1、第二驱动装置6和末端执行器，可根据实验目的在执行末端安装板上安装伺服电机或气动驱动装置；所述第一支链和所述第二支链相互作用驱动着执行末端安装板13平动。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，所述直线型材杆件7、型材直线连接件8、型材连接角件9连接构成的机架水平放置，两个驱动装置安装座均水平安装在机架上，上下对称同心布置在机架上。第一驱动装置1垂直安装在上驱动装置安装座2，第二驱动装置6垂直安装座在下驱动装置安装座5，保证伺服电机和减速机能够对称布置在机架上。第一驱动装置1驱动上转台3，上转台3驱动第一主动臂10；第二驱动装置6驱动下转台4，下转台4驱动第二主动臂14。所述的第一主动臂10和第二主动臂14分别给第一从动臂11和第二从动臂15提供转动动力，第一从动臂11和第二从动臂15形成力的交汇，传递给执行末端安装板13。如图5所示，工作平台16安装在四根直线型材杆件7上，这四根杆件垂直安装在机架上，工作平台16与工作手臂安装在机架同侧。工作平台16表面含有各种形状沉孔，适用于末端执行器执行不同的动作，包括毛笔字书写、圆片拾取以及轨迹规划等。

如图1、图3、图4所示，所述第一支链、第二支链分别通过转动铰链相互连接。所述的第一主动臂10、第一从动臂11、第二主动臂14上的两个安装孔距离均相等，第二从动臂15上靠近第二主动臂14方向的两个安装孔距离与第二主动臂14的两个安装孔长度相同，如图4所示，上转台3与第一主动臂10的同心安装点标记为M(同时为下转台4与第二主动臂14的同心安装点)，第一主动臂10与第一从动臂11的转动铰链安装中心点标记为Q，第二主动臂14与第二从动臂15的转动铰链安装中心点标记为P，第一从动臂11与第二从动臂15的转动铰链安装中心点标记为N，由于安装孔距离相等，MPNQ构成一个平行四边形，其中M点固定，通过MP和MQ的转动，N点在平面内做二自由度运动。

如图1、图2、图5所示，所述的机架和工作平台16的搭建由直线型材杆件7搭建而成，直线型材杆件7的连接由型材直线连接件8和型材连接角件9固定。其中两根直线型材杆件7的同平面连接由型材直线连接件8固定，两根直线型材杆件7的垂直平面连接由型材连接角件9固定。

如图3、图4所示，执行末端安装板13安装末端执行器，为整个手臂末端提供一个垂直自由度，一般由气动驱动气缸完成。当然，在具体实施时，采用其它任意一种可实现相同运动功能的结构形式作为驱动方式都是可以的。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施实例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于型材搭建的开放式机器人训练平台，其特征在于该训练平台包括机架、第一驱动装置(1)、第二驱动装置(6)、第一支链、第二支链、末端执行机构以及工作平台(16)；所述机架包括直线型材杆件(7)、型材连接角件(9)、型材直线连接件(8)以及驱动装置安装座；所述第一支链包括上转台(3)、第一主动臂(10)以及第一从动臂(11)，所述上转台(3)中心安装孔通过键连接方式与所述第一驱动装置(1)上的减速机配合连接，所述第一主动臂(10)与所述上转台(3)通过螺栓固定连接，所述第一主动臂(10)直线安装方向通过所述上转台(3)的中心，所述第一从动臂(11)与第一主动臂(10)通过转动铰链连接；所述第二支链包括下转台(4)、第二主动臂(14)以及第二从动臂(15)，所述下转台(4)中心安装孔通过键连接方式与所述第二驱动装置(6)上的减速机配合连接，所述第二主动臂(14)与所述下转台(4)通过螺栓固定连接，所述第二主动臂(14)直线安装方向通过所述下转台(4)的中心，所述第二从动臂(15)与第二主动臂(14)通过转动铰链连接；所述第一从动臂(11)末端与所述第二从动臂(15)末端通过转动铰链连接，所述第一支链与第二支链通过转动副连接形成平行四边形结构；所述末端执行机构包括执行支架杆(12)以及执行末端安装板(13)，所述执行支架杆(12)通过螺栓竖直固定安装在所述第二从动臂(15)的末端面，所述执行末端安装板(13)通过螺栓固定安装在所述执行支架杆(12)上；所述工作平台(16)水平安装在所述直线型材杆件(7)上。

2.根据权利要求1所述一种基于型材搭建的开放式机器人训练平台，其特征在于所述机架由一个水平方向的“日”字形框和两个竖直方向的“日”字形框组成，其中一个“日”字形框水平摆放在地面作为地脚，另外两个“日”字形框通过所述型材连接角件(9)与所述型材直线连接件(8)竖直固定安装在水平形框的左端面一侧，竖直的两个“日”字形框相互平行，安装距离100毫米，所述驱动装置安装座通过螺栓水平固定安装在竖直平行的两个“日”字形框上，形成完整的机架结构。

3.根据权利要求1所述一种基于型材搭建的开放式机器人训练平台，其特征在于所述第一驱动装置(1)以及所述第二驱动装置(6)采用伺服电机－减速器结构。