一種空間坐標(biāo)變換器教具的制作方法
【專利摘要】申請的發(fā)明專利為一種空間坐標(biāo)變換器教具。通過移動桿件伸縮旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)桿件并旋轉(zhuǎn)其手柄，使桿件伸縮旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)末端的終點(diǎn)坐標(biāo)UCS坐標(biāo)系相對于設(shè)定于支撐板上的起點(diǎn)坐標(biāo)WCS坐標(biāo)系進(jìn)行變換，測量變換之后的位移值和角度值，并把這些數(shù)據(jù)帶入坐標(biāo)變換矩陣計算即能驗算模擬的正確性，從而直觀地理解空間坐標(biāo)變換的基本原理。
【專利說明】一種空間坐標(biāo)變換器教具
(-)所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及一種空間坐標(biāo)變換器教具的研究與設(shè)計，屬于課堂用教具與實驗設(shè)備。
(二)技術(shù)背景
[0002]本發(fā)明是以數(shù)學(xué)中的空間坐標(biāo)變換為理論基礎(chǔ)來進(jìn)行設(shè)計的。教師在大學(xué)機(jī)械類專業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)、CAD/CAM原理及應(yīng)用等課程中講解空間坐標(biāo)變換的時候，都是在一個平面上畫出空間的三維坐標(biāo)并一步一步的推導(dǎo)來進(jìn)行講解的，這種方式對學(xué)生的空間想象力有較高的要求，多數(shù)學(xué)生不能直觀的理解其變換原理，在學(xué)習(xí)這一部分內(nèi)容的時候都覺得很困難。為了解決這個問題，發(fā)明人設(shè)計了一種空間坐標(biāo)變換器教具，讓學(xué)生能直觀的看出坐標(biāo)變換過程中的各個步驟，并驗證空間坐標(biāo)變換的理論公式，更好地理解空間坐標(biāo)變換的基本原理。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明主要包括框架機(jī)構(gòu)、桿件伸縮旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、坐標(biāo)測量系統(tǒng)組成，其具體結(jié)構(gòu)如附圖1、圖2、圖3所示。
[0004]1.框架機(jī)構(gòu)
[0005]框架機(jī)構(gòu)由支撐底板(I)、支撐板(2 )、支撐板(3 )、滑槽軌道(4 )組成，是空間坐標(biāo)變換器的支撐固定部分，也是其他結(jié)構(gòu)的安裝基體。
[0006](I)支撐底板
[0007]支撐底板作為整體構(gòu)架的支撐，在其上裝有支撐板、滑槽軌道和標(biāo)尺；支撐底板開有滑槽用作位移刻度標(biāo)尺的移動導(dǎo)軌。
[0008](2)支撐板
[0009]支撐板有兩個，固定在支撐底板上，并相互垂直；支撐板上同樣開有滑槽用作位移刻度標(biāo)尺的移動導(dǎo)軌。
[0010](3)滑槽軌道
[0011]滑槽軌道有三根，安裝在支撐板上，用于桿件伸縮旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的滑塊移動導(dǎo)向。
[0012]2.桿件伸縮旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
[0013]桿件伸縮旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是實現(xiàn)空間坐標(biāo)變換原理的主要結(jié)構(gòu)，包括第一對桿(5)、第二對桿(6)、第三對桿(7)、滑塊(8)、三個相同的旋轉(zhuǎn)手柄(9)。
[0014]整個桿件伸縮旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過滑塊連接在滑槽軌道上；每一對桿件既可以相互平移又可以通過轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)手柄實現(xiàn)相互旋轉(zhuǎn)，第一對桿件和滑塊還可以相互旋轉(zhuǎn)，通過這些運(yùn)動可以把終點(diǎn)坐標(biāo)系從起點(diǎn)坐標(biāo)變換到空間任意位置。
[0015]3.坐標(biāo)測量系統(tǒng)
[0016]坐標(biāo)測量系統(tǒng)包括三把相同的位移刻度標(biāo)尺(10)、三個相同的角度測量儀(11)、起點(diǎn)坐標(biāo)WCS坐標(biāo)系(12)、終點(diǎn)坐標(biāo)UCS坐標(biāo)系(13)，用于測量坐標(biāo)終點(diǎn)坐標(biāo)UCS坐標(biāo)系相對于起點(diǎn)坐標(biāo)WCS坐標(biāo)系變換的位移和旋轉(zhuǎn)角度。
[0017]起點(diǎn)坐標(biāo)WCS坐標(biāo)系安裝于支撐板上滑槽軌道的起點(diǎn)，終點(diǎn)坐標(biāo)UCS坐標(biāo)系安裝于第三對桿的末端。每對桿件首端裝有由一個角度刻度盤(14)和指針(15)組成的角度測量儀，用來測量在變換過程中終點(diǎn)坐標(biāo)系分別繞X、1、z軸的角度。
[0018]當(dāng)桿件伸縮旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)變換過后，我們要知道坐標(biāo)終點(diǎn)坐標(biāo)UCS坐標(biāo)系相對于起點(diǎn)坐標(biāo)WCS坐標(biāo)系變換的位移和旋轉(zhuǎn)角度，只需讀取終點(diǎn)坐標(biāo)投影到三根標(biāo)尺上的刻度值作為其位移值，讀取三個角度測量儀指針偏轉(zhuǎn)角度作為其角度值。將值代入下述公式即可以驗證空間坐標(biāo)變換的基本原理。
[0019]bP=R (X，Θ J R (y, Θ y) R (ζ, θ Ζ) (_Α~Β) TaP
[0020]其中:
[0021]Θχ, 0y, θζ分別表示繞前一個坐標(biāo)系的χ、y、ζ軸旋轉(zhuǎn)的角度；(_Α~Β)Τ表示從{B}到{Α}的齊次平移矩陣。
(四)【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1:空間坐標(biāo)變換器結(jié)構(gòu)展示圖；圖2:桿件伸縮旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的組成；圖3:角度測量儀的結(jié)構(gòu)。
[0023]圖中1.支撐底板，2.支撐板，3.支撐板，4.滑槽軌道，5.第一對桿，6.第二對桿，
7.第三對桿，8.滑塊，9.旋轉(zhuǎn)手柄，10.位移刻度標(biāo)尺，11.角度測量儀，12.起點(diǎn)坐標(biāo)WCS坐標(biāo)系，13.終點(diǎn)坐標(biāo)UCS坐標(biāo)系，14.角度刻度盤，15.指針。
(五)【具體實施方式】
[0024]I)把桿件伸縮旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)各桿件及手柄移動到初始位置，使起點(diǎn)坐標(biāo)WCS坐標(biāo)系和終點(diǎn)坐標(biāo)UCS坐標(biāo)系保持相同位姿；
[0025]2)移動三對桿、轉(zhuǎn)動三個旋轉(zhuǎn)手柄至任意位置，擰緊各桿和角度測量儀；
[0026]3)讀取終點(diǎn)坐標(biāo)投影到三根標(biāo)尺上的刻度值作為其位移值，讀取三個角度測量儀指針偏轉(zhuǎn)角度作為其角度值；
[0027]4)把各數(shù)據(jù)代入公式進(jìn)行計算；
[0028]5)對比計算結(jié)果與測量值，進(jìn)行理論分析。
【權(quán)利要求】
1.一種空間坐標(biāo)變換器教具，其特征在于:所述的空間坐標(biāo)變換器包括框架機(jī)構(gòu)、桿件伸縮旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、坐標(biāo)測量系統(tǒng)；在框架滑槽軌道上依次移動及旋轉(zhuǎn)桿件伸縮旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相應(yīng)部件后，可以測量變換后的終點(diǎn)坐標(biāo)系位移和角度坐標(biāo)，代入公式即可驗證空間坐標(biāo)變換的基本原理。
2.如權(quán)利要求1所述的框架機(jī)構(gòu)，其特征在于:由支撐底板(I)、支撐板(2)、支撐板(3)、滑槽軌道(4)組成。
3.如權(quán)利要求1所述的桿件伸縮旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其特征在于:由第一對桿(5)、第二對桿(6)、第三對桿(7)、滑塊(8)、三個相同的旋轉(zhuǎn)手柄(9)組成。
4.如權(quán)利要求1所述的坐標(biāo)測量系統(tǒng)，其特征在于:由三把相同的位移刻度標(biāo)尺(10)、三個相同的角度測量儀(11 )、起點(diǎn)坐標(biāo)WCS坐標(biāo)系(12 )、終點(diǎn)坐標(biāo)UCS坐標(biāo)系(13 )組成。
5.如權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)手柄，其特征在于:表面裝有角度刻度盤。
6.如權(quán)利要求4所述的角度測量儀，其特征在于:由一個角度刻度盤(14)和指針(15)組成。
【文檔編號】G09B23/02GK103996327SQ201410116421
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年3月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月23日
【發(fā)明者】胡波, 方榮慶, 羅兆飛, 楊悅, 嚴(yán)亞鵬, 石偉, 楊健, 夏巧, 安建兵 申請人:成都理工大學(xué), 胡波, 方榮慶