d。手臂能自动定位空间位置

通过对机械臂总体任务需求和功能分析，该机械臂是针对某一三维扫描仪所设计的，因此在设计机械臂之前，应确定好三维扫描仪的型号。机械臂悬挂于天花板且能360度旋转，只需将基座与天花板通过螺栓固定，基座内部安置一个旋转电机驱动主体即能达到要求。手臂能自动定位空间位置可通过合理的控制策略完成。

2。1。2 三维扫描仪的选型

三维扫描仪是针对三维信息领域的发展而研制开发的计算机输入信息的前端设备[6]。

本设计采用了基于微软Kinect的一款三维扫描仪，外观如图2-1所示，该产品的参数如图2-2。

图2-1  三维扫描仪 

Kinect 是美国微软公司于2010年推出的一款主要为游戏服务的体感外设的名称。

Kinect的主要特点有：

1)通过红外精确定位

Kinect通过发射红外线来辨别扫描物体的运动并通过反射回来的红外线对整个房间进行立体定位。在软件程序的帮助下，最多两个物体能够被同时实时追踪，不但减少了重复动作，还缩短了扫描时间。

2)多项额外功能

Kinect还内置了麦克风。所以，用户可以通过语音功能来操作Kinect。完整的RGB色彩可以被它的面部识别技术辨认出来，而不仅仅只有红外线。

3)拥有独立封闭的界面论文网

用户必须在安装结束后使用Kinect独立的菜单系统才能对设备进行操作，虽然封闭性略强，但是它的界面设计的非常简单，用户使用没有任何难度。

图2-2  产品参数图

2。2 机械臂的总体方案设计

2。2。1 整体结构

机械臂的整体结构如图2-3。

主体尺寸确定：

设计要求扫描高度2M，扫描包络直径不小于600mm，则关节臂的伸长总长L为:

L≥mm=2022。37mm 

取伸长总长L为2200mm。

2。2。2 工作原理

通过多自由度关节臂机构的驱动，完成扫描时的升降、旋转等一系列运动。并通过控制系统控制各关节运动坐标的驱动电机，使各臂杆端点按设计要求的轨迹、速度和加速度运动，并通过协调各臂杆的运动，或使末端执行件按指定的路径运动，或到达指定的空间位置，从而使扫面工作顺利完成。

图2-3  整体结构示意图

2。3 机械臂机构方案设计说明

图2-4  关节臂自由度示意图

2。3。1 关节臂自由度

如图2-4所示，关节臂具有6自由度，工作时包络面可保证扫描顺利完成。由于副臂Ｉ与主臂成近90度角，因此主臂旋转可包络人体圆柱面；副臂IV可旋转，可以保证人物整体扫描。

2。3。2 数据采集

由于采用关节臂方式扫描成像，解决了数据采集线缠绕问题。将数据线延墙体布置延长至数据采集PC上即可。可以将采集线分布在机械臂内部，也可以通过其它固定方式将线固定在机械臂外壳上。

2。3。3 关节臂使用说明

采用关节臂方式，占地面积较小。关节臂倒置安装在天花板上，不使用时可向上收拢。占用空间也比较小。扫描时按照被测对象身高、体重将关节臂调整至固定位置，通过控制按钮操作扫描成像过程。

第三章 机械臂结构设计

3。1 机械臂的功能结构设计

3。1。1 机械臂设计应注意的问题

3。1。1。1  基座的设计原则

1)基座要有足够的内部空间来放置驱动电机，与主臂的安装基面的尺寸要保证机械臂在工作时的稳定性。

2)机械臂末端的运动精度受基座和主臂的影响最大，因此要保证基座和主臂传动系统要有足够的刚度和强度，减少冲击和振动。