CN107009354A - 用于板块拼接的2sps+rrprr机器人抓取机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于板块拼接的2SPS+RRPRR机器人抓取机构，包括上平台、下平台、三支链，三支链的第一支链及第二支链为2SPS形式，第三支链为RRPRR形式，即由依次相连的第一旋转副、第二旋转副、第二平移副、第四旋转副及第五旋转副组成；上平台及下平台分别位于第一支链及第二支链的两端，上平台、下平台上分别设置有转动连接的串联机械臂，在所述上旋转副、下旋转副上，以及串联机械臂的末端，分别设置有用于拾取板块的末端工具。该机构通过设置RRPRR支链，减小了机构本身的包络，更有利于空间操作的实施。再通过增加串联机械臂，扩大了机构的工作空间，增强了机构操控及监视能力。

Description

用于板块拼接的2SPS+RRPRR机器人抓取机构

技术领域

本发明涉及串并联机构学技术领域，特别涉及一种用于板块拼接的2SPS+RRPRR机器人组装机构。

背景技术

针对地面或空间任务中将大量板块单元拼接为大面积-大跨度的平面、抛物面或其他目标曲面的任务需求，当前一般采用专用工装、机械臂或多臂机器人实现板块的拾取和定位调节。(1)采用专用工装可以实现高精度、高刚度的定位调节，但需要随拼接进程不断重复“移动工装-在新的拼接工位重新定位工装”这一操作，或者将已组装好整体结构重新进行位姿调节以取代工装的移动，上述过程显然会导致拼接效率低，重新定位工装的系统结构复杂。(2)采用特殊设计的机械臂或多臂机器人可以实现机器人本体在不同拼接工位的移动，但由于串联机构的精度、刚度较并联机构差，难以在轻量化设计的前提下同时满足亚毫米级的高精度、高刚度拼接要求。(3)采用现有的多种多样的并联机构(如steward平台，delta机构等)可以实现高精度、高刚度的定位调节，但存在如下弱点：一方面其动平台的运动包络小难以满足大面积板块结构(直径大于3米)的拾取、移动和定位操作，另一方面也不具备在不同板块之间移动行走的功能。

现有的一种用于板块拼接的七自由度一三支链并联对称机构(专利申请号：201510626821.0)，虽然有集移动-定位功能于一体的，可实现高精度-高刚度-高效率板块拼接的执行机构，但该机构存在着机构本身包络较大，机器人工作空间较小的缺点。因此，不能满足地面或空间任务中将大量的板块单元拼接为大面积-大跨度的平面、抛物面或其他目标曲面的任务需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于板块拼接的2SPS+RRPRR机器人抓取机构，以解决现有的板块拼接的执行机构所存在的收拢包络大，灵巧操作空间小等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于板块拼接的2SPS+RRPRR机器人抓取机构，包括上平台、下平台、连接所述上平台及下平台的三支链，

所述三支链包括第一支链、第二支链及第三支链，第三支链的两端分别与并联的第一支链及第二支链的两端相连，其中，第一支链由依次相连的第一球副、平移副、第二球副组成，第二支链的结构与第一支链相同，第三支链由依次相连的第一旋转副、第二旋转副、第二平移副、第四旋转副及第五旋转副组成，其中，第一球副、第二球副结构相同，第一旋转副、第二旋转副、第四旋转副及第五旋转副结构相同；

所述上平台及下平台分别位于第一支链及第二支链的两端，所述上平台及下平台关于所述三支链的中心截面镜像对称，所述上平台的中心法线方向上设有上旋转副，所述下平台的中心法线方向上设有下旋转副；

其中，所述上平台、下平台上分别设置有转动连接的串联机械臂，在所述上旋转副、下旋转副上，以及串联机械臂的末端，分别设置有用于拾取板块、解锁释放、检查监视的末端工具。

较佳地，所述串联机械臂由依次相连的第一转动副、第二转动副、第三平移副和末端工具组成，并通过所述第一转动副与所述上平台或下平台连接。

较佳地，所述平移副与直线电机相连，由直线电机驱动；所述第一旋转副、第五旋转副、第一转动副、第二转动副、上旋转副、下旋转副分别与旋转电机相连，由旋转电机驱动。

较佳地，所述第一支链、第二支链关于上旋转副轴线与下旋转副轴线构成的平面镜像对称。

较佳地，所述上旋转副轴线延长线穿过第二旋转副的中心，下旋转副轴线延长线穿过第四旋转副的中心。

较佳地，设置于所述上旋转副、下旋转副上的末端工具为磁吸式末端工具、负压式末端工具、两指/三指/四指钳夹式末端工具，设置于所述串联机械臂上的末端工具为旋拧、插拔、按压或剪切式末端工具。

本发明在满足要求的同时减小了机构本身的包络，扩大了机构的工作空间，因此本发明的实施就有了现实的应用意义。具体具有以下有益效果：

(1)通过把现有的RRRRR支链改变为RRPRR支链，减小了机构本身的包络，更有利于空间操作的实施。

(2)通过增加连接于上平台和下平台的串联机械臂，扩大了机构的工作空间，增强了机构操控及监视能力。

附图说明

图1为本发明优选实施例提供的2-SPS+RRPRR机器人抓取机构斜视图；

图2为本发明优选实施例提供的2-SPS+RRPRR机器人抓取机构的几何关系示意图。

具体实施方式

为更好地说明本发明，兹以一优选实施例，并配合附图对本发明作详细说明，具体如下：

本实施例提供的用于板块拼接的2SPS+RRPRR机器人抓取机构主要应用于地面或空间任务中将大量板块单元拼接为大面积-大跨度的平面、抛物面或其他目标曲面的任务需求中，为了适应这种大面积-大跨度的拼接需要对该抓取机构进行具体的扩大机构运动包络的结构设置。

如图1所示，该抓取机构包括上平台1、下平台2、以及连接上平台1及下平台2的三支链3。其中，上平台1及下平台2采用2SPS+RRPRR形式的三支链3连接。具体地，三支链包括第一支链31、第二支链32及第三支链33。第一支链31、第二支链32结构相同且并联设置，其均为2SPS支链，第一支链31由依次相连的球副(图1中未示出)、平移副312、球副(图1中未示出)组成，与之结构相同的第二支链32则由依次相连的球副321、平移副322、球副323组成。而第三支链33为RRPRR支链，且第三支链33的两端分别与并联的第一支链31及第二支链32的两端相连，具体地第三支链33由依次相连的第一旋转副331、第二旋转副332、平移副333、第四旋转副334及第五旋转副335组成。其中，球副311、球副313、球副321、球副323为结构相同的同一种类型的球副，平移副312、平移副322、平移副333的结构相同，第一旋转副331、第二旋转副332、第四旋转副334及第五旋转副335结构相同。

再次参见图1，上平台1及下平台2分别位于第一支链31及第二支链32的两端，且上平台1及下平台2关于三支链3的中心截面镜像对称，上平台1的中心法线方向上设有上旋转副11，所述下平台的中心法线方向上设有下旋转副21；上旋转副11及下旋转副21上分别设有用于拾取板块的末端工具12、22。而上平台1、下平台2上还分别设置有转动连接的串联机械臂4及串联机械臂5，串联机械臂4及串联机械臂5，结构相同，且串联机械臂的末端，分别设置有用于拾取板块、解锁释放、检查监视等的末端工具44及末端工具54。

其中，连接于上平台1的串联机械臂4具体由依次相连的转动副41、转动副42、平移副43和末端工具44组成，本实施例中的转动副41与转动副42之间绞接，串联机械臂4通过转动副41与上平台1可转动连接；而连接于下平台2的串联机械臂5由具体由依次相连的转动副51、转动副52、平移副53和末端工具54组成，转动副51与转动副52之间也为绞接，串联机械臂5通过转动副51与下平台2可转动连接。其中，转动副41、转动副42、转动副51、转动副52的结构相同，平移副43、平移副53结构相同，末端工具44、末端工具54结构相同。

本实施例中，末端工具12、22可以设置为磁吸式末端工具、负压式末端工具、两指/三指/四指钳夹式末端工具中的任意一种，或由本领域技术人员根据板块结构及接口特性设置为其他形式的可拾取拼接块的末端工具。而末端工具44及末端工具54可分别或同事根据需要设置为旋拧、插拔、按压或剪切式末端工具中的任意一种，或由本领域技术人员根据板块结构及接口特性设置为其他形式的可拾取拼接块的末端工具。

进一步地如图2所示，本实施例中的上平台1及下平台2的结构相同，上平台1及下平台2分别位于第一支链31及第二支链32的两端，且关于三支链3的中心截面镜像对称，第一支链31、第二支链32关于上旋转副11的轴线与下旋转副21的轴线构成的平面镜像对称。上旋转副11轴线延长线穿过第二旋转副332的中心，下旋转副21轴线延长线穿过第四旋转副334的中心。这种几何关系的设置，可以更好地简化第一支链31及第二支链32所构成的并联机构的逆解算法，便于控制器控制各个部件的转动或平移，以进行板块拼接工作。

该2SPS+RRPRR机器人抓取机构中，平移副312、平移副322、平移副333、平移副43、平移副53与直线电机相连，由直线电机驱动；第一旋转副331、第五旋转副335及串联机械臂的转动副41、转动副42、转动副51、转动副52分别与旋转电机相连，由旋转电机驱动；上旋转副11及下旋转副21也分别与旋转电机相连，由旋转电机驱动。综上所述，该2SPS+RRPRR机器人组装机构有多个自由度，在扩大了机构工作空间的同时，可以灵活、快速地实现位姿的调节。

由于该组装机构的上平台1、下平台2之间具有对称性，其中的三支链3本身也具有对称性，所以上平台1、下平台2之间具有互换性，即上平台1、下平台2均可交替承担定位基座和末端抓手的角色。例如当拼接第N个板块时，上平台1作为静平台通过末端工具12固定在已经拼接完毕的第N-1个板块上，下平台2作为动平台通过末端工具22拾取、移动并定位第N个板块，通过动平台上的串联机械臂5监视拼接过程、展开并调节板块单元；当第N个板块拼接完毕再拼接第N+1个板块时，下平台2便转为静平台继续固定在已经拼接完毕的第N个板块上，上平台1则松开第N-1个板块而转为动平台拾取、移动并定位第N+1个板块……依次循环完成多个板块的拼接。如此上平台1、下平台2依次交替作为静平台和动平台且不断重复，在完成板块单元的拾取、移动和定位的同时实现并联机构本身在不同板块单元之间的移动功能，且整个过程连续高效，而无需借助外部系统。

该2-SPS+RRPRR机器人组装机构，通过并联三支链实现高精度、高刚度的定位调节功能，通过设置串联机械臂扩展了末端工具的可操作及移动的空间，从而实现了在大工作空间内的操控及监视。而第三支链通过增加平移副，进行了简化，有效地减小了机构的运动包络；同时，本发明再通过对上平台、下平台之间的镜射对称设计，在不增加系统复杂性的条件下实现连续、高效的移动功能，可实现高精度-高刚度-高效率的板块单元连续拼接。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对本发明所做的变形或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于板块拼接的2SPS+RRPRR机器人抓取机构，包括上平台、下平台、连接所述上平台及下平台的三支链，其特征在于，

所述三支链包括第一支链、第二支链及第三支链，第三支链的两端分别与并联的第一支链及第二支链的两端相连，其中，第一支链由依次相连的第一球副、平移副、第二球副组成，第二支链的结构与第一支链相同，第三支链由依次相连的第一旋转副、第二旋转副、第二平移副、第四旋转副及第五旋转副组成，其中，第一球副、第二球副结构相同，第一旋转副、第二旋转副、第四旋转副及第五旋转副结构相同；

所述上平台及下平台分别位于第一支链及第二支链的两端，所述上平台及下平台关于所述三支链的中心截面镜像对称，所述上平台的中心法线方向上设有上旋转副，所述下平台的中心法线方向上设有下旋转副；

其中，所述上平台、下平台上分别设置有转动连接的串联机械臂，在所述上旋转副、下旋转副上，以及串联机械臂的末端，分别设置有用于拾取板块、解锁释放、检查监视的末端工具。

2.根据权利要求1所述的用于板块拼接的2SPS+RRPRR机器人抓取机构，其特征在于，所述串联机械臂由依次相连的第一转动副、第二转动副、第三平移副和末端工具组成，并通过所述第一转动副与所述上平台或下平台连接。

3.根据权利要求2所述的用于板块拼接的2SPS+RRPRR机器人抓取机构，其特征在于，所述平移副与直线电机相连，由直线电机驱动；所述第一旋转副、第五旋转副、第一转动副、第二转动副、上旋转副、下旋转副分别与旋转电机相连，由旋转电机驱动。

4.根据权利要求1或2所述的用于板块拼接的2SPS+RRPRR机器人抓取机构，其特征在于，所述第一支链、第二支链关于上旋转副轴线与下旋转副轴线构成的平面镜像对称。

5.根据权利要求1或2所述的用于板块拼接的2SPS+RRPRR机器人抓取机构，其特征在于，所述上旋转副轴线延长线穿过第二旋转副的中心，下旋转副轴线延长线穿过第四旋转副的中心。

6.根据权利要求1或2所述的用于板块拼接的2SPS+RRPRR机器人抓取机构，其特征在于，设置于所述上旋转副、下旋转副上的末端工具为磁吸式末端工具、负压式末端工具、两指/三指/四指钳夹式末端工具，设置于所述串联机械臂上的末端工具为旋拧、插拔、按压或剪切式末端工具。