本發(fā)明涉及串并聯(lián)機(jī)構(gòu)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于板塊拼接的2sps+rrprr機(jī)器人組裝機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

針對(duì)地面或空間任務(wù)中將大量板塊單元拼接為大面積-大跨度的平面、拋物面或其他目標(biāo)曲面的任務(wù)需求，當(dāng)前一般采用專用工裝、機(jī)械臂或多臂機(jī)器人實(shí)現(xiàn)板塊的拾取和定位調(diào)節(jié)。(1)采用專用工裝可以實(shí)現(xiàn)高精度、高剛度的定位調(diào)節(jié)，但需要隨拼接進(jìn)程不斷重復(fù)“移動(dòng)工裝-在新的拼接工位重新定位工裝”這一操作，或者將已組裝好整體結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行位姿調(diào)節(jié)以取代工裝的移動(dòng)，上述過(guò)程顯然會(huì)導(dǎo)致拼接效率低，重新定位工裝的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。(2)采用特殊設(shè)計(jì)的機(jī)械臂或多臂機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體在不同拼接工位的移動(dòng)，但由于串聯(lián)機(jī)構(gòu)的精度、剛度較并聯(lián)機(jī)構(gòu)差，難以在輕量化設(shè)計(jì)的前提下同時(shí)滿足亞毫米級(jí)的高精度、高剛度拼接要求。(3)采用現(xiàn)有的多種多樣的并聯(lián)機(jī)構(gòu)(如steward平臺(tái)，delta機(jī)構(gòu)等)可以實(shí)現(xiàn)高精度、高剛度的定位調(diào)節(jié)，但存在如下弱點(diǎn)：一方面其動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)小難以滿足大面積板塊結(jié)構(gòu)(直徑大于3米)的拾取、移動(dòng)和定位操作，另一方面也不具備在不同板塊之間移動(dòng)行走的功能。

現(xiàn)有的一種用于板塊拼接的七自由度一三支鏈并聯(lián)對(duì)稱機(jī)構(gòu)(專利申請(qǐng)?zhí)枺?01510626821.0)，雖然有集移動(dòng)-定位功能于一體的，可實(shí)現(xiàn)高精度-高剛度-高效率板塊拼接的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，但該機(jī)構(gòu)存在著機(jī)構(gòu)本身包絡(luò)較大，機(jī)器人工作空間較小的缺點(diǎn)。因此，不能滿足地面或空間任務(wù)中將大量的板塊單元拼接為大面積-大跨度的平面、拋物面或其他目標(biāo)曲面的任務(wù)需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于板塊拼接的2sps+rrprr機(jī)器人抓取機(jī)構(gòu)，以解決現(xiàn)有的板塊拼接的執(zhí)行機(jī)構(gòu)所存在的收攏包絡(luò)大，靈巧操作空間小等問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于板塊拼接的2sps+rrprr機(jī)器人抓取機(jī)構(gòu)，包括上平臺(tái)、下平臺(tái)、連接所述上平臺(tái)及下平臺(tái)的三支鏈，

所述三支鏈包括第一支鏈、第二支鏈及第三支鏈，第三支鏈的兩端分別與并聯(lián)的第一支鏈及第二支鏈的兩端相連，其中，第一支鏈由依次相連的第一球副、平移副、第二球副組成，第二支鏈的結(jié)構(gòu)與第一支鏈相同，第三支鏈由依次相連的第一旋轉(zhuǎn)副、第二旋轉(zhuǎn)副、第二平移副、第四旋轉(zhuǎn)副及第五旋轉(zhuǎn)副組成，其中，第一球副、第二球副結(jié)構(gòu)相同，第一旋轉(zhuǎn)副、第二旋轉(zhuǎn)副、第四旋轉(zhuǎn)副及第五旋轉(zhuǎn)副結(jié)構(gòu)相同；

所述上平臺(tái)及下平臺(tái)分別位于第一支鏈及第二支鏈的兩端，所述上平臺(tái)及下平臺(tái)關(guān)于所述三支鏈的中心截面鏡像對(duì)稱，所述上平臺(tái)的中心法線方向上設(shè)有上旋轉(zhuǎn)副，所述下平臺(tái)的中心法線方向上設(shè)有下旋轉(zhuǎn)副；

其中，所述上平臺(tái)、下平臺(tái)上分別設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)連接的串聯(lián)機(jī)械臂，在所述上旋轉(zhuǎn)副、下旋轉(zhuǎn)副上，以及串聯(lián)機(jī)械臂的末端，分別設(shè)置有用于拾取板塊、解鎖釋放、檢查監(jiān)視的末端工具。

較佳地，所述串聯(lián)機(jī)械臂由依次相連的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、第三平移副和末端工具組成，并通過(guò)所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)副與所述上平臺(tái)或下平臺(tái)連接。

較佳地，所述平移副與直線電機(jī)相連，由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)；所述第一旋轉(zhuǎn)副、第五旋轉(zhuǎn)副、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、上旋轉(zhuǎn)副、下旋轉(zhuǎn)副分別與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連，由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

較佳地，所述第一支鏈、第二支鏈關(guān)于上旋轉(zhuǎn)副軸線與下旋轉(zhuǎn)副軸線構(gòu)成的平面鏡像對(duì)稱。

較佳地，所述上旋轉(zhuǎn)副軸線延長(zhǎng)線穿過(guò)第二旋轉(zhuǎn)副的中心，下旋轉(zhuǎn)副軸線延長(zhǎng)線穿過(guò)第四旋轉(zhuǎn)副的中心。

較佳地，設(shè)置于所述上旋轉(zhuǎn)副、下旋轉(zhuǎn)副上的末端工具為磁吸式末端工具、負(fù)壓式末端工具、兩指/三指/四指鉗夾式末端工具，設(shè)置于所述串聯(lián)機(jī)械臂上的末端工具為旋擰、插拔、按壓或剪切式末端工具。

本發(fā)明在滿足要求的同時(shí)減小了機(jī)構(gòu)本身的包絡(luò)，擴(kuò)大了機(jī)構(gòu)的工作空間，因此本發(fā)明的實(shí)施就有了現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用意義。具體具有以下有益效果：

(1)通過(guò)把現(xiàn)有的rrrrr支鏈改變?yōu)閞rprr支鏈，減小了機(jī)構(gòu)本身的包絡(luò)，更有利于空間操作的實(shí)施。

(2)通過(guò)增加連接于上平臺(tái)和下平臺(tái)的串聯(lián)機(jī)械臂，擴(kuò)大了機(jī)構(gòu)的工作空間，增強(qiáng)了機(jī)構(gòu)操控及監(jiān)視能力。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例提供的2-sps+rrprr機(jī)器人抓取機(jī)構(gòu)斜視圖；

圖2為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例提供的2-sps+rrprr機(jī)器人抓取機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

為更好地說(shuō)明本發(fā)明，茲以一優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明，具體如下：

本實(shí)施例提供的用于板塊拼接的2sps+rrprr機(jī)器人抓取機(jī)構(gòu)主要應(yīng)用于地面或空間任務(wù)中將大量板塊單元拼接為大面積-大跨度的平面、拋物面或其他目標(biāo)曲面的任務(wù)需求中，為了適應(yīng)這種大面積-大跨度的拼接需要對(duì)該抓取機(jī)構(gòu)進(jìn)行具體的擴(kuò)大機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)包絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)置。

如圖1所示，該抓取機(jī)構(gòu)包括上平臺(tái)1、下平臺(tái)2、以及連接上平臺(tái)1及下平臺(tái)2的三支鏈3。其中，上平臺(tái)1及下平臺(tái)2采用2sps+rrprr形式的三支鏈3連接。具體地，三支鏈包括第一支鏈31、第二支鏈32及第三支鏈33。第一支鏈31、第二支鏈32結(jié)構(gòu)相同且并聯(lián)設(shè)置，其均為2sps支鏈，第一支鏈31由依次相連的球副(圖1中未示出)、平移副312、球副(圖1中未示出)組成，與之結(jié)構(gòu)相同的第二支鏈32則由依次相連的球副321、平移副322、球副323組成。而第三支鏈33為rrprr支鏈，且第三支鏈33的兩端分別與并聯(lián)的第一支鏈31及第二支鏈32的兩端相連，具體地第三支鏈33由依次相連的第一旋轉(zhuǎn)副331、第二旋轉(zhuǎn)副332、平移副333、第四旋轉(zhuǎn)副334及第五旋轉(zhuǎn)副335組成。其中，球副311、球副313、球副321、球副323為結(jié)構(gòu)相同的同一種類型的球副，平移副312、平移副322、平移副333的結(jié)構(gòu)相同，第一旋轉(zhuǎn)副331、第二旋轉(zhuǎn)副332、第四旋轉(zhuǎn)副334及第五旋轉(zhuǎn)副335結(jié)構(gòu)相同。

再次參見(jiàn)圖1，上平臺(tái)1及下平臺(tái)2分別位于第一支鏈31及第二支鏈32的兩端，且上平臺(tái)1及下平臺(tái)2關(guān)于三支鏈3的中心截面鏡像對(duì)稱，上平臺(tái)1的中心法線方向上設(shè)有上旋轉(zhuǎn)副11，所述下平臺(tái)的中心法線方向上設(shè)有下旋轉(zhuǎn)副21；上旋轉(zhuǎn)副11及下旋轉(zhuǎn)副21上分別設(shè)有用于拾取板塊的末端工具12、22。而上平臺(tái)1、下平臺(tái)2上還分別設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)連接的串聯(lián)機(jī)械臂4及串聯(lián)機(jī)械臂5，串聯(lián)機(jī)械臂4及串聯(lián)機(jī)械臂5，結(jié)構(gòu)相同，且串聯(lián)機(jī)械臂的末端，分別設(shè)置有用于拾取板塊、解鎖釋放、檢查監(jiān)視等的末端工具44及末端工具54。

其中，連接于上平臺(tái)1的串聯(lián)機(jī)械臂4具體由依次相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副41、轉(zhuǎn)動(dòng)副42、平移副43和末端工具44組成，本實(shí)施例中的轉(zhuǎn)動(dòng)副41與轉(zhuǎn)動(dòng)副42之間絞接，串聯(lián)機(jī)械臂4通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副41與上平臺(tái)1可轉(zhuǎn)動(dòng)連接；而連接于下平臺(tái)2的串聯(lián)機(jī)械臂5由具體由依次相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副51、轉(zhuǎn)動(dòng)副52、平移副53和末端工具54組成，轉(zhuǎn)動(dòng)副51與轉(zhuǎn)動(dòng)副52之間也為絞接，串聯(lián)機(jī)械臂5通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副51與下平臺(tái)2可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。其中，轉(zhuǎn)動(dòng)副41、轉(zhuǎn)動(dòng)副42、轉(zhuǎn)動(dòng)副51、轉(zhuǎn)動(dòng)副52的結(jié)構(gòu)相同，平移副43、平移副53結(jié)構(gòu)相同，末端工具44、末端工具54結(jié)構(gòu)相同。

本實(shí)施例中，末端工具12、22可以設(shè)置為磁吸式末端工具、負(fù)壓式末端工具、兩指/三指/四指鉗夾式末端工具中的任意一種，或由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)板塊結(jié)構(gòu)及接口特性設(shè)置為其他形式的可拾取拼接塊的末端工具。而末端工具44及末端工具54可分別或同事根據(jù)需要設(shè)置為旋擰、插拔、按壓或剪切式末端工具中的任意一種，或由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)板塊結(jié)構(gòu)及接口特性設(shè)置為其他形式的可拾取拼接塊的末端工具。

進(jìn)一步地如圖2所示，本實(shí)施例中的上平臺(tái)1及下平臺(tái)2的結(jié)構(gòu)相同，上平臺(tái)1及下平臺(tái)2分別位于第一支鏈31及第二支鏈32的兩端，且關(guān)于三支鏈3的中心截面鏡像對(duì)稱，第一支鏈31、第二支鏈32關(guān)于上旋轉(zhuǎn)副11的軸線與下旋轉(zhuǎn)副21的軸線構(gòu)成的平面鏡像對(duì)稱。上旋轉(zhuǎn)副11軸線延長(zhǎng)線穿過(guò)第二旋轉(zhuǎn)副332的中心，下旋轉(zhuǎn)副21軸線延長(zhǎng)線穿過(guò)第四旋轉(zhuǎn)副334的中心。這種幾何關(guān)系的設(shè)置，可以更好地簡(jiǎn)化第一支鏈31及第二支鏈32所構(gòu)成的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的逆解算法，便于控制器控制各個(gè)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)或平移，以進(jìn)行板塊拼接工作。

該2sps+rrprr機(jī)器人抓取機(jī)構(gòu)中，平移副312、平移副322、平移副333、平移副43、平移副53與直線電機(jī)相連，由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)；第一旋轉(zhuǎn)副331、第五旋轉(zhuǎn)副335及串聯(lián)機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動(dòng)副41、轉(zhuǎn)動(dòng)副42、轉(zhuǎn)動(dòng)副51、轉(zhuǎn)動(dòng)副52分別與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連，由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；上旋轉(zhuǎn)副11及下旋轉(zhuǎn)副21也分別與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連，由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。綜上所述，該2sps+rrprr機(jī)器人組裝機(jī)構(gòu)有多個(gè)自由度，在擴(kuò)大了機(jī)構(gòu)工作空間的同時(shí)，可以靈活、快速地實(shí)現(xiàn)位姿的調(diào)節(jié)。

由于該組裝機(jī)構(gòu)的上平臺(tái)1、下平臺(tái)2之間具有對(duì)稱性，其中的三支鏈3本身也具有對(duì)稱性，所以上平臺(tái)1、下平臺(tái)2之間具有互換性，即上平臺(tái)1、下平臺(tái)2均可交替承擔(dān)定位基座和末端抓手的角色。例如當(dāng)拼接第n個(gè)板塊時(shí)，上平臺(tái)1作為靜平臺(tái)通過(guò)末端工具12固定在已經(jīng)拼接完畢的第n-1個(gè)板塊上，下平臺(tái)2作為動(dòng)平臺(tái)通過(guò)末端工具22拾取、移動(dòng)并定位第n個(gè)板塊，通過(guò)動(dòng)平臺(tái)上的串聯(lián)機(jī)械臂5監(jiān)視拼接過(guò)程、展開(kāi)并調(diào)節(jié)板塊單元；當(dāng)?shù)趎個(gè)板塊拼接完畢再拼接第n+1個(gè)板塊時(shí)，下平臺(tái)2便轉(zhuǎn)為靜平臺(tái)繼續(xù)固定在已經(jīng)拼接完畢的第n個(gè)板塊上，上平臺(tái)1則松開(kāi)第n-1個(gè)板塊而轉(zhuǎn)為動(dòng)平臺(tái)拾取、移動(dòng)并定位第n+1個(gè)板塊……依次循環(huán)完成多個(gè)板塊的拼接。如此上平臺(tái)1、下平臺(tái)2依次交替作為靜平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)且不斷重復(fù)，在完成板塊單元的拾取、移動(dòng)和定位的同時(shí)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)本身在不同板塊單元之間的移動(dòng)功能，且整個(gè)過(guò)程連續(xù)高效，而無(wú)需借助外部系統(tǒng)。

該2-sps+rrprr機(jī)器人組裝機(jī)構(gòu)，通過(guò)并聯(lián)三支鏈實(shí)現(xiàn)高精度、高剛度的定位調(diào)節(jié)功能，通過(guò)設(shè)置串聯(lián)機(jī)械臂擴(kuò)展了末端工具的可操作及移動(dòng)的空間，從而實(shí)現(xiàn)了在大工作空間內(nèi)的操控及監(jiān)視。而第三支鏈通過(guò)增加平移副，進(jìn)行了簡(jiǎn)化，有效地減小了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)；同時(shí)，本發(fā)明再通過(guò)對(duì)上平臺(tái)、下平臺(tái)之間的鏡射對(duì)稱設(shè)計(jì)，在不增加系統(tǒng)復(fù)雜性的條件下實(shí)現(xiàn)連續(xù)、高效的移動(dòng)功能，可實(shí)現(xiàn)高精度-高剛度-高效率的板塊單元連續(xù)拼接。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明所做的變形或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述的權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。