一種用于板塊拼接的七自由度-三支鏈并聯(lián)對稱機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及并聯(lián)機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種用于板塊拼接的七自由度-三支鏈并聯(lián)對稱機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]針對地面或空間任務(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，上述過程顯然會導(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，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，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):一方面其動平臺的運(yùn)動包絡(luò)小難以滿足大面積板塊結(jié)構(gòu)(直徑大于3米)的拾取、移動和定位操作，另一方面也不具備在不同板塊之間移動行走的功能。
[0003]目前的文獻(xiàn)和產(chǎn)品中沒有集移動-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)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種用于板塊拼接的七自由度-三支鏈并聯(lián)對稱機(jī)構(gòu)，以解決現(xiàn)有的板塊拼接機(jī)構(gòu)運(yùn)動包絡(luò)小一級不具備不同板塊間移動功能的問題。
[0005]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七自由度-三支鏈并聯(lián)對稱機(jī)構(gòu)，包括上平臺、下平臺、連接所述上平臺及下平臺的三支鏈；
[0006]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、第三旋轉(zhuǎn)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、第三旋轉(zhuǎn)副、第四旋轉(zhuǎn)副及第五旋轉(zhuǎn)副結(jié)構(gòu)相同；
[0007]所述上平臺及下平臺分別位于第一支鏈及第二支鏈的兩端，所述上平臺及下平臺關(guān)于所述三支鏈的中心截面鏡像對稱，所述上平臺的中心法線方向上設(shè)有上旋轉(zhuǎn)副，所述下平臺的中心法線方向上設(shè)有下旋轉(zhuǎn)副；
[0008]其中，所述上旋轉(zhuǎn)副及下旋轉(zhuǎn)副上設(shè)有用于拾取板塊的末端工具。
[0009]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；所述第一旋轉(zhuǎn)副、第三旋轉(zhuǎn)副、第五旋轉(zhuǎn)副分別與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連，由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動；所述上旋轉(zhuǎn)副及下旋轉(zhuǎn)副分別與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連，由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動。
[0010]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)成的平面鏡像對稱。
[0011]較佳地，所述上旋轉(zhuǎn)副軸線延長線穿過第二旋轉(zhuǎn)副的中心，下旋轉(zhuǎn)副軸線延長線穿過第四旋轉(zhuǎn)副的中心。
[0012]較佳地，所述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。
[0013]本發(fā)明提供的用于板塊拼接的七自由度-三支鏈并聯(lián)對稱機(jī)構(gòu)具有以下技術(shù)效果:
[0014]1)通過三支鏈并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高精度和高剛度要求；
[0015]2)通過上平臺、下平臺之間的兩重鏡像對稱設(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)、高效的移動和定位。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例提供的七自由度-三支鏈并聯(lián)對稱機(jī)構(gòu)斜視圖；
[0017]圖2為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例提供的七自由度-三支鏈并聯(lián)對稱機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為更好地說明本發(fā)明，茲以一優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)說明，具體如下:
[0019]如圖1所示，本實(shí)施例提供的七自由度-三支鏈并聯(lián)對稱機(jī)構(gòu)，包括上平臺1、下平臺2、連接上平臺1及下平臺2的三支鏈3。其中，上平臺1及下平臺2采用2SPS+RRRRR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311、平移副312、球副313 (圖中未示出)組成，第二支鏈32分別包括球副321、平移副322、球副323 ;第三支鏈33為RRRRR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，具體由依次相連的第一旋轉(zhuǎn)副331、第二旋轉(zhuǎn)副332、第三旋轉(zhuǎn)副333、第四旋轉(zhuǎn)副334及第五旋轉(zhuǎn)副335組成。進(jìn)一步地，如圖1所示，平移副312的兩端分別通過一連接桿與球副311、球副313相連，同樣地，平移副322的兩端分別通過一連接桿與球副321、球副323相連；第二旋轉(zhuǎn)副332與第三旋轉(zhuǎn)副333之間通過一連接桿相連，第三旋轉(zhuǎn)副333與第四旋轉(zhuǎn)副334之間也通過一連接桿相連。其中，球副311、球副313、球副321、球副323的結(jié)構(gòu)相同，平移副312、平移副322的結(jié)構(gòu)相同，第一旋轉(zhuǎn)副331、第二旋轉(zhuǎn)副332、第三旋轉(zhuǎn)副333、第四旋轉(zhuǎn)副334及第五旋轉(zhuǎn)副335結(jié)構(gòu)相同。
[0020]如圖1所示，上平臺1的中心法線方向上設(shè)有上旋轉(zhuǎn)副11，下平臺2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12,22ο該末端工具12、22可以為磁吸式末端工具、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。
[0021]如圖2所示，上平臺1及下平臺2的結(jié)構(gòu)相同，上平臺1及下平臺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)成的平面鏡像對稱。上旋轉(zhuǎn)副11軸線延長線穿過第二旋轉(zhuǎn)副332的中心，下旋轉(zhuǎn)副21軸線延長線穿過第四旋轉(zhuǎn)副334的中心。上述幾何關(guān)系的設(shè)置，可以更好地簡化并聯(lián)機(jī)構(gòu)的逆解算法，便于控制器進(jìn)行板塊拼接工作。
[0022]該七自由度-三支鏈并聯(lián)對稱機(jī)構(gòu)中，三支鏈3中的平移副312、平移副322分別與直線電機(jī)相連，由直線電機(jī)驅(qū)動，第一旋轉(zhuǎn)副331、第三旋轉(zhuǎn)副333及第五旋轉(zhuǎn)副335分別與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連，由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動，因此三支鏈3具有5個(gè)自由度；上平臺1及下平臺2的上旋轉(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，具有2個(gè)自由度。綜上所述，該七自由度-三支鏈并聯(lián)對稱機(jī)構(gòu)共計(jì)具有7個(gè)自由度，可以靈活、快速地實(shí)現(xiàn)位姿的調(diào)節(jié)。
[0023]由于該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的上平臺1、下平臺2之間具有對稱性，其中的三支鏈3本身也具有對稱性，所以上平臺1、下平臺2之間具有互換性，即上平臺1、下平臺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1作為靜平臺固定在已經(jīng)拼接完畢的第N-1個(gè)板塊上，下平臺2作為動平臺拾取、移動并定位第N個(gè)板塊；當(dāng)?shù)贜個(gè)板塊拼接完畢再拼接第N+1個(gè)板塊時(shí)，下平臺2便轉(zhuǎn)為靜平臺繼續(xù)固定在已經(jīng)拼接完畢的第N個(gè)板塊上，上平臺1則松開第N-1個(gè)板塊而轉(zhuǎn)為動平臺拾取、移動并定位第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1、下平臺2依次交替作為靜平臺和動平臺且不斷重復(fù)，在完成板塊單元的拾取、移動和定位的同時(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功能，且整個(gè)過程連續(xù)高效，而無需借助外部系統(tǒng)。
[0024]該七自由度-三支鏈并聯(lián)對稱機(jī)構(gòu)，通過并聯(lián)三支鏈實(shí)現(xiàn)高精度、高剛度的定位調(diào)節(jié)功能，再通過上平臺、下平臺之間的鏡射對稱設(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。
[0025]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)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于板塊拼接的七自由度-三支鏈并聯(lián)對稱機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括上平臺、下平臺、連接所述上平臺及下平臺的三支鏈； 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、第三旋轉(zhuǎn)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、第三旋轉(zhuǎn)副、第四旋轉(zhuǎn)副及第五旋轉(zhuǎn)副結(jié)構(gòu)相同； 所述上平臺及下平臺分別位于第一支鏈及第二支鏈的兩端，所述上平臺及下平臺關(guān)于所述三支鏈的中心截面鏡像對稱，所述上平臺的中心法線方向上設(shè)有上旋轉(zhuǎn)副，所述下平臺的中心法線方向上設(shè)有下旋轉(zhuǎn)副； 其中，所述上旋轉(zhuǎn)副及下旋轉(zhuǎn)副上設(shè)有用于拾取板塊的末端工具。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于板塊拼接的七自由度-三支鏈并聯(lián)對稱機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述平移副與直線電機(jī)相連，由直線電機(jī)驅(qū)動；所述第一旋轉(zhuǎn)副、第三旋轉(zhuǎn)副、第五旋轉(zhuǎn)副分別與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連，由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動；所述上旋轉(zhuǎn)副及下旋轉(zhuǎn)副分別與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連，由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于板塊拼接的七自由度-三支鏈并聯(lián)對稱機(jī)構(gòu)，其特征在于，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)成的平面鏡像對稱。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于板塊拼接的七自由度-三支鏈并聯(lián)對稱機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述上旋轉(zhuǎn)副軸線延長線穿過第二旋轉(zhuǎn)副的中心，下旋轉(zhuǎn)副軸線延長線穿過第四旋轉(zhuǎn)副的中心。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于板塊拼接的七自由度-三支鏈并聯(lián)對稱機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述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。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于板塊拼接的七自由度-三支鏈并聯(lián)對稱機(jī)構(gòu)，該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的上平臺1和下平臺2相同，其中心法線方向分別設(shè)有由電機(jī)驅(qū)動的上旋轉(zhuǎn)副和下旋轉(zhuǎn)副；上平臺與下平臺之間由2SPS+RRRRR三支鏈連接，其中兩條2SPS支鏈由兩端的球副和中間直線電機(jī)驅(qū)動的平移副組成；第3條RRRRR支鏈由5個(gè)旋轉(zhuǎn)副構(gòu)成，第三支鏈的第一、第三和第五個(gè)旋轉(zhuǎn)副由電機(jī)驅(qū)動。該機(jī)構(gòu)的上平臺和下平臺之間、三支鏈本身均具有鏡射對稱特征，通過并聯(lián)的三支鏈實(shí)現(xiàn)高精度和高剛度定位，再通過上平臺、下平臺之間鏡射對稱特征，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。
【IPC分類】B23P19/00, B25J9/00
【公開號】CN105328693
【申請?zhí)枴緾N201510626821
【發(fā)明人】曾令斌, 付成龍, 馮瑞, 秦禮, 張玲瑄, 劉天明, 彭福軍, 陳萌
【申請人】上海宇航系統(tǒng)工程研究所
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年9月28日