專利名稱：一種三手爪3spr+3rps型串并聯機器人的制作方法
—種三手爪3SPR+3RPS型串并聯機器人技術領域
本發明屬于機器人技術領域，特別涉及一種三手爪3SPR+3RPS型串并聯機器人。
背景技術：
串并聯機器人既具有串聯機器人靈活性好，工作空間大的優點，又具有并聯機器人剛度高，承載力大，無末端驅動，驅動傳動路線短，精度高等優勢。在許多領域用串聯與并聯機構混聯或利用多驅動串聯分支構成并聯機構來增大工作空間和靈活性。其關鍵技術融合了機器人學、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術，成為當今機器人及機床研究領域的發展方向，在國民經濟和國家安全中起著重要作用，受到國內外學者高度關注。
查詢近年來的中國發明專利可知，天津大學黃田等發明了五自由度混聯機器人， 非對稱五自由度混聯機器人和四自由度混聯機器人；清華大學關立文等用一個串聯分支與一個并聯機構與組合，構成一種五自由度混聯機器人。這類機器人本質上是在少自由度并聯機器人基礎上，適當增加串聯機構，形成一類新型混聯機器人，不同程度上提高了機器人的速度、精度、剛度性能指標，擴大了工作空間。上海交通大學曹沖振等用三個相同的兩驅動分支構成移動式六自由度混聯機器人，實現動平臺六自由度運動，所得機構各支鏈解耦性好，各支鏈運動時無積累誤差。北京航空航天大學劉達等提出了一種包括串聯機構和并聯機構的九自由度混聯機器人，用于CT等受限手術空間下進行外科手術。常州大學等設計的一種單槍式噴涂混聯機器人和多噴槍協同式噴涂五軸混聯機器人，利用3自由度并聯機器人與2自由度噴槍頭混聯形成靈活緊湊、制造成本低高效率的噴涂機器人。燕山大學趙鐵石等提出一種雙重驅動四自由度并聯機構，含四個支鏈，每個支鏈有兩個串聯移動驅動副,這種機構本質上有八個驅動,融合了 4-PUU和4-UPU兩種并聯機構，實現四自由度雙重宏與微驅動；后來又提出一種五自由度雙重驅動并聯機構它有五個支鏈，每個支鏈有兩個串聯移動驅動副，原理與雙重驅動四自由度并聯機構相似，實現五自由度雙重宏與微驅動。 四川大學徐禮鉅等發明了基于串并聯機構的踝關節康復訓練裝置，其結構主要包括一個自由度的轉動機構、兩個自由度的球面并聯機構和托盤，構成一種三自由度的球面串并聯機構，模擬踝關節的運動，實現對踝關節牽引、康復訓練等功能。安徽工大余曉流等發明一種基于串并聯機構的六自由度機器人位姿檢測裝置，其本質上是由三自由度串聯機構與三自由度并聯機構混聯組成的位置檢測裝置，可兼顧檢測精度與工作空間兩個方面的要求，實現被測物體的位置姿態的綜合測量和實時顯示，提高了檢測效率。北航大學宗光華等發明公開了一種基于混聯機構的負載模擬器，該負載模擬器由一個機座、一個動平臺，一個中心約束分支和三個相同的與傳感器串聯的支鏈組成，用于儀器設備的性能測試，這種負載模擬器具有多種方向載荷復合加載的能力。
對上述機構和裝置綜合分析發現，這些機構本質上都不是用兩個并聯機構串聯構造的機構。如何在增大并聯機構剛度和位置工作空間同時，在位置工作空間內各處又具有較大的姿態工作空間和簡化的結構，是尚待解決的關鍵難題。發明內容
本發明的目的是提供一種結構簡單、在較大位置工作空間內各處又具有較大的姿態工作空間，在高端數控制造裝備、復雜產品自動高速安裝調試裝備、地下挖掘開采裝備、災難救援裝備、航海航天探測裝備及醫療手術裝置等方面具有廣泛應用前景的三手爪 3SPR+3RPS型串并聯機器人。
本發明的技術方案如下本發明包括3SPR+3RPS型串并聯機構和三個手爪操作裝置，所述3SPR+3RPS型串并聯機構由一個3SPR并聯機構與一個3RPS并聯機構串聯構成；所述3SPR并聯機構包括一個機座、一個中間平臺和三個相同的SPR分支，SPR分支由下端球副、中間移動副和上端轉動副串聯構成一個直線驅動分支，每個SPR分支的球副端與機座鉸接，轉動副與中間平臺聯接， 且三個SPR分支與機座和中間平臺的聯接均呈圓周均布；3RPS并聯機構包括一個與3SPR 共用的中間平臺、一個上平臺和三個相同的RPS分支，所述的RPS分支由下端轉動副、中間移動副和上端球副串聯構成一個直線驅動分支，每個RPS分支的轉動副端與中間平臺聯接，球副端與上平臺鉸接，且三個RPS分支與中間平臺和上平臺的聯接均呈圓周均布；三個手爪操作裝置圓周均布在上平臺上。
在所述機座上設有三個球副支座，且圓周均布在一個圓上；在所述上平臺上設有三個球副支座，且圓周均布在一個圓上；所述中間平臺上呈圓周均布地設有第一軸、第二軸、第三軸，每個軸的軸線均與中間平臺的一個圓相切；每個軸同時將一個SPR分支的轉動副和一個RPS分支的轉動副聯接到中間平臺上；所述SPR分支或RPS分支均為電動缸，所述電動缸包括電機、定缸、動桿；電機通過定缸與動桿之間的螺旋機構驅使動桿作往復直線運動；所述手爪操作裝置包括一個手爪電機、第一銷釘、一個缸體、一個支架、一個推桿、第二銷釘、第三銷釘和一個手爪；手爪電機與缸體同軸聯接，第一銷釘轉動聯接缸體與支架，第二銷釘轉動聯接推桿與手爪，第三銷釘轉動聯接支架與手爪，手爪電機通過缸體與推桿之間的螺旋機構驅動推桿作往復直線運動和手爪擺動；實現機器人抓取、挖掘、救援、探測和手術等作業。
本發明的優點是由于3SPR并聯機構位置工作空間大，3RPS并聯機構姿態工作空間大，因此3SPR+3RPS型串并聯機構在較大位置工作空間內各處又具有較大的姿態工作空間，并具有剛度高，結構簡單的優點。因此，本發明在高端數控制造裝備、復雜產品自動高速安裝調試裝備、地下挖掘開采裝備、災難救援裝備、航海航天探測裝備及醫療操作裝置等方面具有廣泛應用前景。


圖I是三手爪3SPR+3RPS型串并聯機器人的結構示意圖。
在圖I中，I機座，2-1動桿，2-2定缸，2-3電機，3_1第一軸，3-2第二軸，3-3第三軸，4中間平臺，5上平臺,6-1手爪電機,6-2第一銷釘，6-3缸體，6_4支架，6_5推桿,6-6 第二銷釘，6-7第三銷釘，6-8手爪。
具體實施例方式圖I是本發明公開的一個實施例，所述的一種三手爪3SPR+3RPS型串并聯機器人，包括一個3SPR+3RPS型串并聯機構和三個手爪裝置。3SPR+3RPS型串并聯機構由一個3SPR并聯機構與一個3RPS并聯機構串聯構成。3SPR并聯機構包括一個機座1，一個中間平臺4和三個相同的SPR分支。SPR分支由下端球副，中間移動副和上端轉動副串聯構成一個直線驅動分支，球副和轉動副分別與機座I和中間平臺4聯接，且呈圓周均布。3RPS并聯機構本質上是3SPR并聯機構逆向結構，不同之處在于轉動副和球副分別與中間平臺4和上平臺5聯接。機座I上的三個球副支座在一個圓上呈圓周均布，SPR分支的球副端通過球副支座與機座聯接。上平臺5上的三個球副支座在一個圓上呈圓周均布，RPS分支的球副端通過球副支座與上平臺聯接。第一軸3-1，第二軸3-2，第三軸3-3在中間平臺4上與一個圓相切，且呈圓周均布；每個軸同時將一個SPR分支的轉動副和一個RPS分支的轉動副聯接到中間平臺上。SPR分支或RPS分支是常規的電動缸，電機2-3通過定缸2_2與動桿2_1之間的螺旋機構驅使動桿往復直線運動。三個手爪操作裝置圓周均布在動平臺5上；每個手爪操作裝置包括一個手爪電機6-1,第一銷釘6-2, —個缸體6-3, —個支架6-4, —個推桿6-5,第二銷釘6-6,第三銷釘6_7和一個手爪6-8 ;手爪電機與缸體同軸聯接，第一銷釘轉動聯接缸體與支架，第二銷釘轉動聯接推桿與手爪，第三銷釘轉動聯接支架與手爪，手爪電機通過缸體與推桿之間的螺旋機構驅動推桿往復直線運動和手爪擺動；實現機器人抓取、挖掘、救援、探測和手術等作業。
權利要求
1.一種三手爪3SPR+3RPS型串并聯機器人，包括3SPR+3RPS型串并聯機構和三個手爪操作裝置，其特征是所述3SPR+3RPS型串并聯機構由一個3SPR并聯機構與一個3RPS并聯機構串聯構成；所述3SPR并聯機構包括一個機座、一個中間平臺和三個相同的SPR分支， SPR分支由下端球副、中間移動副和上端轉動副串聯構成一個直線驅動分支，每個SPR分支的球副端與機座鉸接，轉動副與中間平臺聯接，且三個SPR分支與機座和中間平臺的聯接均呈圓周均布；3RPS并聯機構包括一個與3SPR共用的中間平臺、一個上平臺和三個相同的 RPS分支，所述的RPS分支由下端轉動副、中間移動副和上端球副串聯構成一個直線驅動分支，每個RPS分支的轉動副端與中間平臺聯接，球副端與上平臺鉸接，且三個RPS分支與中間平臺和上平臺的聯接均呈圓周均布；三個手爪操作裝置圓周均布在上平臺上。
2.根據權利要求I所述的三手爪3SPR+3RPS型串并聯機器人，其特征是在所述機座上設有三個球副支座，且圓周均布在一個圓上。
3.根據權利要求I所述的三手爪3SPR+3RPS型串并聯機器人，其特征是在所述上平臺上設有三個球副支座，且圓周均布在一個圓上。
4.根據權利要求I所述的三手爪3SPR+3RPS型串并聯機器人，其特征是所述中間平臺上呈圓周均布地設有第一軸、第二軸、第三軸，每個軸的軸線均與中間平臺的一個圓相切；每個軸同時將一個SPR分支的轉動副和一個RPS分支的轉動副聯接到中間平臺上。
5.根據權利要求I所述的三手爪3SPR+3RPS型串并聯機器人，其特征是所述SPR分支或RPS分支均為電動缸，所述電動缸包括電機、定缸、動桿；電機通過定缸與動桿之間的螺旋機構驅使動桿作往復直線運動。
6.根據權利要求I所述的三手爪3SPR+3RPS型串并聯機器人，其特征是所述手爪操作裝置包括一個手爪電機、第一銷釘、一個缸體、一個支架、一個推桿、第二銷釘、第三銷釘和一個手爪；手爪電機與缸體同軸聯接，第一銷釘轉動聯接缸體與支架，第二銷釘轉動聯接推桿與手爪，第三銷釘轉動聯接支架與手爪，手爪電機通過缸體與推桿之間的螺旋機構驅動推桿作往復直線運動和手爪擺動。
全文摘要
本發明涉及一種三手爪3SPR+3RPS型串并聯機器人，包括3SPR+3RPS型串并聯機構和三個手爪操作裝置，其特征是3SPR+3RPS型串并聯機構由一個3SPR并聯機構與一個3RPS并聯機構串聯構成；所述3SPR并聯機構包括一個機座、一個中間平臺和三個相同的SPR分支，3RPS并聯機構包括一個與3SPR共用的中間平臺、一個上平臺和三個相同的RPS分支，三個手爪操作裝置圓周均布在上平臺上。其優點是3SPR+3RPS型串并聯機構在較大位置工作空間內各處又具有較大的姿態工作空間，并具有剛度高，結構簡單，在高端數控制造裝備、復雜產品自動高速安裝調試裝備、地下挖掘開采裝備、災難救援裝備、航海航天探測裝備及醫療操作裝置等方面具有廣泛應用前景。
文檔編號B25J9/00GK102935639SQ201210394480
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月17日 優先權日2012年10月17日
發明者路懿, 路揚, 胡波, 葉妮佳 申請人:燕山大學