CN105500341A - 四自由度3sprr+sp型混联机器人柔性手 - Google Patents

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Abstract

一种四自由度3SPRR+SP型混联机器人柔性手，它包括机座、动平台、连杆、SP型中间直线驱动分支和3个结构相同的SPRR型含柔性手指驱动分支，SP型分支设在动平台与机座中心，SPRR型分支中的摆杆的下端和动平台与臂架下框靠内侧的第一通孔联接，直线电动缸与臂架下框靠外侧的第二通孔和机座球副联接；上述摆杆上端与手指下端联接，该手指的上端为自由端，导柱的一端与摆杆中部垂直固连，该导柱的另一端穿过臂架的边框为自由端，弹簧套在导柱上，该弹簧的两端分别抵在摆杆中部和臂架边框的内壁上。本发明结构简单，手指位姿工作空间大，灵活性好，柔性操作抓取，可用于太空与深海探测、锻造操作、救援、医疗手术和按摩。

Description

四自由度3SPRR+SP型混联机器人柔性手
技术领域
本发明涉及机器人领域，特别涉及一种混联机器人柔性手。
背景技术
并联机构相对具有机构刚度大，承载能力强，末端质量轻，惯性小，位置误差不累积等特点，应用上与串联机器人优势互补。多年来，六自由度并联机构已成为构造多种并联机器人/机床的主要机构。与六自由度并联机构相比，四自由度并联机构具有结构更简单、更容易控制的优点，近年来备受专家们的高度关注。为便于说明，用n表示分支数，用(S，U，P，R)分别表示分支运动链中的(球副，万向副，移动副，转动副)，它们的组合表示分支运动链结构。在四自由度并联机构方面，公开号为CN101508110的专利提出三转动一移动3UPS+1RPU四自由度并联机构；公开号为CN101966507A的专利提出空间2UPS+2RPU四自由度并联机构及喷涂机器人；公开号为CN103231364A的专利提出三、四自由度并联机构，在三自由度的基础上增加了一个旋转自由度。公开号为CN1958228的专利提出一种2UPR+2UPS四自由度并联机构；公开号为CN2484153的专利提出实现两维转动两维平动的四自由度并联机构；。黄真等提出4UPU型四自由度并联机构,赵铁石等提出4PUU型四自由度并联机构，路懿提出具有被动约束分支四自由度4SPS+SP型并联机器人机构(专利号200510052260.4)，2SPS+2SPR型，3SPS+SP型，三腿2SPS+RRPR型四自由度并联机构。在手指机构方面，公开号为CN102922532B的专利公开了连杆式协同驱动机器人手指装置。公开号为CN103358315B的专利公开了全转动关节连杆式欠驱动机器人手指机构。公开号为CN102935642B的专利公开了连杆键槽式耦合欠驱动双关节机器人手指装置。公开号为CN102717394B的专利公开了锥齿轮耦合式灵巧机器人手指装置。公开号为CN102717393B的专利公开了连杆耦合式灵巧机器人手指装置。上述手指装置主要是模拟人的5个手指运动特性构造成的，结构相对复杂。实际上，三个手指的协调运动可以满足许多工程中的抓取物体运动要求，特别是对重载物体抓取运动的要求。显然三个手指协调抓取运动更简单，容易实现。在确保并联机器人优势前提下，如何构造四自由度3SPRR+SP型混联机器人柔性手,实现手指柔性操作抓取物体，并保证较大位置工作空间和灵巧度，尚未见报道。因此用4自由度并联机构构造混联机器人柔性手成为机器人研究领域专家们不懈努力的目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、手指位姿工作空间大、灵活性好、柔性操作的四自由度3SPRR+SP型混联机器人柔性手。
本发明包括机座、动平台、连杆、SP型中间直线驱动分支和3个结构相同的SPRR型含柔性手指驱动分支，其中，SP型中间直线驱动分支设在动平台与机座的中心位置，3个SPRR型含柔性手指驱动分支在动平台与机座之间圆周均布；机座上设有3个圆周均布的球副支座和1个中心球副支座；动平台上设有1个中心垂直通孔；
SP型驱动分支是由直线电动缸构成，其上端与动平台的中心垂直通孔固连，其下端与机座中心球座球副联接；SPRR型含柔性手指驱动分支包括臂架、直线电动缸、摆杆、弹簧、导柱和手指，所述臂架为矩形方框，该臂架的下框两侧分别设有一个平行的第一和第二通孔，摆杆的下端和动平台与靠内侧的第一通孔转动联接，该第一通孔中心线与动平台上的圆相切，直线电动缸上端与靠外侧的第二通孔转动联接，该直线电动缸下端与机座球副联接；上述摆杆上端与手指的下端固定连接，该手指的上端为自由端，导柱的一端与摆杆中部垂直固连，该导柱的另一端穿过臂架的边框为自由端，弹簧套在导柱上，该弹簧的一端抵在摆杆中部，该弹簧的另一端抵在臂架边框的内壁上，利用弹簧实现摆杆末端柔性接触抓取物体。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、结构简单，自由度少，控制容易。
2、利用臂架与摆杆手指之间的弹簧，实现手指末端柔性接触物体。
3、四自由度并联机构与三个柔性手指机构协调运动，可实现四自由度混联机器人柔性手在大位姿工作空间中的灵活协调操作，柔性抓取物体，可用于太空与深海探测、锻造操作、救援、医疗手术和按摩等。
附图说明
图1是本发明的主视示意图。
图2是图1的俯视图。
图中：1-机座、2-动平台、3-SP型驱动分支、4-直线电动缸、5-臂架、6导柱、7-弹簧、8-摆杆、9-手指。
具体实施方式
在图1和图2所示的四自由度3SPRR+SP型混联机器人柔性手示意图中，SP型中间直线驱动分支3设在动平台2与机座1的中心位置，3个SPRR型含柔性手指驱动分支在动平台与机座之间圆周均布；机座上设有3个圆周均布的球副支座和1个中心球副支座；动平台上设有1个中心垂直通孔；
SP型驱动分支是由直线电动缸4构成，其上端与动平台的中心垂直通孔固连，其下端与机座中心球座球副联接；SPRR型含柔性手指驱动分支中的臂架5为矩形方框，该臂架的下框两侧分别设有一个平行的第一和第二通孔，摆杆8的下端和动平台与靠内侧的第一通孔转动联接，该第一通孔中心线与动平台上的圆相切，直线电动缸上端与靠外侧的第二通孔转动联接，该直线电动缸下端与机座球副联接；上述摆杆上端与手指9的下端固定连接，该手指的上端为自由端，导柱6的一端与摆杆中部垂直固连，该导柱的另一端穿过臂架的边框为自由端，弹簧7套在导柱上，该弹簧的一端抵在摆杆中部，该弹簧的另一端抵在臂架边框的内壁上，利用弹簧实现摆杆末端柔性接触抓取物体。

Claims (1)

1.一种四自由度3SPRR+SP型混联机器人柔性手，它包括机座、动平台、连杆、SP型中间直线驱动分支和3个结构相同的SPRR型含柔性手指驱动分支，其特征在于：所述SP型中间直线驱动分支设在动平台与机座的中心位置，3个SPRR型含柔性手指驱动分支在动平台与机座之间圆周均布；机座上设有3个圆周均布的球副支座和1个中心球副支座；动平台上设有1个中心垂直通孔；
所述SP型驱动分支是由直线电动缸构成，其上端与动平台的中心垂直通孔固连，其下端与机座中心球座球副联接；SPRR型含柔性手指驱动分支包括臂架、直线电动缸、摆杆、弹簧、导柱和手指，所述臂架为矩形方框，该臂架的下框两侧分别设有一个平行的第一和第二通孔，摆杆的下端和动平台与靠内侧的第一通孔转动联接，该第一通孔中心线与动平台上的圆相切，直线电动缸上端与靠外侧的第二通孔转动联接，该直线电动缸下端与机座球副联接；上述摆杆上端与手指的下端固定连接，该手指的上端为自由端，导柱的一端与摆杆中部垂直固连，该导柱的另一端穿过臂架的边框为自由端，弹簧套在导柱上，该弹簧的一端抵在摆杆中部，该弹簧的另一端抵在臂架边框的内壁上。
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