CN114603329B - 一种用于智能装配的3prs-3rrr双平台设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于智能装配的3PRS‑3RRR双平台设备，包括：上平台，其包括：多个第一支链，每个所述第一支链为P‑R‑S副连接；所述P‑R‑S副包括：移动副P副、第一转动副R副以及球副S副，其中，所述第一转动副R副安装在所述移动副P副上，所述球副S副安装在所述第一转动副R副上；多个所述第一支链的末端安装在同一末端连接件上；下平台，其包括：多个第二支链，每个所述第二支链包括多个第二转动副R副串联；其中，所述上平台安装在所述下平台上。本申请上平台和下平台具有多个自由度，可高精度，高效率地执行需要多个自由度方可完成的空间装配任务，在实际生产过程中，大量简单的装配任务需要被高精度地重复执行。

Description

一种用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备

技术领域

本申请属于自动化及机器人技术领域，具体涉及一种用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备。

背景技术

自动化装配是制造业中的重要技术，为提高工业生产过程中的装配效率，减小装配误差，同时提升制造业自动化水平，要设计出精度高和速度快的自动化智能装配设备。现有的装配设备多不具有智能性，难以搭配视觉、力觉等智能传感器进行工作，同时设备本身的稳定性差。此外，现存的运动工作平台，大多不具有高精度和快速性的特点，难以完成精密装配的任务需求。

发明内容

针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备。

为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：

本申请提出了一种用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备，包括：

上平台，其包括：多个第一支链，每个所述第一支链为P-R-S副连接；所述P-R-S副包括：移动副P副、第一转动副R副以及球副S副，其中，所述第一转动副R副安装在所述移动副P副上，所述球副S副安装在所述第一转动副R副上；多个所述第一支链的末端安装在同一末端连接件上；

下平台，其包括：多个第二支链，每个所述第二支链包括多个第二转动副R副串联；

其中，所述上平台安装在所述下平台上。

可选地，上述的用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备，其中，所述移动副P副包括：第一驱动电机、联轴器、第一导轨、滚珠丝杠以及第一滑块，所述第一驱动电机通过所述联轴器与安装在所述第一导轨上的滚珠丝杠连接并驱动所述滚珠丝杠转动并带动所述滚珠丝杠上的第一滑块上下移动，其中，所述第一滑块安装在所述滚珠丝杠上。

可选地，上述的用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备，其中，所述第一转动副R副安装在所述第一滑块上。

可选地，上述的用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备，其中，所述球副S副包括：多个转动轴线相交于一点而构成的第一等效S副、第二等效S副以及第三等效S副，其中，所述第一等效S副、所述第二等效S副以及所述第三等效S副均安装在所述转动副R副上。

可选地，上述的用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备，其中，所述末端连接件上还安装有用于检测接触力和接触力矩的六维力与力矩传感器。

可选地，上述的用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备，其中，所述第二转动副R副包括：第一R副、第二R副以及第三R副，其中，所述第一R副转动安装在第二机架上，所述第一R副通过内连杆传递旋转运动，所述内连杆通过第二R副与外连杆连接，所述外连杆通过第三R副与承载平台转动连接。

可选地，上述的用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备，其中，所述下平台还包括：转动轴支撑座，多个所述第一R副安装在所述转动轴支撑座上；和/或，还包括：用于驱动多个所述第一R副转动的第二驱动电机；和/或，还包括：支撑架，所述支撑架用于安装所述第二驱动电机。

可选地，上述的用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备，其中，多个所述第一R副的转动轴线相重合设置。

可选地，上述的用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备，所述第一支链的设置数量为三个，所述上平台包括：3PRS机构，所述3PRS机构具有一个竖直方向的移动自由度和两个平面内的转动自由度，即三个自由度；所述第二支链的设置数量为三个，所述下平台包括：3RRR机构，所述3RRR机构具有横向移动、纵向移动和绕竖直方向转动，即三个自由度；所述双平台设备具有六个自由度。

可选地，上述的用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备，其中，所述上平台通过第一机架与箱体连接，所述箱体安装在所述下平台上；

和/或，所述下平台通过第二机架安装在电器柜上；

和/或，所述箱体内安装有第一驱动控制器、第一散热风扇以及第一传感器主板；

和/或，所述电器柜内安装有第二驱动控制器、第二散热风扇以及第二传感器主板；

和/或，所述电器柜采用封装箱体形式，其侧面还设置有外设接口、急停开关、状态显示灯以及电源和控制开关。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

本申请上平台和下平台具有多个自由度，可高精度，高效率地执行需要多个自由度方可完成的空间装配任务，在实际生产过程中，大量简单的装配任务需要被高精度地重复执行，例如常见的3C行业的内存条装卡、螺栓拧紧等工序，鼠标接收器与电池装配等均可以通过本申请执行此类装配任务；本申请还具有自由度高、精度高，速度快，运动灵活，能够重复执行装配动作等优势。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1：本申请一实施例用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备的立体图；

图2：本申请一实施例中上平台的结构示意图；

图3：本申请一实施例中下平台的结构示意图；

图4：本申请一实施例中3PRS机构的运动示意图；

图5：本申请一实施例中3PRS机构的简图；

图6：本申请一实施例中3PRS机构的原理图；

图7：本申请一实施例中3RRR机构的运动示意图；

图8：本申请一实施例中3RRR机构的简图；

图9：本申请一实施例中3RRR机构的原理图；

图10：本申请一实施例用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备的运动示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1至图3所示，在本申请的其中一个实施例中，一种用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备，包括：

上平台1，其包括：多个第一支链，每个所述第一支链为P-R-S副(P：移动副；R：旋转副；S：球副)连接；所述P-R-S副包括：移动副P副、第一转动副R副15以及球副S副，其中，所述第一转动副R副15安装在所述移动副P副上，所述球副S副安装在所述第一转动副R副15上；多个所述第一支链的末端安装在同一末端连接件110上；

下平台2，其包括：多个第二支链，每个所述第二支链包括多个第二转动副R副串联；在所述下平台2上还安装有承载平台21；

其中，所述上平台1安装在所述下平台2上。

本实施例上平台1和下平台2具有多个自由度，可高精度，高效率地执行需要多个自由度方可完成的空间装配任务，在实际生产过程中，大量简单的装配任务需要被高精度地重复执行，例如常见的3C行业的内存条装卡、螺栓拧紧等工序，鼠标接收器与电池装配等均可以通过本实施例执行此类装配任务；本实施例还具有自由度高、精度高，速度快，运动灵活，能够重复执行装配动作等优势。

进一步地，其中，上平台1具有上下移动、绕横向转动、绕纵向转动共三个运动自由度，下平台2具有横向移动、纵向移动和绕竖直方向转动共三个运动自由度。本实施例以上平台1具有三个自由度，下平台2具有三个自由度进行举例说明。

在具体应用时，装配对象和工件可放置于所述承载平台21上，利用一定的工装固定装配母件。通过下平台2的横向、纵向移动和绕竖直方向转动，可以以较高精度定位装配位置和取件位置。

其中，在本实施例中，如图2所述，所述移动副P副包括：第一驱动电机11、联轴器12、第一导轨13、滚珠丝杠以及第一滑块14，所述第一驱动电机11通过所述联轴器12与安装在所述第一导轨13上的滚珠丝杠连接并驱动所述滚珠丝杠转动并带动滚珠丝杠上的第一滑块14上下运动，所述第一滑块14安装在所述滚珠丝杠上。其中，所述移动副P副为主动副，由对应的所述第一驱动电机11通过所述联轴器12与安装在所述第一导轨13上的所述滚珠丝杠连接，从而驱动所述滚珠丝杠旋转，带动所述滚珠丝杠上的所述第一滑块14上下移动。其中，三条所述第一支链对称分布且结构完全一致，三条所述第一支链的主动副均为P副，其由对应的三个电机进行驱动，并通过所述滚珠丝杠将旋转运动转化为直线移动。

可选地，所述第一滑块14优选地采用滑块螺母。

所述转动副R副15安装在所述第一滑块14上。其中，所述转动副R副15为被动副。

所述球副S副包括：多个转动轴线相交于一点而构成的第一等效S副16、第二等效S副17以及第三等效S副18，其中，所述第一等效S副16、所述第二等效S副17以及所述第三等效S副18均安装在所述转动副R副上。其中，球副S副为被动副。

还需要说明地是，所述球副S副并非传统的完整独立的S副。具体地，当三个转动副的转动轴线相交于一点时，在机构学上认为其运动表现以及计算方式均与S副等效，因此称为等效球铰副(S副)。

多个所述第一支链的末端安装在同一末端连接件110上，进一步地，所述第一等效S副16、第二等效S副17以及第三等效S副18的末端共同安装在同一个所述末端连接件110上。

进一步地，为提高装配过程中的精度与效率，同时提高装配过程的容错性，所述末端连接件110上还安装有用于检测接触力和接触力矩的六维力与力矩传感器111，从而在装配过程中通过检测到的力实时反馈并对装配过程加以控制。同时，可以在上平台1搭配视觉设备进行辅助视觉定位，进一步提高自动化装配水平。

可选地，根据具体装配任务所需，在所述六维力与力矩传感器111下方安装特定的末端执行器。由于上平台1可以上、下移动，并具有绕横向的转动和绕纵向的转动，因此可控制所述的上平台1使末端执行器抓取和安放被装配件。

其中，在本实施例中，如图1所示，所述上平台1通过第一机架19与箱体3连接，所述箱体3安装在所述下平台2上。进一步地，可选地，所述箱体3内安装有第一驱动控制器、第一散热风扇以及第一传感器主板。

如图3所示，所述第二转动副R副包括：第一R副27、第二R副以及第三R副，其中，所述第一R副27转动安装在第二机架28上，所述第一R副27通过内连杆24传递旋转运动，所述内连杆24通过第二R副与外连杆22连接，所述外连杆22通过第三R副与承载平台21转动连接。其中，所述第一R副27为主动副，所述第二R副和所述第三R副为被动副。

进一步优选地，在本实施例中，所述第二转动副R副优选地设置有三个，其中，每个所述第二转动副R副由单独的且与其对应设置的第二驱动电机25驱动。进一步优选地，所述第二驱动电机25用于驱动所述第一R副27，其中，所述第一驱动电机还配置有与其匹配的第二传动皮带26。

所述第二R副包括但不限于：连接轴23，上述仅为举例说明。

进一步地，所述下平台还包括：转动轴支撑座29，多个所述第一R副27安装在所述转动轴支撑座29上，所述转动轴支撑座29主要起安装支撑作用。进一步优选地，在本实施例中，所述第一R副27(主动副)设置有三个，三个所述第一R副27的转动轴线相重合设置，三个主动副分别独立的由其对应的第二驱动电机25进行驱动。

所述下平台2还包括：支撑架210，所述支撑架210用于安装所述第二驱动电机25。

其中，在本实施例中，三个所述第二驱动电机25对称120°分布，对应设计了三根对应与之对应的支撑架210。当然，所述支撑架210还可设置为一体成型结构。

进一步地，在本实施例中，所述下平台2通过第二机架28安装在电器柜4上，所述电器柜4内安装有第二驱动控制器、第二散热风扇以及第二传感器主板。

进一步可选地，所述电器柜4采用封装箱体3形式，其侧面还设置有外设接口、急停开关、状态显示灯以及电源和控制开关。

在执行装配任务时，对装配工件和被装配母件的定位，可根据确定的固定位置进行测量和定位，也可使用视觉定位设备。该六自由度双运动平台支持搭载工业视觉相机进行定位和工件检测，使装配流程更加智能化。

进一步优选地，所述第一支链的设置数量为三个，所述上平台1包括：3PRS机构，所述3PRS机构具有一个竖直方向的移动自由度和两个平面内的转动自由度，即三个自由度；所述第二支链的设置数量为三个，所述下平台2包括：3RRR机构，所述3RRR机构具有横向移动、纵向移动和绕竖直方向转动，即三个自由度；所述双平台设备具有完备的空间六个自由度。

具体地，所述的上平台1的具有上下移动、绕横向的转动和绕纵向的转动共三个运动自由度，此三个运动自由度是通过3-PRS机构实现的，即三个P-R-S副构成的支链并联而成。在所述的每个第一支链中，移动副P副为主动副，其由对应的第一驱动电机11驱动，第一驱动电机11带动滚珠丝杠旋转，安装在滚珠丝杠上的第一滑块14则实现直线移动，从而构成了P副。在每个丝杠螺母的外侧通过轴承等设计了一个对应的旋转副R副15。在旋转副R副15之下通过三个旋转轴线相交于一点的第一等效S副16、第二等效S副17、第三等效S副18构成一个等效球铰副S副。三个第一支链的末端S副并联在一个共同的末端连接件110上。

所述的下平台2具有横向移动、纵向移动和绕竖直方向旋转共三个运动自由度，此三个运动自由度是通过3-RRR机构实现的，即三个R-R-R副构成的支链并联而成。其中，三个第二支链的第一R副27均为主动副，且三个主动副的转动轴线重合。所述的第二驱动电机25和所述第二传动皮带26驱动三个转动轴，其轴线均位于第一R副27处。每个第二支链上的三个转动副分别位于第二驱动电机25和带传动驱动的主动轴第一R副27处、内连杆24与外连杆22连接的连杆轴23处、外连杆22与承载平台21连接处。

本实施例3PRS-3RRR双平台用于装配流程的具体实施方式：

将装配母件和待装配件固定在下平台2的承载平台21上，控制下平台2的三个第二驱动电机25可驱动承载平台21进行横向移动、纵向移动和绕竖直方向的转动等三个维度下的运动，从而使待装配件位置和朝向正对于上平台的末端执行器。

控制上平台1的三个第一驱动电机11可以驱动上平台1的末端执行器进行上下移动、绕横轴的转动和绕纵轴的转动等三个维度的运动，从而进一步调整末端执行器的姿态和位置，方便末端执行器能够取放待装配件。

协调控制上平台1的三个第一驱动电机11和下平台2的三个第二驱动电机25，通过确定的位置和姿态关系，使待装配件装入装配母件。

此装配过程中，利用所述的六维力与力传感器111可以对接触时产生的力和力矩进行测量，从而对移动过程进行反馈控制。同时，还可以利用传感器111检测到的力和力矩的大小判断装配过程是否完成。

注意，在不同的装配任务下，末端执行器可进行相应的改变和替换。例如在内存条装配过程中，可采用电动夹爪作为末端执行器。而在螺栓装配过程中，一种可替换的方案为使用内部带有强磁的与螺栓型号对应的套筒。

在执行装配任务时，对待装配件和装配母件的定位，可根据确定的固定位置进行测量和定位，也可使用视觉定位设备。该六自由度双运动平台支持搭载工业视觉相机进行定位和工件检测，使装配流程更加智能化。

下文将对本实施例的控制过程进行详细说明。

其中，针对3PRS运动学：

如图4至图6所示，3PRS机构具有一个竖直方向的移动自由度和两个平面内的转动自由度，其原理图如图6所示，机构由3条支链组成，每条支链由移动副P副、转动副R副15、球副S副组成。建立如下图中所示的基坐标系O_u-xyz，并在末端平台上建立末端随动坐标系O′_u-x′y′z′。

设末端平台在固定坐标系O_u-xyz下的位姿为

姿态采用ZYZ欧拉角表示。3PRS机构具有三个独立的自由度，可用z、φ、θ来表示，而末端位姿具有六个参数，故末端位姿参数非相互独立，其他三个参数与z、φ、θ具有关联性。由3PRS的自由度性质知，机构只能沿其竖直方向移动，不存在其他方向的移动自由度，故末端位姿的x、y方向的位移始终为0。为求得参数

与已知参数φ、θ的相互关系，假设末端平台在

姿态下的旋转矩阵为R，末端球副S副分布在半径为r的圆上，则

S副i在基坐标系下的中心坐标a_i可表示如下：

a_i＝p+Ra_i′   (2)

其中，p＝[x y z]^T，

a′₂＝[0 r 0]^T

末端参数非独立与机构的构型有关，由构型布置易知，3条支链的连杆只能绕支链的转动副R副15旋转，故连杆末端的球副S副只能在与转动副R副15转轴垂直的确定平面内运动。由以上几何性质，可得到球铰坐标间的关联性，如下式所示：

联合式(1)、(2)、(3)求解并整理化简得到各参数之间的关系如下：

采用ZYZ欧拉角表示的旋转矩阵R为：

结合式(4)与(5)知，参数

与已知参数φ、θ的相互关系为：

综合以上分析，3PRS的末端位姿可用X＝[x y z φ θ -φ]表示。

根据图6可构建各支链的矢量闭环方程：

p+a_i＝c_i+q_ie_i+l_i(i＝1,2,3)   (7)

其中，a_i＝Ra_i′，R为末端位姿转换矩阵，a′_i为末端随动坐标系下第iS副中心的位置。

将式(7)中左右元素移动变换后，令N_i＝p+a_i-c_i，可得下式：

l_i＝N_i-q_ie_i   (8)

等式(8)两边取平方后整理可得：

方程(9)中，当末端位姿给定时，除qi外其他参数皆已知，故方程为一元二次方程，利用一元二次方程求解公式可得：

方程存在两个解，对应的物理意义为，当给定末端位姿时，存在两组不同的驱动输入解。当给定机构的初始状态时，便可以确认正负号的取值。在保证机构运动过程中不超越此奇异点，便可保证正负号不变。在如图6所示的构型布置及坐标系下，将初始位姿X＝[0 00 0 0 0]带入式(10)中可得方程的解取负号，即

至此，通过几何关系计算得到了机构任意末端位姿对应的唯一驱动输入解，方程(11)即为3-PRS机构的运动学反解。

其中，针对3RRR运动学：

如图7至图9所示，3-RRR机构为平面运动机构，具有一个绕竖直方向的转动自由度和两个平面内的移动自由度，其原理图如图9所示(为便于描述，将共轴的三个主动副(第一R副27)分开绘制为C_i)，机构由3条第二支链组成，每条第二支链由三个转动副组成。建立下图中所示的平面基坐标系O_d-xy，并在末端平台上建立末端平面随动坐标系O′_d-x′y′。

设末端平台在基坐标系O_d-xy下的位姿为X＝[x y θ]，末端平台上由三个均匀分布转动副组成的圆形半径为a，基座上由三个均匀分布转动副组成的圆形半径为为b，驱动输入的转角分别为

则末端平面随动坐标系O′_d-x′y′下A_i的坐标为：

A′₃[0 a]^T

则平面基坐标系O_d-xy下C_i、B_i与A_i的坐标为：

依据机构的几何关系，知每条第二支链满足|A_iB_i|＝|L₂|，可得到如下关系式：

其中，各参数含义如下，x、y、θ、a、b为已知量：

D₃＝x-asinθ

E₃＝y+acosθ-b

化简(13)式中各项得到

的求解表达式：

由式(14)知3-RRR机构在某一确定位姿下每条第二支链的输入具有两解，对应分布于上图中A_iC_i连线的两侧，具体求解取值时需根据连杆的初始位置确定。

至此，通过几何关系计算得到了机构任意末端位姿对应的唯一驱动输入解，方程(14)即为3-RRR机构的运动学反解。

如图10所示，本实施例3PRS-3RRR***运动学的工作原理如下所示：

在3-PRS操作装置上建立上平台1基坐标系O_u-xyz与上平台1动坐标系O′_u-x′y′z′，在3-RRR工作平台上建立局部基坐标系O_d-xyz与下平台2动坐标系O′_d-x′y′z′，其中，O_u-xyz与O_d-xyz的z轴共轴，x与y轴平行且共面，初始状态下，坐标系O_d-xyz与O′_d-x′y′z′完全重合。O_B-XYZ为联合平台的全局基坐标系，其建立在下平台2的末端平台上，随3-RRR机构的末端平台运动而运动，初始状态下与O′_u-x′y′z′重合。

整个工作平台具有6个自由度，上下组合运动可形成具有位置与姿态自由度的全自由度机构。工作平台拥有6个输入，分别为上平台1的3个移动输入与下平台2的3个转动输入，设为

根据机构学理论知，工作平台输入数目与输出自由度数目同，可实现对所有输出的控制。为构建上下平台2间的相对运动关系，取随3-RRR机构的末端平台运动的坐标系O_B-XYZ作为工作平台的基坐标系，上平台1的末端平台上的局部坐标系O′_u-x′y′z′作为工作平台的动坐标系，在此坐标规定下求解上下末端平台间的相对运动关系。

机构组合的位置反解问题可转换为末端位姿的分配问题。设上末端平台在坐标系O_B-XYZ下的位姿可表示为X＝[x y z α β γ]^T，对应的齐次变换矩阵^BT_u′表示。同样的，设上平台1末端动坐标系O′_u-x′y′z′在坐标系O_u-xyz下的位姿表示为^uT_u′，下平台2末端动坐标系O′_d-x′y′z′在坐标系O_d-xyz下的位姿表示为^dT_d′，坐标系O_u-xyz向坐标系O_d-xyz的齐次变换矩阵为^dT_u，O′_d-x′y′z′坐标系向全局基坐标系O_B-XYZ的齐次变换矩阵为^BT_d′，则上平台1末端的位姿在全局基坐标系O_B-XYZ下的表示可由下式计算得出：

^BT_u′＝^BT_d′[^dT_d′]^-1dT_u ^uT_u′   (15)

为了表示方便与便于直观理解末端的姿态，末端姿态采用依次绕空间坐标轴XYZ旋转的欧拉角方法表示。由于平面转角只能由上平台1实现，而上平台1的位姿实现与其位置耦合，故需根据上平台1需实现的输出先确定上平台1的六维空间输出，再将剩余位置与位姿交由下平台2实现，同时下平台2补偿上平台1产生的伴随运动量。具***姿分配过程如下：

(1)下平台2与上平台1在初始状态下两者基坐标系的z轴共轴，且下平台2仅能绕z轴方向旋转。若上平台1采用先绕Z轴旋转的欧拉角表示，且位姿[αβγ]采用同样的欧拉角表示，则利用上下平台初始状态下z轴共轴关系可方便的将位姿[αβγ]中需由下平台2实现的部分分配至下平台2。设上述上平台1在坐标系O_u-xyz下的位姿采用ZYZ欧拉角表示为

为统一表示方法，将位姿[αβγ]转换为ZYZ欧拉角表示为

则位姿可表示为

(2)上平台1伴随运动求解。位姿

中位置z、第二欧拉角θ及第三欧拉角

可由上平台1唯一实现，即z_u＝z、θ_u＝θ、

但由于约束关系上平台1产生绕O_u-xyz坐标系z轴旋转的伴随运动φ_u、位移x_u与y_u。伴随运动中的位移部分需转换至基坐标系O_B-XYZ中，以方便下平台2进行位移补偿。设O_d-xyz至O_B-XYZ的旋转矩阵为^BR_u，则伴随位移在全局基坐标系中表示为

(3)下平台2运动分量求解。设下平台2在坐标系O_d-xyz下的位姿为[x_d y_d φ_d]^T，则转角φ_d＝φ-φ_u。设坐标系O_B-XYZ至坐标系O_d-xyz的旋转矩阵为^dR_B，则下平台2的位移量可表示为

位姿变换^dR_B和^BR_u用ZYZ欧拉角表示为[-φ_d -π 0]^T和[-φ_d 0 0]^T。

(4)上平台1和下平台2运动学逆解求解。经过以上求解分析，可将位姿X＝[x y zα β γ]^T分解为上下平台的位姿输出，通过原机构的运动学逆解可求得上下平台要求的输入。

至此，通过位置与姿态的分配得到了给定上末端平台相对下末端平台的位姿时，上下平台的6个输入量大小，此时通过控制与此六个输入量对应的驱动电机，即可实现上下平台明确的协调运动。

本申请上平台和下平台具有多个自由度，可高精度，高效率地执行需要多个自由度方可完成的空间装配任务，在实际生产过程中，大量简单的装配任务需要被高精度地重复执行，例如常见的3C行业的内存条装卡、螺栓拧紧等工序，鼠标接收器与电池装配等均可以通过本申请执行此类装配任务；本申请还具有自由度高、精度高，速度快，运动灵活，能够重复执行装配动作等优势。在本申请中，可选地，上平台具有一移两转三个自由度，下平台具有横向、纵向移动以及绕竖直轴旋转三个自由度，故该设备整体具有六个自由度；可在上下平台安装装配用末端执行器，并可为其配备力觉与视觉等智能传感器，实现高精度和高效率的智能装配；此外，该五自由度运动平台可以搭配视觉、力觉传感器使用，实现自动化定位和力控装配。在具体应用时，装配对象和工件可放置于所述承载平台上，利用一定的工装固定装配母件。通过下平台的横向、纵向移动以及绕竖直轴旋转，可以以较高精度定位装配位置和取件位置。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备，其特征在于，包括：

上平台，其包括：多个第一支链，每个所述第一支链为P-R-S副连接；所述P-R-S副包括：移动副P副、第一转动副R副以及球副S副，其中，所述第一转动副R副安装在所述移动副P副上，所述球副S副安装在所述第一转动副R副上；多个所述第一支链的末端安装在同一末端连接件上；

下平台，其包括：多个第二支链，每个所述第二支链包括多个第二转动副R副串联；

其中，所述上平台安装在所述下平台上；

所述球副S副包括：多个转动轴线相交于一点而构成的第一等效S副、第二等效S副以及第三等效S副，其中，所述第一等效S副、所述第二等效S副以及所述第三等效S副均安装在所述转动副R副上。

2.根据权利要求1所述的用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备，其特征在于，所述移动副P副包括：第一驱动电机、联轴器、第一导轨、滚珠丝杠以及第一滑块，所述第一驱动电机通过所述联轴器与安装在所述第一导轨上的滚珠丝杠连接并驱动所述滚珠丝杠转动并带动所述滚珠丝杠上的第一滑块上下移动，其中，所述第一滑块安装在所述滚珠丝杠上。

3.根据权利要求2所述的用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备，其特征在于，所述第一转动副R副安装在所述第一滑块上。

4.根据权利要求1所述的用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备，其特征在于，所述末端连接件上还安装有用于检测接触力和接触力矩的六维力与力矩传感器。

5.根据权利要求1所述的用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备，其特征在于，所述第二转动副R副包括：第一R副、第二R副以及第三R副，其中，所述第一R副转动安装在第二机架上，所述第一R副通过内连杆传递旋转运动，所述内连杆通过第二R副与外连杆连接，所述外连杆通过第三R副与承载平台转动连接。

6.根据权利要求5所述的用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备，其特征在于，所述下平台还包括：转动轴支撑座，多个所述第一R副安装在所述转动轴支撑座上；和/或，还包括：用于驱动多个所述第一R副转动的第二驱动电机；和/或，还包括：支撑架，所述支撑架用于安装所述第二驱动电机。

7.根据权利要求5所述的用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备，其特征在于，多个所述第一R副的转动轴线相重合设置。

8.根据权利要求1至7任一项所述的用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备，其特征在于，所述第一支链的设置数量为三个，所述上平台包括：3PRS机构，所述3PRS机构具有一个竖直方向的移动自由度和两个平面内的转动自由度，即三个自由度；所述第二支链的设置数量为三个，所述下平台包括：3RRR机构，所述3RRR机构具有横向移动、纵向移动和绕竖直方向转动，即三个自由度；所述双平台设备具有完备的空间六个自由度。

9.根据权利要求1至7任一项所述的用于智能装配的3PRS-3RRR双平台设备，其特征在于，

所述上平台通过第一机架与箱体连接，所述箱体安装在所述下平台上；

和/或，所述下平台通过第二机架安装在电器柜上；

和/或，所述箱体内安装有第一驱动控制器、第一散热风扇以及第一传感器主板；

和/或，所述电器柜内安装有第二驱动控制器、第二散热风扇以及第二传感器主板；

和/或，所述电器柜采用封装箱体形式，其侧面还设置有外设接口、急停开关、状态显示灯以及电源和控制开关。

Images