一种用于板块拼接的七自由度-三支链并联对称机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及并联机构学领域，特别涉及一种用于板块拼接的七自由度-三支链并联对称机构。
【背景技术】
[0002]针对地面或空间任务中将大量板块单元拼接为大面积-大跨度的平面、抛物面或其他目标曲面的任务需求，当前一般采用专用工装、机械臂或多臂机器人实现板块的拾取和定位调节。(1)采用专用工装可以实现高精度、高刚度的定位调节，但需要随拼接进程不断重复“移动工装-在新的拼接工位重新定位工装”这一操作，或者将已组装好整体结构重新进行位姿调节以取代工装的移动，上述过程显然会导致拼接效率低，重新定位工装的系统结构复杂。(2)采用特殊设计的机械臂或多臂机器人可以实现机器人本体在不同拼接工位的移动，但由于串联机构的精度、刚度较并联机构差，难以在轻量化设计的前提下同时满足亚毫米级的高精度、高刚度拼接要求。(3)采用现有的多种多样的并联机构(如steward平台，delta机构等)可以实现高精度、高刚度的定位调节，但存在如下弱点:一方面其动平台的运动包络小难以满足大面积板块结构(直径大于3米)的拾取、移动和定位操作，另一方面也不具备在不同板块之间移动行走的功能。
[0003]目前的文献和产品中没有集移动-定位功能于一体的，可实现高精度-高刚度-高效率板块拼接的执行机构。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种用于板块拼接的七自由度-三支链并联对称机构，以解决现有的板块拼接机构运动包络小一级不具备不同板块间移动功能的问题。
[0005]为实现上述目的，本发明提供了一种用于板块拼接的七自由度-三支链并联对称机构，包括上平台、下平台、连接所述上平台及下平台的三支链；
[0006]所述三支链包括第一支链、第二支链及第三支链，第三支链的两端分别与并联的第一支链及第二支链的两端相连，其中，第一支链由依次相连的第一球副、平移副、第二球副组成，第二支链的结构与第一支链相同，第三支链由依次相连的第一旋转副、第二旋转副、第三旋转副、第四旋转副及第五旋转副组成，其中，第一球副、第二球副结构相同，第一旋转副、第二旋转副、第三旋转副、第四旋转副及第五旋转副结构相同；
[0007]所述上平台及下平台分别位于第一支链及第二支链的两端，所述上平台及下平台关于所述三支链的中心截面镜像对称，所述上平台的中心法线方向上设有上旋转副，所述下平台的中心法线方向上设有下旋转副；
[0008]其中，所述上旋转副及下旋转副上设有用于拾取板块的末端工具。
[0009]较佳地，所述平移副与直线电机相连，由直线电机驱动；所述第一旋转副、第三旋转副、第五旋转副分别与旋转电机相连，由旋转电机驱动；所述上旋转副及下旋转副分别与旋转电机相连，由旋转电机驱动。
[0010]较佳地，所述第一支链、第二支链关于上旋转副轴线与下旋转副轴线构成的平面镜像对称。
[0011]较佳地，所述上旋转副轴线延长线穿过第二旋转副的中心，下旋转副轴线延长线穿过第四旋转副的中心。
[0012]较佳地，所述末端工具为磁吸式末端工具、负压式末端工具、两指/三指/四指钳夹式末端工具。
[0013]本发明提供的用于板块拼接的七自由度-三支链并联对称机构具有以下技术效果:
[0014]1)通过三支链并联机构实现高精度和高刚度要求；
[0015]2)通过上平台、下平台之间的两重镜像对称设计，在不增加系统复杂性的条件下实现连续、高效的移动和定位。
【附图说明】
[0016]图1为本发明优选实施例提供的七自由度-三支链并联对称机构斜视图；
[0017]图2为本发明优选实施例提供的七自由度-三支链并联对称机构的几何关系示意图。
【具体实施方式】
[0018]为更好地说明本发明，兹以一优选实施例，并配合附图对本发明作详细说明，具体如下:
[0019]如图1所示，本实施例提供的七自由度-三支链并联对称机构，包括上平台1、下平台2、连接上平台1及下平台2的三支链3。其中，上平台1及下平台2采用2SPS+RRRRR形式的三支链3连接。具体地，三支链包括第一支链31、第二支链32及第三支链33。第一支链31、第二支链32结构相同且并联设置，其均为2SPS支链，第一支链31由依次相连的球副311、平移副312、球副313 (图中未示出)组成，第二支链32分别包括球副321、平移副322、球副323 ;第三支链33为RRRRR支链，且第三支链33的两端分别与并联的第一支链31及第二支链32的两端相连，具体由依次相连的第一旋转副331、第二旋转副332、第三旋转副333、第四旋转副334及第五旋转副335组成。进一步地，如图1所示，平移副312的两端分别通过一连接杆与球副311、球副313相连，同样地，平移副322的两端分别通过一连接杆与球副321、球副323相连；第二旋转副332与第三旋转副333之间通过一连接杆相连，第三旋转副333与第四旋转副334之间也通过一连接杆相连。其中，球副311、球副313、球副321、球副323的结构相同，平移副312、平移副322的结构相同，第一旋转副331、第二旋转副332、第三旋转副333、第四旋转副334及第五旋转副335结构相同。
[0020]如图1所示，上平台1的中心法线方向上设有上旋转副11，下平台2的中心法线方向上设有下旋转副21 ;上旋转副11及下旋转副21上分别设有用于拾取板块的末端工具12,22ο该末端工具12、22可以为磁吸式末端工具、负压式末端工具、两指/三指/四指钳夹式末端工具中的任意一种，或由本领域技术人员根据板块结构及接口特性设置为其他形式的可拾取拼接块的末端工具。
[0021]如图2所示，上平台1及下平台2的结构相同，上平台1及下平台2分别位于第一支链31及第二支链32的两端，且关于三支链3的中心截面镜像对称，第一支链31、第二支链32关于上旋转副11的轴线与下旋转副21的轴线构成的平面镜像对称。上旋转副11轴线延长线穿过第二旋转副332的中心，下旋转副21轴线延长线穿过第四旋转副334的中心。上述几何关系的设置，可以更好地简化并联机构的逆解算法，便于控制器进行板块拼接工作。
[0022]该七自由度-三支链并联对称机构中，三支链3中的平移副312、平移副322分别与直线电机相连，由直线电机驱动，第一旋转副331、第三旋转副333及第五旋转副335分别与旋转电机相连，由旋转电机驱动，因此三支链3具有5个自由度；上平台1及下平台2的上旋转副11及下旋转副21也分别与旋转电机相连，由旋转电机驱动，具有2个自由度。综上所述，该七自由度-三支链并联对称机构共计具有7个自由度，可以灵活、快速地实现位姿的调节。
[0023]由于该并联机构的上平台1、下平台2之间具有对称性，其中的三支链3本身也具有对称性，所以上平台1、下平台2之间具有互换性，即上平台1、下平台2均可交替承担定位基座和末端抓手的角色。例如当拼接第N个板块时，上平台1作为静平台固定在已经拼接完毕的第N-1个板块上，下平台2作为动平台拾取、移动并定位第N个板块；当第N个板块拼接完毕再拼接第N+1个板块时，下平台2便转为静平台继续固定在已经拼接完毕的第N个板块上，上平台1则松开第N-1个板块而转为动平台拾取、移动并定位第N+1个板块……依次循环完成多个板块的拼接。如此上平台1、下平台2依次交替作为静平台和动平台且不断重复，在完成板块单元的拾取、移动和定位的同时实现并联机构本身在不同板块单元之间的移动功能，且整个过程连续高效，而无需借助外部系统。
[0024]该七自由度-三支链并联对称机构，通过并联三支链实现高精度、高刚度的定位调节功能，再通过上平台、下平台之间的镜射对称设计，在不增加系统复杂性的条件下实现连续、高效的移动功能，可实现高精度-高刚度-高效率的板块单元连续拼接。
[0025]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对本发明所做的变形或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种用于板块拼接的七自由度-三支链并联对称机构，其特征在于，包括上平台、下平台、连接所述上平台及下平台的三支链； 所述三支链包括第一支链、第二支链及第三支链，第三支链的两端分别与并联的第一支链及第二支链的两端相连，其中，第一支链由依次相连的第一球副、平移副、第二球副组成，第二支链的结构与第一支链相同，第三支链由依次相连的第一旋转副、第二旋转副、第三旋转副、第四旋转副及第五旋转副组成，其中，第一球副、第二球副结构相同，第一旋转副、第二旋转副、第三旋转副、第四旋转副及第五旋转副结构相同； 所述上平台及下平台分别位于第一支链及第二支链的两端，所述上平台及下平台关于所述三支链的中心截面镜像对称，所述上平台的中心法线方向上设有上旋转副，所述下平台的中心法线方向上设有下旋转副； 其中，所述上旋转副及下旋转副上设有用于拾取板块的末端工具。2.根据权利要求1所述的用于板块拼接的七自由度-三支链并联对称机构，其特征在于，所述平移副与直线电机相连，由直线电机驱动；所述第一旋转副、第三旋转副、第五旋转副分别与旋转电机相连，由旋转电机驱动；所述上旋转副及下旋转副分别与旋转电机相连，由旋转电机驱动。3.根据权利要求1所述的用于板块拼接的七自由度-三支链并联对称机构，其特征在于，所述第一支链、第二支链关于上旋转副轴线与下旋转副轴线构成的平面镜像对称。4.根据权利要求1所述的用于板块拼接的七自由度-三支链并联对称机构，其特征在于，所述上旋转副轴线延长线穿过第二旋转副的中心，下旋转副轴线延长线穿过第四旋转副的中心。5.根据权利要求1所述的用于板块拼接的七自由度-三支链并联对称机构，其特征在于，所述末端工具为磁吸式末端工具、负压式末端工具、两指/三指/四指钳夹式末端工具。
【专利摘要】本发明提供了一种用于板块拼接的七自由度-三支链并联对称机构，该并联机构的上平台1和下平台2相同，其中心法线方向分别设有由电机驱动的上旋转副和下旋转副；上平台与下平台之间由2SPS+RRRRR三支链连接，其中两条2SPS支链由两端的球副和中间直线电机驱动的平移副组成；第3条RRRRR支链由5个旋转副构成，第三支链的第一、第三和第五个旋转副由电机驱动。该机构的上平台和下平台之间、三支链本身均具有镜射对称特征，通过并联的三支链实现高精度和高刚度定位，再通过上平台、下平台之间镜射对称特征，在不增加系统复杂性的条件下实现连续、高效的移动。
【IPC分类】B23P19/00, B25J9/00
【公开号】CN105328693
【申请号】CN201510626821
【发明人】曾令斌, 付成龙, 冯瑞, 秦礼, 张玲瑄, 刘天明, 彭福军, 陈萌
【申请人】上海宇航系统工程研究所
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年9月28日