[發明專利]空間多自由度的并聯柔順裝置

有效

• 申請號: 201810164524.2
• 申請日: 2018-02-27
• 公開（公告）號: CN108436887B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 趙勇;章平;余覺;王皓;王力;黃順舟
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種空間多自由度的并聯柔順裝置，包括：基座、用于為執行機構提供支撐的動平臺以及兩端分別與基座和動平臺相連的三根UPU型支鏈以及至少三根SPS型支鏈，其中：UPU型支鏈和SPS型支鏈交替布置于動平臺和基座之間，所有支鏈在空間延長線交匯于一點，即所述柔順裝置的末端操作點，在該末端操作點處，所述柔順裝置僅具有空間純平移的柔順特性。本裝置可以對空間的任意方向的作用力產生自然的順應，可提高機器人系統在復雜環境中作業時的安全性，并保障機器人?環境發生物理接觸的作業任務的順利實施。

技術領域

本發明涉及的是一種機器人領域的技術，具體是一種空間多自由度的并聯柔順裝置。

背景技術

現有的機器人柔順裝置很多都只具有單自由度方向的順應特性，不能充分保護機器人面對環境交互操作的過程中可能受到意外的撞擊時的安全性。從力控制的角度來說，空間多自由度的柔順能力，一定程度上也可以加強柔順裝置在任意方向進行力控制的靈活性。

發明內容

本發明針對現有單自由度機器人柔性順應裝置存在的一些不足，提出一種空間多自由度的并聯柔順裝置，該裝置的末端操作點處具有空間純平移的剛度特性，可以對空間的任意方向的作用力產生自然的順應，設置于機器人手臂和執行機構之間，可提高機器人系統在復雜環境中作業時的安全性，并保障機器人-環境發生物理接觸的作業任務的順利實施。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明包括：基座、用于為執行機構提供支撐的動平臺以及兩端分別與基座和動平臺相連的三根UPU型支鏈以及至少三根SPS型支鏈，其中：UPU型支鏈和SPS型支鏈交替布置于動平臺和基座之間，所有支鏈在空間延長線交匯于一點，即所述柔順裝置的末端操作點，在該末端操作點處，所述柔順裝置僅具有空間純平移的柔順特性。

所述的動平臺與基座共軸放置，且各支鏈與基座、動平臺的鉸支點都圍繞柔順裝置的軸線呈均勻圓周布置，因此各支鏈與基座平面的傾斜角度均相等，在靜態下優化的設計為60°。支鏈的傾斜角越大，其垂向剛度越強而側向剛度越弱。在不同的工況條件下，可以采用不同的初始傾角，以滿足不同的垂向和側向剛度條件。

所述的并聯柔順裝置通過三根并聯連接的UPU支鏈，使動平臺相對于基座具有三個純平動的自由度的同時SPS型支鏈對動平臺產生沿支鏈軸線方向的力作用，不影響柔順裝置純平移的末端剛度特性，其作用是增強裝置的整體剛性大小。

所述的UPU型支鏈，即萬向副-移動副-萬向副型支鏈，具體由前后兩個分別與動平臺和基座相連的作為萬向副的虎克鉸關節和中間一個作為移動副的平移關節組成，其中：兩個虎克鉸轉動軸線相互平行且虎克鉸的關節平面與平移關節的軸線相互垂直，從而限制了動平臺繞UPU支鏈軸線轉動的自由度。

所述的SPS型支鏈，即球副-移動副-球副型支鏈，具體由前后兩個分別與動平臺和基座相連的作為球副的球面副關節和中間一個作為移動副的平移關節組成。

所述的UPU型支鏈和SPS型支鏈中的平移關節由兩根活動連接的合金桿組成；該平移關節上套有線彈簧，彈簧兩端分別與兩根合金桿固定連接，從而可以隨著平移關節的拉伸壓縮運動發生等量的拉壓變形，產生沿支鏈軸線方向的力作用。

技術效果

與現有技術相比，本發明通過控制各彈簧支鏈與基座的傾斜角度，來控制裝置的垂向和側向剛度，使得安裝了并聯柔順裝置的機器人手臂在進行插軸入孔作業時，依靠裝配系統的順應性，可以避免由于位置誤差導致的裝配卡阻現象，將軸順利插入孔中，或當遇到人體或者其他環境中的物體，裝置會在接觸力的作用下讓彈簧支鏈發生形變，從而避免了操作器損壞或者人受傷。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為本發明俯視結構示意圖和左視結構圖；

圖3為本發明UPU彈簧支鏈結構示意圖；