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1、(10)申请公布号 CN 102935639 A (43)申请公布日 2013.02.20 CN 102935639 A *CN102935639A* (21)申请号 201210394480.5 (22)申请日 2012.10.17 B25J 9/00(2006.01) (71)申请人 燕山大学 地址 066004 河北省秦皇岛市海港区河北大 街西段 438 号 (72)发明人 路懿 路扬 胡波 叶妮佳 (74)专利代理机构 石家庄一诚知识产权事务所 13116 代理人 崔凤英 (54) 发明名称 一种三手爪 3SPR+3RPS 型串并联机器人 (57) 摘要 本发明涉及一种三手爪 3SPR。
2、+3RPS 型串并联 机器人， 包括 3SPR+3RPS 型串并联机构和三个手 爪操作装置， 其特征是 ： 3SPR+3RPS 型串并联机构 由一个 3SPR 并联机构与一个 3RPS 并联机构串联 构成 ； 所述 3SPR 并联机构包括一个机座、 一个中 间平台和三个相同的 SPR 分支， 3RPS 并联机构包 括一个与 3SPR 共用的中间平台、 一个上平台和三 个相同的 RPS 分支， 三个手爪操作装置圆周均布 在上平台上。 其优点是 ： 3SPR+3RPS型串并联机构 在较大位置工作空间内各处又具有较大的姿态工 作空间， 并具有刚度高， 结构简单， 在高端数控制 造装备、 复杂产品自动。
3、高速安装调试装备、 地下挖 掘开采装备、 灾难救援装备、 航海航天探测装备及 医疗操作装置等方面具有广泛应用前景。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种三手爪 3SPR+3RPS 型串并联机器人， 包括 3SPR+3RPS 型串并联机构和三个手爪 操作装置， 其特征是 ： 所述3SPR+3RPS型串并联机构由一个3SPR并联机构与一个3RPS并联 机构串联构成 ； 所述 3SPR 并联机构包括一个机座、 一个中间平台和三个。
4、相同的 SPR 分支， SPR 分支由下端球副、 中间移动副和上端转动副串联构成一个直线驱动分支， 每个 SPR 分支 的球副端与机座铰接， 转动副与中间平台联接， 且三个 SPR 分支与机座和中间平台的联接 均呈圆周均布 ； 3RPS 并联机构包括一个与 3SPR 共用的中间平台、 一个上平台和三个相同的 RPS 分支， 所述的 RPS 分支由下端转动副、 中间移动副和上端球副串联构成一个直线驱动分 支， 每个 RPS 分支的转动副端与中间平台联接， 球副端与上平台铰接， 且三个 RPS 分支与中 间平台和上平台的联接均呈圆周均布 ； 三个手爪操作装置圆周均布在上平台上。 2. 根据权利要求。
5、 1 所述的三手爪 3SPR+3RPS 型串并联机器人， 其特征是 ： 在所述机座 上设有三个球副支座， 且圆周均布在一个圆上。 3. 根据权利要求 1 所述的三手爪 3SPR+3RPS 型串并联机器人， 其特征是 ： 在所述上平 台上设有三个球副支座， 且圆周均布在一个圆上。 4. 根据权利要求 1 所述的三手爪 3SPR+3RPS 型串并联机器人， 其特征是 ： 所述中间平 台上呈圆周均布地设有第一轴、 第二轴、 第三轴， 每个轴的轴线均与中间平台的一个圆相 切 ； 每个轴同时将一个 SPR 分支的转动副和一个 RPS 分支的转动副联接到中间平台上。 5. 根据权利要求 1 所述的三手爪 。
6、3SPR+3RPS 型串并联机器人， 其特征是 ： 所述 SPR 分 支或 RPS 分支均为电动缸， 所述电动缸包括电机、 定缸、 动杆 ； 电机通过定缸与动杆之间的 螺旋机构驱使动杆作往复直线运动。 6. 根据权利要求 1 所述的三手爪 3SPR+3RPS 型串并联机器人， 其特征是 ： 所述手爪操 作装置包括一个手爪电机、 第一销钉、 一个缸体、 一个支架、 一个推杆、 第二销钉、 第三销钉 和一个手爪 ； 手爪电机与缸体同轴联接， 第一销钉转动联接缸体与支架， 第二销钉转动联接 推杆与手爪， 第三销钉转动联接支架与手爪， 手爪电机通过缸体与推杆之间的螺旋机构驱 动推杆作往复直线运动和手爪。
7、摆动。 权 利 要 求 书 CN 102935639 A 2 1/3 页 3 一种三手爪 3SPR+3RPS 型串并联机器人 技术领域 0001 本发明属于机器人技术领域， 特别涉及一种三手爪 3SPR+3RPS 型串并联机器人。 背景技术 0002 串并联机器人既具有串联机器人灵活性好， 工作空间大的优点， 又具有并联机器 人刚度高， 承载力大， 无末端驱动， 驱动传动路线短， 精度高等优势。 在许多领域用串联与并 联机构混联或利用多驱动串联分支构成并联机构来增大工作空间和灵活性。 其关键技术融 合了机器人学、 控制论、 机构学、 信息和传感技术、 人工智能、 仿生学等多学科而形成的高新 技。
8、术， 成为当今机器人及机床研究领域的发展方向， 在国民经济和国家安全中起着重要作 用， 受到国内外学者高度关注。 0003 查询近年来的中国发明专利可知， 天津大学黄田等发明了五自由度混联机器人， 非对称五自由度混联机器人和四自由度混联机器人 ； 清华大学关立文等用一个串联分支与 一个并联机构与组合， 构成一种五自由度混联机器人。这类机器人本质上是在少自由度并 联机器人基础上， 适当增加串联机构， 形成一类新型混联机器人， 不同程度上提高了机器人 的速度、 精度、 刚度性能指标， 扩大了工作空间。上海交通大学曹冲振等用三个相同的两驱 动分支构成移动式六自由度混联机器人， 实现动平台六自由度运动。
9、， 所得机构各支链解耦 性好， 各支链运动时无积累误差。北京航空航天大学刘达等提出了一种包括串联机构和并 联机构的九自由度混联机器人， 用于 CT 等受限手术空间下进行外科手术。常州大学等设计 的一种单枪式喷涂混联机器人和多喷枪协同式喷涂五轴混联机器人， 利用 3 自由度并联机 器人与 2 自由度喷枪头混联形成灵活紧凑、 制造成本低高效率的喷涂机器人。燕山大学赵 铁石等提出一种双重驱动四自由度并联机构， 含四个支链， 每个支链有两个串联移动驱动 副， 这种机构本质上有八个驱动， 融合了 4-PUU 和 4-UPU 两种并联机构， 实现四自由度双重 宏与微驱动 ； 后来又提出一种五自由度双重驱动。
10、并联机构它有五个支链， 每个支链有两个 串联移动驱动副， 原理与双重驱动四自由度并联机构相似， 实现五自由度双重宏与微驱动。 四川大学徐礼钜等发明了基于串并联机构的踝关节康复训练装置， 其结构主要包括一个自 由度的转动机构、 两个自由度的球面并联机构和托盘， 构成一种三自由度的球面串并联机 构， 模拟踝关节的运动， 实现对踝关节牵引、 康复训练等功能。安徽工大余晓流等发明一种 基于串并联机构的六自由度机器人位姿检测装置， 其本质上是由三自由度串联机构与三自 由度并联机构混联组成的位置检测装置， 可兼顾检测精度与工作空间两个方面的要求， 实 现被测物体的位置姿态的综合测量和实时显示， 提高了检测。
11、效率。北航大学宗光华等发明 公开了一种基于混联机构的负载模拟器， 该负载模拟器由一个机座、 一个动平台， 一个中心 约束分支和三个相同的与传感器串联的支链组成， 用于仪器设备的性能测试， 这种负载模 拟器具有多种方向载荷复合加载的能力。 0004 对上述机构和装置综合分析发现， 这些机构本质上都不是用两个并联机构串联构 造的机构。如何在增大并联机构刚度和位置工作空间同时， 在位置工作空间内各处又具有 较大的姿态工作空间和简化的结构， 是尚待解决的关键难题。 说 明 书 CN 102935639 A 3 2/3 页 4 发明内容 0005 本发明的目的是提供一种结构简单、 在较大位置工作空间内各。
12、处又具有较大的 姿态工作空间， 在高端数控制造装备、 复杂产品自动高速安装调试装备、 地下挖掘开采装 备、 灾难救援装备、 航海航天探测装备及医疗手术装置等方面具有广泛应用前景的三手爪 3SPR+3RPS 型串并联机器人。 0006 本发明的技术方案如下 ： 本发明包括 3SPR+3RPS 型串并联机构和三个手爪操作装置， 所述 3SPR+3RPS 型串并联 机构由一个3SPR并联机构与一个3RPS并联机构串联构成 ； 所述3SPR并联机构包括一个机 座、 一个中间平台和三个相同的 SPR 分支， SPR 分支由下端球副、 中间移动副和上端转动副 串联构成一个直线驱动分支， 每个 SPR 分支。
13、的球副端与机座铰接， 转动副与中间平台联接， 且三个 SPR 分支与机座和中间平台的联接均呈圆周均布 ； 3RPS 并联机构包括一个与 3SPR 共用的中间平台、 一个上平台和三个相同的 RPS 分支， 所述的 RPS 分支由下端转动副、 中间 移动副和上端球副串联构成一个直线驱动分支， 每个 RPS 分支的转动副端与中间平台联 接， 球副端与上平台铰接， 且三个 RPS 分支与中间平台和上平台的联接均呈圆周均布 ； 三个 手爪操作装置圆周均布在上平台上。 0007 在所述机座上设有三个球副支座， 且圆周均布在一个圆上 ； 在所述上平台上设有三个球副支座， 且圆周均布在一个圆上 ； 所述中间平。
14、台上呈圆周均布地设有第一轴、 第二轴、 第三轴， 每个轴的轴线均与中间平 台的一个圆相切 ； 每个轴同时将一个 SPR 分支的转动副和一个 RPS 分支的转动副联接到中 间平台上 ； 所述SPR分支或RPS分支均为电动缸， 所述电动缸包括电机、 定缸、 动杆 ； 电机通过定缸 与动杆之间的螺旋机构驱使动杆作往复直线运动 ； 所述手爪操作装置包括一个手爪电机、 第一销钉、 一个缸体、 一个支架、 一个推杆、 第二 销钉、 第三销钉和一个手爪 ； 手爪电机与缸体同轴联接， 第一销钉转动联接缸体与支架， 第 二销钉转动联接推杆与手爪， 第三销钉转动联接支架与手爪， 手爪电机通过缸体与推杆之 间的螺旋。
15、机构驱动推杆作往复直线运动和手爪摆动 ； 实现机器人抓取、 挖掘、 救援、 探测和 手术等作业。 0008 本发明的优点是 ： 由于 3SPR 并联机构位置工作空间大， 3RPS 并联机构姿态工作空 间大， 因此 3SPR+3RPS 型串并联机构在较大位置工作空间内各处又具有较大的姿态工作空 间， 并具有刚度高， 结构简单的优点。 因此， 本发明在高端数控制造装备、 复杂产品自动高速 安装调试装备、 地下挖掘开采装备、 灾难救援装备、 航海航天探测装备及医疗操作装置等方 面具有广泛应用前景。 附图说明 0009 图 1 是三手爪 3SPR+3RPS 型串并联机器人的结构示意图。 0010 在图。
16、 1 中， 1 机座， 2-1 动杆， 2-2 定缸， 2-3 电机， 3-1 第一轴， 3-2 第二轴， 3-3 第三 轴， 4中间平台， 5上平台， 6-1手爪电机， 6-2第一销钉， 6-3缸体， 6-4支架， 6-5推杆， 6-6 第二销钉， 6-7 第三销钉， 6-8 手爪。 说 明 书 CN 102935639 A 4 3/3 页 5 具体实施方式 0011 图1是本发明公开的一个实施例， 所述的一种三手爪3SPR+3RPS型串并联机器人， 包括一个 3SPR+3RPS 型串并联机构和三个手爪装置。3SPR+3RPS 型串并联机构由一个 3SPR 并联机构与一个 3RPS 并联机构。
17、串联构成。3SPR 并联机构包括一个机座 1， 一个中间平台 4 和三个相同的SPR分支。 SPR分支由下端球副， 中间移动副和上端转动副串联构成一个直线 驱动分支， 球副和转动副分别与机座1和中间平台4联接， 且呈圆周均布。 3RPS并联机构本 质上是 3SPR 并联机构逆向结构， 不同之处在于转动副和球副分别与中间平台 4 和上平台 5 联接。 0012 机座 1 上的三个球副支座在一个圆上呈圆周均布， SPR 分支的球副端通过球副支 座与机座联接。上平台 5 上的三个球副支座在一个圆上呈圆周均布， RPS 分支的球副端通 过球副支座与上平台联接。 第一轴 3-1， 第二轴 3-2， 第三。
18、轴 3-3在中间平台4上与一个圆 相切， 且呈圆周均布 ； 每个轴同时将一个SPR分支的转动副和一个RPS分支的转动副联接到 中间平台上。 0013 SPR分支或RPS分支是常规的电动缸， 电机2-3通过定缸2-2与动杆2-1之间的螺 旋机构驱使动杆往复直线运动。 0014 三个手爪操作装置圆周均布在动平台 5 上 ； 每个手爪操作装置包括一个手爪电机 6-1， 第一销钉 6-2， 一个缸体 6-3， 一个支架 6-4， 一个推杆 6-5， 第二销钉 6-6， 第三销钉 6-7 和一个手爪 6-8 ； 手爪电机与缸体同轴联接， 第一销钉转动联接缸体与支架， 第二销钉转动 联接推杆与手爪， 第三销钉转动联接支架与手爪， 手爪电机通过缸体与推杆之间的螺旋机 构驱动推杆往复直线运动和手爪摆动 ； 实现机器人抓取、 挖掘、 救援、 探测和手术等作业。 说 明 书 CN 102935639 A 5 1/1 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 102935639 A 6 。