[发明专利]一种空间三自由度并联柔顺操作装置及其柔顺方式

说明书

技术领域

本发明专利涉及机器人有约束操作工艺，特别涉及一种空间三自由度并联柔顺操作装置及其柔顺方式。

背景技术

针对机器人有约束操作工艺，如打磨、抛光、擦洗、装配、搬运等，需要过程中控制工具作用于工件表面的作用力，采用机器人进行定位和工具作用力的控制对于很多应用而言一般不太精确。以打磨和搬运为例说明机器人使用柔顺装置的意义：在机器人打磨过程中，由于机器人末端绝对定位精度低、运行轨迹一般无法做到精确的直线或圆弧，甚至有几mm的轨迹误差，因此采用主动柔顺装置可以实现主动力控和被动位置补偿，有效提高打磨质量；在机器人高节拍重物搬运场合，由于机器人末端与重物之间是刚性接触，往往会导致货物损坏，尤其是脆性材料的物体，因此需要一种同时满足快速高响应且接触界面柔顺性好的装置，以有效提高搬运节拍。故在公开号为CN 103429400A的中国专利申请中给出了一种接触操作的主动接触法兰和方法，采用主动接触法兰实现近似恒力输出，从而降低机器人本身的控制难度，并且有效保证加工过程对于接触力的要求。

然而采用单自由度主动接触法兰并不能完全解决相关加工过程中存在的问题，由于上述装置的输出力方向恒定以及机器人位姿定位精度低，不能根据工件表面曲面形貌进行输出力方向的实时自适应，故对于加工过程中接触力方向的调整仍需通过机器人精确控制的方式实现，而该过程相当繁琐且误差大。由于并联机构具有刚度大、结构稳定、承载能力强、精度高、响应速度快、运动惯性小和便于实时控制等优点，故将其应用到柔顺操作装置设计中，实现加工过程加工力方向的自适应，可有效解决上述问题。

发明内容

本发明解决的问题是现有柔顺装置只有一个自由度，难以实现机器人末端一平动和二转动的三维柔顺操作，以满足工具面与工件面的完全贴合；为解决所述问题，本发明提供一种空间三自由度并联柔顺操作装置及其柔顺方式。

本发明提供的空间三自由度并联柔顺操作装置包括：机械接口、工具连接支架、连接于机械接口与支架之间的至少三组运动支链、控制器；所述控制器控制操作装置输出的力。

进一步，所述机械接口，用于将此并联柔顺操作装置固定连接于机器人末端或基座上。

进一步，所述工具连接支架具有其法线方向的平动自由度，绕其平面内相互垂直两轴转动的转动自由度。

进一步，所述运动支链为无静态摩擦的致动器或者弹簧；所述运动支链与机械接口、支架通过运动副连接。

进一步，所述并联柔顺操作装置采用3-UPS&UP或3-RPS或3-PRS机构构型，其中P为移动副、S为球面副、R为转动副、U为万向节。

本发明还提供所述的空间三自由度并联柔顺操作装置的柔顺方式，装置采用3-UPS&UP或3-RPS或3-PRS（下划线表示为主动副）机构构型，三组运动支链驱动支架主动控制工具表面相对于工件表面的姿态以及工具与工件的接触力，所述主动控制包括沿工件表面法线方向力的主动控制和位姿的被动柔顺。

本发明还提供所述的空间三自由度并联柔顺操作装置的柔顺方式，装置采用3-UPS&UP机构构型， 1组UP支链的移动副P主动控制致动器输出力大小，其它3组UPS支链的移动副P均是通过弹簧沿杆件被动伸缩的方式实现。该柔顺方式下装置的支架相对于被操作接触面的姿态通过弹簧的伸缩实现被动柔顺调整，同时沿着接触面法线方向的力可进行主动控制。

本发明的优点包括：

装置结构紧凑，常固定于机器人末端，也有固定在地面工作台。其主要功能之一是机器人操作过程中使得工具与工件之间的接触力可控（大小保持近似恒定，或者过程中实时变化），另一特点是位移随动且响应速度快。

附图说明

图1所示为采用本发明实施例提供的并联柔顺操作装置的机器人辅助自动磨削设备示意图；

图2所示为本发明实施例所提供的空间三自由度并联柔顺操作装置的结构示意图。

具体实施方式

下文中，结合附图和实施例对本发明的精神和实质作进一步阐述。