一种柔性自适应支撑机器人及方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性自适应支撑机器人及方法，包括承重构件，所述承重构件设置径向同步传动模块，所述径向同步传动模块与并联支撑单元连接，并联支撑单元顶部与柔性调姿模块连接；所述径向同步传动模块包括多组沿承重构件径向移动的移动组件，所述并联支撑单元包括和移动组件对应的多个支撑杆，移动组件带动并联支撑单元的支撑杆合拢或张开，以带动柔性调姿模块上升或下降；所述柔性调姿模块包括接触块，接触块底部与各支撑杆连接，接触块底部还与伸缩组件连接，通过控制伸缩组件的长度变化配合径向同步传动模块，以使接触块为柔性自适应状态或锁定支撑状态。

A flexible adaptive support robot and its method

【技术实现步骤摘要】
一种柔性自适应支撑机器人及方法
本公开属于智能机器人
，具体涉及一种柔性自适应支撑机器人及方法。
技术介绍
目前，在精密零部件的制造中，加工工艺繁杂，零件的加工要求越来越趋向于高强度、轻量化、紧凑化、个性化、高效化、自动化。在这些具有一定矛盾性的加工要求下，弱刚性精密零部件(如航空航天领域的薄壁构件、记忆合金领域的功能零件、弹性执行器领域的异形薄壁弹簧等)的加工过程具有刚性低、定位装夹复杂等困难，阻碍着相关领域的前沿技术发展。常见的加工过程中，多采用在弱刚性零件上设计工艺加强筋或刚性工装，来满足弱刚性零件在加工过程中的刚性要求。在零件上设计工艺加强筋不仅极大地限制了设计自由，也增加了零件的自重，工艺加强筋的去除也增加了加工过程的复杂性，同时也可能对弱刚性零件产生较多的残余应力，效率较低、质量把控困难。专利技术人发现，刚性工装不仅增加了设计和制造难度，也不利于弱刚性复杂零件的工序切换，且不具有通用性，成本高昂，灵活性较低。此外，较大的弱刚性复杂零件大多采用铣削的方法加工，在加工悬空区域时，刀具和零件很容易产生颤振，严重时会发生共振现象，对于零件的加工精度和定位可靠性是严重的不利干扰。随着技术的进步和加工需求的不断增长，出现了一些针对弱刚性零件加工时的装夹支撑方案。比较典型的领域是大型薄壁构件镜像加工过程。该镜像加工领域主要采用的是利用两台工业机器人(一台支撑，另一台加工)或一台工业机器人(支撑用)与传统机床主轴(加工用)近似对称地布置在待加工零件的两侧，支撑机器人能够随动地跟随加工主轴的运动并提供支撑，灵活性强，工业机器人技术成熟稳定，便于实现。但是，工业机器人的串联结构自身具有末端刚性低的固有属性，在末端的随动支撑过程中会产生振动，严重影响加工精度，质量稳定性也较差。目前有学者提出了一种用于薄壁零件打磨的支撑装置，利用简单成熟的转台、滑轨和丝杆螺母机构，能够实现支撑装置的自动化移动、升降和旋转，具有一定的灵活性。但是，无法实现加工过程的实时随动支撑，在导轨上结合拖链系统实现整个支撑装置的移动也限制了其拓展性，空间利用率较低，其支撑托架较为简单，难以适应复杂的薄壁零件形状。目前还有学者提出了一种用于薄壁零件加工的支撑装置及薄壁零件加工方法，主要是将一个具有缓冲作用的支撑装置安装在了五坐标数控铣切系统的摆角头上对薄壁零件支撑，结构简单、安装方便，但是仅能实现局部的固定支撑，且无法实现随动支撑，自动化程度较低，难以实现高效加工。另外，还有学者提出了一些简单的固定式定点或局部支撑装置，自动化程度低，无法随动支撑、难以适应复杂多变的薄壁零件表面形貌特点，效率较低、综合成本较高、难以实现复杂的支撑动作或姿态。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种柔性自适应支撑机器人及方法，该柔性支撑机器人具有模块化、易于拓展、刚性好、自适应柔性支撑、可实时跟随和智能化的特点。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：第一方面，本专利技术的实施例提供了一种柔性自适应支撑机器人，包括承重构件，所述承重构件设置径向同步传动模块，所述径向同步传动模块与并联支撑单元连接，并联支撑单元顶部与柔性调姿模块连接；所述径向同步传动模块包括多组沿承重构件径向移动的移动组件，所述并联支撑单元包括和移动组件对应的多个支撑杆，移动组件带动并联支撑单元的支撑杆合拢或张开，以带动柔性调姿模块上升或下降；由于多个支撑杆均匀布置，因此呈现并联支撑关系；所述柔性调姿模块包括接触块，接触块底部与各支撑杆连接，接触块底部还与伸缩组件连接，通过控制伸缩组件的长度变化配合径向同步传动模块，以使接触块为柔性自适应状态或锁定支撑状态。作为进一步的技术方案，所述移动组件包括与支撑杆通过球型铰链连接的第一滑块，第一滑块两端均与第二滑块连接，第二滑块底部与沿承重构件径向布置的直线导轨滑动连接；所述第一滑块设置径向位移传感器以监测其径向位移，所述承重构件设置视觉传感器、激光传感器和通讯模块。作为进一步的技术方案，所述径向同步传动模块还包括同步驱动盘，同步驱动盘通过行星轮系与第一动力装置连接，同步驱动盘绕盘心设置多条阿基米德螺旋槽，其螺旋角设计为具有自锁特性范围内，第一滑块中部与传动销固接，传动销底部与阿基米德螺旋槽配合并沿其滑动。第一动力装置可以为主减速驱动电机，驱动力由所述的主减速驱动电机经过所述的行星轮系带动所述的同步驱动盘转动。同步驱动盘上下部分由推力轴承组支撑定位。作为进一步的技术方案，所述传动销侧部还带有滑轮，所述承重构件还沿径向设置径向限位槽，滑轮与径向限位槽配合并沿其滑动。作为进一步的技术方案，所述伸缩组件包括可调节长度的伸缩丝杆，伸缩丝杆顶部通过万向联轴器与连接板连接，伸缩丝杆底部通过万向联轴器与第二动力装置连接。作为进一步的技术方案，所述接触块内还设置球头滚轮，球头滚轮底部通过连接板与伸缩组件连接，伸缩组件可带动球头滚轮在接触块内上下移动。作为进一步的技术方案，所述球头滚轮顶端带有球形结构，球形结构可凸出于接触块顶面；所述球头滚轮设置多个，多个球头滚轮在接触块周向均布设置。作为进一步的技术方案，所述接触块内设置导向孔，球头滚轮设置于导向孔内并沿其上下移动，球头滚轮通过连接板在伸缩丝杆带动下可以在导向孔内在一定行程内同步伸缩运动，导向孔底部设置限位环以防止球头滚轮脱出；所述接触块顶部设置接触力传感器，接触块内侧设置伸缩位移传感器以监测球头滚轮上下移动的距离。柔性调姿模块处于并联支撑单元的空间轴线上，当径向同步传动模块驱动并联支撑单元同步运动，且第二动力装置也按照适当的减速比同步控制伸缩丝杆的长度时，可以保证接触块为柔性自适应运动状态，当伸缩丝杆长度被锁定时，柔性调姿模块的姿态也被锁定。作为进一步的技术方案，所述承重构件底部设置于可移动基座，可移动基座带动承重构件移动。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种如上所述的柔性自适应支撑机器人的支撑方法，包括以下步骤：机器人移动至待支撑区域，带动径向同步传动模块的同步驱动盘转动，第一滑块由同步驱动盘的阿基米德螺旋槽和承重构件的径向限位槽的约束下向承重构件中心移动，进而并联支撑单元的多个支撑杆合拢运动，同时柔性调姿模块的伸缩组件同步伸长，接触块上移接触待支撑物体，且接触块处于柔性自适应状态进行自适应调姿以贴紧待支撑物体的待支撑面；待接触块与待支撑物体的柔性自适应接触过程完毕，伸缩组件和径向同步传动模块自锁，柔性调姿模块姿态也被锁定，支撑机器人进入锁定支撑状态。上述本专利技术的实施例的有益效果如下：1.本专利技术的若干个传动销与同步驱动盘上设计的若干个阿基米德螺旋槽配合承重构件上的导向槽，可以仅通过旋转同步驱动盘实现若干个传动销沿着径向同步直线运动；与传统的多自由度并联机器人相比，本专利技术仅用一台主驱动减速电机驱动即可实现对并联支撑单元的同步控制，大大降低了成本、结构紧凑、控制简便。2.本专利技术的柔性调姿模块，通过控制调姿伸缩丝杆的长度配合球型铰链和万向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性自适应支撑机器人，其特征是，包括承重构件，所述承重构件设置径向同步传动模块，所述径向同步传动模块与并联支撑单元连接，并联支撑单元顶部与柔性调姿模块连接；/n所述径向同步传动模块包括多组沿承重构件径向移动的移动组件，所述并联支撑单元包括和移动组件对应的多个支撑杆，移动组件带动并联支撑单元的支撑杆合拢或张开，以带动柔性调姿模块上升或下降；/n所述柔性调姿模块包括接触块，接触块底部与各支撑杆连接，接触块底部还与伸缩组件连接，通过控制伸缩组件的长度变化配合径向同步传动模块，以使接触块为柔性自适应状态或锁定支撑状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性自适应支撑机器人，其特征是，包括承重构件，所述承重构件设置径向同步传动模块，所述径向同步传动模块与并联支撑单元连接，并联支撑单元顶部与柔性调姿模块连接；
所述径向同步传动模块包括多组沿承重构件径向移动的移动组件，所述并联支撑单元包括和移动组件对应的多个支撑杆，移动组件带动并联支撑单元的支撑杆合拢或张开，以带动柔性调姿模块上升或下降；
所述柔性调姿模块包括接触块，接触块底部与各支撑杆连接，接触块底部还与伸缩组件连接，通过控制伸缩组件的长度变化配合径向同步传动模块，以使接触块为柔性自适应状态或锁定支撑状态。


2.如权利要求1所述的柔性自适应支撑机器人，其特征是，所述移动组件包括与支撑杆通过球型铰链连接的第一滑块，第一滑块两端均与第二滑块连接，第二滑块底部与沿承重构件径向布置的直线导轨滑动连接；所述第一滑块设置径向位移传感器以监测其径向位移，所述承重构件设置视觉传感器、激光传感器和通讯模块。


3.如权利要求2所述的柔性自适应支撑机器人，其特征是，所述径向同步传动模块还包括同步驱动盘，同步驱动盘通过行星轮系与第一动力装置连接，同步驱动盘绕盘心设置多条阿基米德螺旋槽，阿基米德螺旋槽的螺旋角具有自锁特性，第一滑块中部与传动销固接，传动销底部与阿基米德螺旋槽配合并沿其滑动。


4.如权利要求3所述的柔性自适应支撑机器人，其特征是，所述传动销侧部还带有滑轮，所述承重构件还沿径向设置径向限位槽，滑轮与径向限位槽配合并沿其滑动。


5.如权利要求1所述的柔性自适应支撑机器人，其特征是，所述伸缩组件包括可调节长度的伸缩丝杆，伸缩丝...

【专利技术属性】
技术研发人员：国凯，许亚鹏，孙杰，李卫东，孙超，宋戈，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37