CN111268392B - 一种柔性自适应支撑机器人及方法 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

一种柔性自适应支撑机器人及方法

技术领域

本公开属于智能机器人技术领域，具体涉及一种柔性自适应支撑机器人及方法。

背景技术

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。发明人发现，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。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明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，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明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，本发明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。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

1.本发明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，本发明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.本发明的柔性调姿模块，通过控制调姿伸缩丝杆的长度配合球型铰链和万向联轴器带来的冗余自由度，可以实现自适应支撑过程中的柔性调姿跟随，当需要锁定接触块时，则将伸缩丝杆的长度保持为较小值或较大值即可，系统可以从柔性自适应支撑状态很容易地变为刚性支撑状态，调节范围较大，调节方法简单。

3.本发明的若干个球型滚轮与柔性调姿模块中的伸缩丝杆配合，将若干个球型滚轮伸出接触块上，整个支撑机器人按照设计的路线行进，则可以实现同步随动支撑，在伸缩丝杆的锁定和并联支撑单元的共同作用下，系统的支撑刚度较好，并联机构也进一步抑制了振动干扰，相对于传统的串联工业机器人具有较好的支撑稳定性，有利于加工质量的保证。

4.本发明通过模块化设计具有很好的拓展性以及适应性，不仅可以方便地搭载在成熟的AGV移动小车上，也可作为专用工位的固定式柔性支撑装置，且结构紧凑、自动化水平较高，能够有效满足弱刚性复杂精密零部件的支撑或小范围调姿需求。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的支撑机器人的整体结构示意图；

图2(a)是本发明根据一个或多个实施方式的支撑机器人隐去可移动基座后的等轴测图；

图2(b)是本发明根据一个或多个实施方式的支撑机器人隐去可移动基座后的底部视图；

图2(c)是本发明根据一个或多个实施方式的支撑机器人隐去可移动基座后的俯视图；

图2(d)是图2(c)中沿I-I的部分剖切视图；

图3是图2(d)的爆炸视图。

图4(a)是本发明根据一个或多个实施方式的柔性调姿模块正视图；

图4(b)是图4(a)中沿I I-I I的部分剖切视图；

图4(c)是本发明根据一个或多个实施方式的柔性调姿模块的底部视图；

图5(a)是本发明根据一个或多个实施方式的同步驱动盘的正视图；

图5(b)是本发明根据一个或多个实施方式的同步驱动盘的等轴测视图；

图6(a)是本发明根据一个或多个实施方式的承重构件的顶部图；

图6(b)是本发明根据一个或多个实施方式的承重构件的底部图；

图7(a)是本发明根据一个或多个实施方式的传动销的结构示意图；

图7(b)是本发明根据一个或多个实施方式的连接板的结构示意图；

图中：B1球型铰链，B2支撑杆，C1视觉传感器，C2激光传感器，C3径向位移传感器，C4接触力传感器，C5伸缩位移传感器，J1承重构件，J1.1导轨安装槽，J1.2径向限位槽，J2直线导轨，J3第二滑块，J4第一滑块，J5传动销，J5.1滑销，J5.2滑轮，J6同步驱动盘，J6.1阿基米德螺旋槽，J7主减速驱动电机，J8太阳轮，J9行星齿轮，J10内啮合大齿轮，J11推力球轴承，J12交叉滚子轴承，R1球头滚轮，R2接触块，R2.1导向孔，R2.2限位环，R3连接板，R4顶部万向联轴器，R5伸缩丝杆，R5.1丝杆，R5.2套筒螺母，R6底部万向联轴器，R7顶部调姿减速电机，R8球铰座，T1通讯模块，Z1可移动基座。

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有的弱刚性零件支撑装置专用性太强、难以应对不同的应用场合或工况、支撑自由度或支撑刚度往往存在较大的矛盾、自动化程度较低、不利于生产率的提高，在新的生产技术需求下，缺乏一种灵活的支撑方案，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种模块化、易于拓展、刚性好、自适应柔性支撑、可实时跟随和智能化的弱刚性零件柔性自适应支撑机器人及方法。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，图1给出了本发明的柔性自适应支撑机器人整体轴测视图。柔性自适应支撑机器人包括可移动基座Z1、承重构件J1、直线导轨J2、第二滑块J3、第一滑块J4、传动销J5、球型铰链B1、支撑杆B2、视觉传感器C1、激光传感器C2、径向位移传感器C3、通讯模块T1、球头滚轮R1、接触块R2、伸缩丝杆R5、底部万向联轴器R6。

可移动基座Z1可以是技术成熟的AGV小车平台，不再赘述。

承重构件J1固定在可移动基座Z1上，主要将支撑力传递到可移动基座上；若干组直线导轨滑块组件(由直线导轨J2、第二滑块J3、第一滑块J4组成)均匀布置在承重构件J1上，其中直线导轨J2均匀安装在沿承重构件径向布置的导轨安装槽J1.1(参考图6(a)、图6(b))内，每两个直线导轨为一对，一对的两直线导轨平行设置，每对第二滑块J3平行安装在各自的直线导轨J2上，第一滑块J4则横跨安装在一对第二滑块J3之上，若干个球型铰链B1也均匀安装在每个第一滑块J4顶部的球头座内，每个连接在球头铰链B1另一端的支撑杆B2则具有较大的空间自由度，若干组支撑杆B2的另一端也通过球型铰链与柔性调姿模块的顶部结构相连，从图1中可以看出，若干组均匀布置的支撑杆B2和球型铰链B1构成了并联支撑关系。

支撑杆可以手动调整其长度，以适合不同的应用场合，具备较高的互换性。

承重构件顶部安装视觉传感器C1、激光传感器C2、通讯模块T1。第一滑块J4上安装径向位移传感器C3。激光传感器主要用于扫描被接触物体的接触面信息，用于跟随运动过程中的支撑方案规划；视觉传感器主要用于辅助监控，尤其适合于不便人员接近的工作过程中的支撑区域监控；通讯模块主要用于对所述的可移动单元上部整个部分的数据交换与控制，可以是无线通讯控制也可以是有线通讯控制。

为了清晰表达，图2(a)-图2(d)所示为本发明的隐去可移动基座Z1后的结构图，除去图1已表达的，包括同步驱动盘J6、主减速驱动电机J7、太阳轮J8、行星齿轮J9、内啮合大齿轮J10、推力球轴承J11、交叉滚子轴承J12。

其中，主减速驱动电机J7安装在可移动基座Z1中间，其输出轴上连接有行星减速轮系的太阳轮J8，动力经过若干个均匀安装在可移动基座Z1上的行星齿轮J9后，到达安装在同步驱动盘J6底部的内啮合大齿轮J10，同步驱动盘J6底部和上部分别通过推力球轴承J11和交叉滚子轴承J12支撑定位，可以承受来自同步驱动盘J6各个方向的负载力，驱动力由主减速驱动电机经过行星轮系带动同步驱动盘转动。

如图3所示，为本发明的径向同步传动模块(也即图2(d))的爆炸视图,更加清晰地表示了各个零件的形位信息。图5(a)、图5(b)所示为同步驱动盘J6的详细结构，其上设计有若干条完全一样的阿基米德螺旋槽J6.1，阿基米德螺旋槽的对称几何中心轴线是阿基米德螺旋线，且其螺旋角具有自锁特性(一般，螺旋角越小，自锁特性越好)，本方案中多个螺旋槽的设置大大提高了自锁可靠性；另外，行星轮系和减速电机自身的减速机构在反向传递负载力(负载作用到电机)的过程中，是升速的，也具有很大的阻力特性。如图3所示，若干个传动销J5(参考图7(a))的滑销J5.1的圆柱端与阿基米德螺旋槽J6.1配合，并相互运动，滑销J5.1的矩形端则安装在第一滑块J4下面，每个滑销J5.1上还安装有滑轮J5.2，与承重构件J1的径向限位槽J1.2(参考图6(a)、图6(b))相配合；主减速驱动电机J7通过行星轮系驱动同步驱动盘J6旋转，当同步驱动盘J6顺时针(图5(a)方向看去)旋转时，在阿基米德螺旋槽J6.1的驱动作用和径向限位槽J1.2的约束作用下，传动销J5带动第一滑块J4沿着径向朝接近承重构件J1的中心方向直线运动；反之，当同步驱动盘J6逆时针旋转时，第一滑块J4沿着径向朝远离承重构件J1的中心方向直线运动，此过程中径向位移传感器C3实时监测第一滑块J4的位移。

因为结构的均匀对称性，当若干组均匀布置的第一滑块J4沿着径向直线往复同步运动时，则若干个支撑杆B2能够同时“合拢”或“张开”，从而使得柔性调姿模块的接触块R2能够垂直上升或下降。此时，如果没有伸缩丝杆R5的适当约束，则接触块R2在支撑过程中会欠约束，无法在指定的支撑高度上锁定。

为此，需要柔性调姿模块对接触块R2的姿态进行控制。如图4所示，图4(a)-4(c)给出了本发明的柔性调姿模块的详细结构，图4(a)和图4(c)分别为整个柔性调姿模块的正视图和底部视图，为了清楚表达柔性调姿模块顶部的结构，在I I-I I处进行了局部剖切得到图4(b)。其包括球头滚轮R1、接触块R2、连接板R3(整体结构参考图7(b))、顶部万向联轴器R4、伸缩丝杆R5、底部万向联轴器R6、顶部调姿减速电机R7、球铰座R8、接触力传感器C4、伸缩位移传感器C5。

若干个球头滚轮R1和若干个球铰座R8均匀布置在接触块R2上，其中若干个球铰座R8与前述的支撑杆B2顶部的球型铰链配合，若干个球头滚轮R1下端与连接板R3连接,连接板R3中间与顶部万向联轴器R4一端连接，顶部万向联轴器R4的一端处于接触块R2的中心配合孔内，另一端则与伸缩丝杆R5一端相连，伸缩丝杆R5的另一端通过底部万向联轴器R6与顶部调姿减速电机R7输出端连接。若干个球头滚轮均匀安装在接触块的导向孔内，可以在导向孔内在一定行程内同步伸缩运动。

伸缩丝杆利用螺纹副实现伸缩，调姿减速电机安装在承重构件的中心部位，通过底部万向联轴器驱动伸缩丝杆，实现对伸缩丝杆的长度调节以及驱动若干个球型滚轮的伸缩运动(球型滚轮的伸缩运动是由伸缩丝杆上下而后经由连接板带动球型滚轮伸缩)。通过控制伸缩丝杆的长度变化可以控制支撑机器人的末端为柔性自适应状态或锁定支撑状态，利用可移动基座和球头滚轮可以实现随动支撑。

支撑机器人末端为柔性自适应状态时，接触块可在外力下摆动以变化姿态，以自动适应被支撑物的呈平面或斜面或曲面的支撑面；由于支撑杆两端都采用球型铰链连接，伸缩丝杆的长度可进行调节，伸缩丝杆两端均采用万向联轴器连接，可以提供冗余自由度，使得伸缩丝杆可以倾斜。这样在柔性自适应状态下，接触块的位置可以不在机器人中心轴线上；接触块的姿态也可以在机构允许范围内任意摆动。支撑机器人靠近被支撑物时，伸缩丝杆同步伸长或缩短，并联支撑单元也同步运动，由于球型铰链连接和万向联轴器的存在，此时接触块具有冗余自由度，因此可以柔性自适应地倾斜或者平行贴向被支撑物的支撑面：若被支撑物的支撑面是平面，并且平行于接触块，支撑机器人直接升高顶起被支撑物即可；若被支撑物的支撑面是斜面/曲面，且与接触块不平行，往被支撑物靠近的时候，接触块和被支撑物先是一边接触，然后随着机器人继续上升，接触块也自动地姿态倾斜，贴向斜面/曲面。

当上述靠近被支撑物接触过程完成后(通过接触力传感器、视觉传感器判断)，则将机器人转换为锁定支撑状态(将伸缩丝杆长度固定即可)，然后就准备加工零件了。在支撑机器人处于柔性自适应状态时，无法承载支撑被支撑物，在转变为锁定支撑状态后，具有一定支撑力来支撑被支撑物，以满足加工过程中对被支撑物的支撑。

伸缩丝杆R5包括丝杆R5.1和套筒螺母R5.2，套筒螺母R5.2位于上方，套筒螺母R5.2为带螺纹孔的套筒式结构，丝杆R5.1为带外螺纹的杆状结构，丝杆R5.1穿设于套筒螺母R5.2内，通过螺纹的配合实现伸缩上下；丝杆R5.1顶部与顶部万向联轴器R4连接，套筒螺母R5.2底部与底部万向联轴器R6连接。

伸缩丝杆具有自锁特性，其两端均通过万向联轴器分别与顶部调姿减速电机和连接板连接，以便保证所述的接触块具有较好的柔性，并能将其锁定，然后将主要支撑力转移到所述的并联支撑单元上。

当调姿减速电机R7正向旋转时，伸缩丝杆R5的长度减小，则球头滚轮R1在导向孔R2.1内向下收缩，伸缩位移传感器C5实时监测球头滚轮R1在导向孔R2.1内的伸缩位移，并由限位环R2.2防止球头滚轮R1掉出导向孔R2.1外，此时配合并联支撑单元的运动，可以在柔性支撑过程中实现向下的被动自适应调姿；反之，可以在柔性支撑过程中实现向上的主动自适应调姿。

接触块R2中间安装接触力传感器C4、伸缩位移传感器C5。接触力传感器用于检测支撑过程中，支撑机器人与被支撑体之间的接触力；伸缩位移传感器用于测量伸缩丝杆的伸缩量以实现柔性调姿模块的调姿控制，同时还用于辅助检测球型滑块的同步伸缩运动量，以反馈其是否伸出接触块顶部或收缩进接触块内部。

本发明的柔性自适应支撑机器人的具体工作过程为：当需要对被支撑体进行局部定点支撑时，利用通讯模块T1远程控制本发明的支撑机器人移动至待支撑区域，然后利用激光传感器C2扫描待支撑区域，得到待支撑区域的几何形貌信息，主减速驱动电机J7经过行星轮系驱动内啮合大齿轮J10和同步驱动盘J16共同顺时针旋转，在阿基米德螺旋槽J6.1的驱动和径向限位槽J1.2的约束作用下，传动销J5带动若干个第一滑块J4同步向承重构件J1的中心方向移动，并联支撑单元“合拢”运动，同时控制顶部调姿减速电机R7按照一定的减速比驱动伸缩丝杆R5伸长，则接触块R2能够垂直向上靠近待支撑物体，此过程中激光传感器C2也在实时监测并计算剩余接触距离，并对接触块R2的运动进行粗略控制；一旦接触块R2接触到物体后，接触力传感器C4会反馈突变信号，此时转为精确的力反馈控制，由于并联支撑单元和柔性调姿模块处于同步运动过程，接触块处于相对柔性状态，随着接触块R2的继续顶升，如果待支撑面是平面，则接触块R2也平行贴紧待支撑面，如果待支撑面是斜面，则接触块R2也可以自适应地以倾斜的状态贴紧待支撑面，在接触力达到设定值后，柔性调姿模块的顶部调姿减速电机R7停止驱动并刹车，同时在伸缩丝杆R5的自锁特性配合下，伸缩丝杆R5的长度被锁定在当前状态下，柔性调姿模块的姿态也被完全锁定，完成支撑动作。在大型薄壁零件的加工过程中，当需要随动跟随支撑时，只需要将接触块R2适当降落一些，将球型滚轮R1伸出接触块R2的顶面即可，可将随动支撑过程中的滑动摩擦变为滚动摩擦，然后锁定柔性调姿模块，然后控制可移动基座Z1按照提前规划的加工轨迹跟随行进，实现对加工区域的跟随支撑。考虑到实际应用过程中的安全要求和工况特点，支撑侧往往难以观测和接近，利用视觉传感器C1完成对整个工作过程中的监视，此外，在整个工作过程中，由于伸缩丝杆R5的两端均通过万向联轴器连接，因此，主要的支撑力均通过并联支撑单元传递到可移动基座Z1上，最终到达地面。

本发明的整体结构紧凑，模块化设计使得制造和装配极为方便，可靠性强，拓展性广，柔性自适应接触支撑的可调节范围大，支撑末端可以从被动柔性状态锁定为可靠的刚性支撑状态，自动化程度高，仅通过一台大电机和一台小电机即可实现支撑末端的大范围同步调节与锁定控制，且并联支撑结构能够有效降低振动干扰，具有明显的技术优势。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

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；

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；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；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；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，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。

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1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。

4.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。

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。

6.如权利要求1-5任一项所述的柔性自适应支撑机器人的支撑方法，其特征是，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。

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