CN111844069B - 一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，包括：定位与卡紧模块，可实现机器人在深孔内的移动、定位及固定；全局定位模块，通过测量加工基准坐标系相对全局坐标系位置和姿态，建立加工基准坐标系与全局坐标系之间的映射关系；六自由度并联模块，用于调整两自由度加工与检测模块的位置和姿态；两自由度加工与检测模块，可实现对深孔内部特征的镗孔加工并对加工质量进行检测。支撑模块，支撑两自由度加工与检测模块，保证加工刚度，提高加工质量。该机器人可在深孔内灵活定位并稳定支撑，最终实现深孔内部特征的镗孔加工和在线检测。相比现有加工装备该机器人在深孔内部特征加工上具有灵活性高、加工效率高、可实现原位加工等特点。
Description
技术领域
本发明涉及先进制造技术领域，特别涉及一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人。
背景技术
国防、能源和航空航天等领域是国民经济发展的重点领域，这些领域的发展对提升国家综合实力具有至关重要的作用。随着这些领域的不断发展，领域内的装备也逐渐朝着更复杂、更精密、更集成化的方向发展。为满足新型装备的高效、高精加工要求，加工装备也需根据加工特征的需要进行开发和升级。深孔内部特征是国防、能源和航空航天等领域内的装备待加工特征中典型的特征，如深孔中的圆环支撑面，该特征通常位于3-8m的深孔内部，圆环支撑面直径在0.5-1m左右，为满足使用需求，需对其进行镗孔加工。为实现此特征的加工，加工装备需要进入深孔内部进行作业，传统的加工装备在加工效率、精度和加工可达性上难以达到加工要求。
移动加工机器人由于具有加工灵活的特点，在此类特征加工上具有明显的优势。常见的移动加工机器人由滑动导轨或者AGV小车和加工模块组合而成，可以实现在地面的灵活移动及加工。受深孔内部特征位置的限制，现有的移动加工机器人难以达到指定位置进行加工，因此，设计一种能在深孔内部移动并实现其镗孔加工的移动加工机器人是十分有必要的。
发明内容
本发明旨在解决上述相关技术中的难题，为此，本发明的目的在于提出一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人。
技术方案1.一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，包括：
定位与卡紧模块，用以实现机器人在待加工深孔内的移动、定位和固定；
全局定位模块，通过测量加工基准坐标系相对全局坐标系位置和姿态，建立加工基准坐标系与全局坐标系之间的映射关系；
六自由度并联模块，固定连接于定位与卡紧模块下方，具有六个自由度的调整能力，用于调整两自由度加工与检测模块的位置和姿态；
两自由度加工与检测模块，安装在六自由度并联模块的动平台上，具有轴向和径向进给能力，以实现末端刀具高速旋转并对深孔特征进行镗孔加工；
支撑模块，在加工时可实现对两自由度加工与检测模块的力自适应支撑固定，保证机器人在加工过程中具有良好的刚度。
技术方案2.根据技术方案1所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，所述两自由度加工与检测模块包括刀架模块和轴向进给模块，所述轴向进给模块通过联轴器与所述刀架模块相连，所述轴向进给模块实现所述刀架模块沿待加工内孔轴向的进给运动，所述刀架模块装有对称分布的刀具，且所述刀架模块上还装有对称分布的测头和配重块。
技术方案3.根据技术方案1所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，所述支撑模块包括第一轴承、套筒、支撑装置基座、多个支撑支腿一；其中，多个所述支撑支腿一均匀环绕设置在支撑装置基座上，多个支撑支腿一结构完全相同，所述支撑支腿一均包括下圆弧形支撑足和带有力传感器的伸缩装置。
技术方案4.根据技术方案3所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，第一轴承的内圈固定连接于刀架下壳，所述第一轴承的外圈固定连接于套筒，套筒与刀架下壳通过第一轴承实现转动运动；所述套筒与支撑装置基座间滑动连接，套筒上设置有限位结构；所述带有力传感器的伸缩装置固定连接于支撑装置基座下方；所述下圆弧形支撑足固定连接于带有力传感器的伸缩装置，带有力传感器的伸缩装置驱动下圆弧形支撑足做直线运动。
技术方案5.根据技术方案1所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，支撑模块包括多个支撑支腿一，多个支撑支腿一均匀环绕设置在六自由度并联模块的动平台上。
技术方案6.根据技术方案5所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，多个支撑支腿一结构相同，均包括带有力传感器的伸缩装置和下圆弧形支撑足；所述带有力传感器的伸缩装置固定连接于六自由度并联模块的动平台，所述下圆弧形支撑足固定连接于带有力传感器的伸缩装置，带有力传感器的伸缩装置驱动下圆弧形支撑足做直线运动。
技术方案7.根据技术方案1所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，支撑模块包括第二轴承、六自由度姿态调整装置、多个支撑支腿一；所述六自由度姿态调整装置与连接于定位与卡紧模块和两自由度加工与检测模块间的六自由度并联模块结构相同。
技术方案8.根据技术方案7所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，多个所述支撑支腿一均匀环绕设置在六自由度姿态调整装置的定平台上，多个支撑支腿一结构完全相同，多个所述支撑支腿一均包括带有力传感器的伸缩装置和下圆弧形支撑足。
技术方案9.根据技术方案8所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，所述第二轴承的内圈固定连接于刀架下壳，所述第二轴承的外圈固定连接于六自由度姿态调整装置的动平台上，所述刀架下壳与六自由度姿态调整装置的动平台通过第二轴承发生转动运动；所述带有力传感器的伸缩装置固定连接于六自由度姿态调整装置的定平台上，所述下圆弧形支撑足固定连接于带有力传感器的伸缩装置上，带有力传感器的伸缩装置驱动其上固联的下圆弧形支撑足做直线运动。
技术方案10.根据技术方案1所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，还包括第二支撑装置，第二支撑装置安装于六自由度并联模块的动平台上。
技术方案11.根据技术方案10所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，第二支撑装置包括多个支撑支腿二，多个支撑支腿二均匀环绕设置在六自由度并联模块的动平台上，且结构完全相同，均包括带有力传感器的伸缩装置和下圆弧形支撑足。
技术方案12.根据技术方案11所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，所述带有力传感器的伸缩装置固定连接于六自由度并联模块的动平台，所述下圆弧形支撑足固定连接于带有力传感器的伸缩装置，带有力传感器的伸缩装置驱动下圆弧形支撑足做直线运动。
技术方案13.根据技术方案7所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，还包括第二支撑装置，第二支撑装置安装于六自由度并联模块的动平台上。
技术方案14.根据技术方案13所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，第二支撑装置包括多个支撑支腿二，多个支撑支腿二均匀环绕设置在六自由度并联模块的动平台上，且结构完全相同，均包括带有力传感器的伸缩装置和下圆弧形支撑足。
技术方案15.根据技术方案14所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，所述带有力传感器的伸缩装置固定连接于六自由度并联模块的动平台，所述下圆弧形支撑足固定连接于带有力传感器的伸缩装置，带有力传感器的伸缩装置驱动下圆弧形支撑足做直线运动。
技术方案16.根据技术方案8所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，所述支撑模块还包括第二支撑装置、内套筒、外套筒；所述第二支撑装置包括N个支撑支腿二；所述第二轴承的内圈固定连接于刀架下壳，所述第二轴承的外圈固定连接于内套筒，刀架下壳与内套筒通过第二轴承发生转动运动；所述内套筒与外套筒之间滑动连接，所述外套筒与六自由度姿态调整装置的动平台固定连接；内套筒上设置有限位结构；N个支撑支腿二完全相同，其中，均匀环绕设置在六自由度并联模块的动平台上的支撑支腿二为A个，均匀环绕设置在六自由度姿态调整装置的动平台上的支撑支腿二为B个，A、B均大于等于2，且A+B＝N；每条支撑支腿均包括带有力传感器的伸缩装置和下圆弧形支撑足；所述带有力传感器的伸缩装置固定连接于六自由度并联模块的动平台或六自由度姿态调整装置的动平台上，所述下圆弧形支撑足固定连接于带有力传感器的伸缩装置，带有力传感器的伸缩装置驱动下圆弧形支撑足做直线运动。
技术方案17.根据技术方案2所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，所述刀架模块包括刀架电机套、测量头驱动伺服电机、测量头驱动螺纹盘、刀架上壳、两个刀具、刀架下壳、刀具驱动螺纹盘、刀具驱动伺服电机、配重块、测量头；所述测量头驱动螺纹盘和所述刀具驱动螺纹盘分别由所述测量头驱动伺服电机和所述刀具驱动伺服电机驱动，两个所述刀具、所述测量头和所述配重块一端装有齿条；两个所述刀具对称分布，其末端齿条与所述刀具驱动螺纹盘构成螺纹配合，所述测量头和所述配重块对称分布，其末端齿条与所述测量头驱动螺纹盘构成螺纹配合；所述刀具、所述测量头和所述配重块与所述刀架上壳和所述刀架下壳构成移动副；所述刀架下壳与所述刀架上壳固定连接，所述刀架上壳与所述刀架电机套通过螺钉固连，所述刀架电机套与轴向进给模块的联轴器固定连接。
技术方案18.根据技术方案17所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，轴向进给模块包括丝杠、外壳、轴向进给伺服电机、刀架转动伺服电机、减速器、联轴器和轴向电机套；外壳内侧具有导轨槽，所述轴向电机套外侧具有导轨，两者构成移动副；所述轴向进给伺服电机固定在所述轴向电机套上，所述轴向进给伺服电机转轴连接所述丝杠，所述丝杠与所述外壳构成螺纹连接，通过所述轴向进给电机驱动实现所述轴向电机套在所述外壳内沿导轨方向移动；所述刀架转动伺服电机固定在所述轴向电机套内侧，经过所述减速器和所述联轴器与刀架模块上的刀架电机套实现连接。
技术方案19.根据技术方案1所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，所述定位与卡紧模块包括定位与卡紧模块基座、阿基米德螺线驱动盘、三个齿条驱动的直线进给单元、三个圆环形支撑足；所述阿基米德螺线驱动盘转动连接于所述定位与卡紧模块基座上，三个所述齿条驱动的直线进给单元背面排布有齿条，与所述阿基米德螺线驱动盘配合实现可控的直线进给并实现任意位置处的自锁；三个所述圆环形支撑足分别与三个所述齿条驱动的直线进给单元固定连接。
技术方案20.根据技术方案19所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，所述定位与卡紧模块还包括绞盘、吊绳、吊环，所述绞盘、吊绳、吊环组成机器人运送装置，所述定位与卡紧模块基座与所述吊环固定连接，绞盘和吊环通过吊绳连接。
技术方案21.根据技术方案1所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，全局定位模块包括:激光跟踪仪和六个激光靶球；所述激光跟踪仪放置在待加工内孔的孔口；三个所述激光靶球设置在待加工内孔的定位基准上，另外三个所述激光靶球设置在所述定位与卡紧模块的定位与卡紧模块基座上。
技术方案22.根据技术方案21所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，设置在待加工内孔的定位基准上三个所述激光靶球用于建立全局坐标系相对于激光跟踪仪坐标系的变换关系，另外三个所述激光靶球用于建立加工基准坐标系相对于激光跟踪仪坐标系的变换关系。
本发明的有益效果：该机器人能在大尺寸深孔特征中实现移动、定位与固定，并通过机器人的两自由度加工与检测模块完成对深孔内部特征的原位加工与在线检测，在加工过程中支撑模块通过对支撑力的自适应控制保证两自由度加工与检测模块始终具有良好的刚度。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例1的面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例1的全局定位模块的结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例1的定位与卡紧模块的爆炸示意图；
图4是根据本发明一个实施例1的六自由度并联模块的示意图；；
图5是根据本发明一个实施例1的两自由度加工与检测模块的结构示意图；
图6是根据本发明一个实施例1的轴向进给模块的剖面示意图；
图7是根据本发明一个实施例1的刀架模块的剖面示意图；
图8是根据本发明一个实施例1的刀架模块的剖面示意图；
图9是根据本发明一个实施例1的支撑模块的剖面示意图；
图10是根据本发明一个实施例1的支撑模块的爆炸示意图
图11是根据本发明另一个实施例2的机器人整体结构示意图；
图12是根据本发明另一个实施例2的支撑模块示意图；
图13是根据本发明又一个实施例3的机器人整体结构的结构示意图；
图14是根据本发明又一个实施例3的支撑模块的爆炸示意图；
图15是根据本发明又一个实施例3的支撑模块的剖面示意图；
图16是根据本发明又一个实施例3的支撑模块的爆炸示意图；
图17是根据本发明又一个实施例4的机器人整体结构的结构示意图；
图18是根据本发明又一个实施例4的第二支撑装置结构示意图
图19是根据本发明又一个实施例5的机器人整体结构的结构示意图；
图20是根据本发明又一个实施例6的机器人整体结构的结构示意图；
图21是根据本发明又一个实施例6的支撑模块的爆炸示意图；
图22是根据本发明又一个实施例6的支撑模块的剖面示意图；
附图标记：
在实施例1中：全局定位模块I；定位与卡紧模块II；六自由度并联模块III；两自由度加工与检测模块IV；待加工内孔V；支撑模块VI；激光跟踪仪11；激光靶球12；绞盘201；吊绳202；吊环203；定位与卡紧模块基座204；圆环形支撑足205；齿条驱动的直线进给单元206；阿基米德螺线驱动盘207；六自由度并联模块的定平台31；第一支链32；第一支链第一部件321；第一支链第二部件322；第二支链33；第三支链34；第四支链35；第五支链36；第六支链37；六自由度并联模块的动平台38；轴向进给模块IV-1；刀架模块IV-2；丝杠411；外壳412；轴向进给伺服电机413；刀架转动伺服电机414；减速器415；联轴器416；轴向电机套417；刀架电机套4201；测量头驱动伺服电机4202；测量头螺纹盘4203；刀架上壳4204；刀具4205；刀架下壳4207；刀具螺纹盘4208；刀具驱动伺服电机4209；配重块4210；测量头4211；第一轴承611；套筒612；支撑装置基座613；支撑支腿一614；下圆弧形支撑足6141；带有力传感器的伸缩装置6142。
在实施例2中：支撑模块VI；支撑支腿一614；带有力传感器的伸缩装置6142；下圆弧形支撑足6141；六自由度并联模块的动平台38。
在实施例3中：支撑模块VI；刀架下壳4207；第二轴承631；六自由度姿态调整装置632；六自由度姿态调整装置的动平台6321；六自由度姿态调整装置的定平台6322；支撑支腿一614；带有力传感器的伸缩装置6142；下圆弧形支撑足6141。
在实施例4中：第二支撑装置VI-2；支撑支腿二617；带有力传感器的伸缩装置6142；下圆弧形支撑足6141；六自由度并联模块的动平台38。
在实施例5中：第二支撑装置VI-2。
在实施例6中：第二支撑装置VI-2；支撑支腿二617；带有力传感器的伸缩装置6142；下圆弧形支撑足6141；刀架下壳4207；第二轴承631；内套筒661；外套筒662；六自由度姿态调整装置的动平台6321；六自由度并联模块的动平台38。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人。
实施例1：
在本实施例中，如图1所示，一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，包括：全局定位模块I、定位与卡紧模块II、六自由度并联模块III、两自由度加工与检测模块IV、支撑模块VI。其中，所述定位与卡紧模块II可由绳索吊装实现机器人在待加工内孔V内的移动、定位及固定。所述全局定位模块I通过测量加工基准坐标系相对全局坐标系位置和姿态，建立加工基准坐标系与全局坐标系之间的映射关系。所述六自由度并联模块III固连于定位与卡紧模块II下方，具有六个自由度的调整能力，用于调整两自由度加工与检测模块IV的位置和姿态，以确保加工孔的形位精度。所述两自由度加工与检测模块IV，安装在六自由度并联模块III的动平台上，具有轴向和径向进给能力，可实现末端刀具高速旋转并对深孔特征进行镗孔加工。所述支撑模块VI，在加工时可实现对两自由度加工与检测模块IV的力自适应支撑固定，保证机器人在加工过程中具有良好的刚度。
进一步地，如图2所示，全局定位模块包括激光跟踪仪11和六个激光靶球12。其中，所述激光跟踪仪设置在待加工内孔V的孔口；三个所述激光靶球12设置在待加工内孔V的定位基准上，另外三个所述激光靶球设置在所述定位与卡紧模块基座204上，三个所述激光靶球12可用于建立全局坐标系相对于激光跟踪仪坐标系的变换关系，另外三个所述激光靶球可用于建立加工基准坐标系相对于激光跟踪仪坐标系的变换关系，从而可以建立起加工基准坐标系与全局坐标系之间的变换关系。
进一步地，如图3所示，所述定位与卡紧模块包括绞盘201、吊绳202、吊环203、定位与卡紧模块基座204、阿基米德螺线驱动盘207、三个齿条驱动的直线进给单元206、三个圆环形支撑足205。所述绞盘201、吊绳202、吊环203组成机器人运送装置。所述定位与卡紧模块基座204与所述吊环203固定连接，所述阿基米德螺线驱动盘207转动连接于所述定位与卡紧模块基座204上，三个所述齿条驱动的直线进给单元206背面排布有齿条，与所述阿基米德螺线驱动盘207配合可实现可控的直线进给并实现任意位置处的自锁；三个所述圆环形支撑足205与分别与三个所述齿条驱动的直线进给单元206、固定连接。所述阿基米德螺线驱动盘207在电机驱动下可以驱动三个所述齿条驱动的直线进给单元206进行直线运动并带动三个所述圆环形支撑足205与待加工内孔V的内壁紧密贴合并实现可靠定位与夹紧。
进一步地，如图4所示，所述六自由度并联模块包括定平台31、动平台38、第一支链32、第二支链33、第三支链34、第四支链35、第五支链36和第六支链37。所述第一支链32通过一个球铰或三个轴线两两垂直的转动副与所述定平台31连接，所述第一支链32通过一个球铰或三个轴线两两垂直的转动副与所述动平台38连接，所述第一支链32包含第一支链第一部件321和第一支链第二部件322，第一支链第一部件321和第一支链第二部件322组成一个由输入驱动的直线运动副，可以控制所述第一支链32的伸长与缩短。
所述第二支链33、所述第三支链34、所述第四支链35、所述第五支链36和所述第六支链37与所述第一支链32结构相同，所述第一支链32、所述第二支链33、所述第三支链34、所述第四支链35、所述第五支链36和所述第六支链37环绕连接在所述定平台31和所述动平台38之间，构成闭环并联结构，以保证所述动平台38可实现相对于所述定平台31的三个移动自由度与三个转动自由度。
进一步地，如图5所示，所述两自由度加工与检测模块包括刀架模块IV-2和轴向进给模块IV-1。所述刀架模块IV-2装有对称分布的刀具，可携带刀具整体高速旋转。刀具可通过伺服电机驱动实现在刀架模块IV-2上的收缩，以此作为镗孔作业时的径向进给。所述刀架模块IV-2上还装有测量头，测量头可通过另一伺服电机驱动实现在刀架模块IV-2上的收缩，以此实现在线精度测量。所述轴向进给模块IV-1通过联轴器与所述刀架模块IV-2相连，可实现所述刀架模块IV-2整体的高速转动。所述轴向进给模块IV-1还包含驱动所述刀架模块IV-2轴向运动的伺服电机和传动系统，可以实现所述刀架模块IV-2沿深孔轴向的进给运动。
进一步的，如图6所示，所述轴向进给模块IV-1包括丝杠411、外壳412、轴向进给伺服电机413、刀架转动伺服电机414、减速器415、联轴器416和轴向电机套417。所述外壳412内侧具有导轨槽，所述轴向电机套417外侧具有导轨，两者构成移动副；所述轴向进给伺服电机413固定在所述轴向电机套417上，所述轴向进给伺服电机413转轴连接所述丝杠411，所述丝杠411与所述外壳412构成螺纹连接，通过所述轴向进给电机413驱动实现所述轴向电机套417在所述外壳412内沿导轨方向移动。所述刀架转动伺服电机414固定在所述轴向电机套417内侧，经过所述减速器415和所述联轴器416可与刀架模块IV-2上的刀架电机套4201实现连接。
进一步的，如图7和图8所示，所述刀架模块IV-2包括刀架电机套4201、测量头驱动伺服电机4202、测量头驱动螺纹盘4203、刀架上壳4204、两个刀具4205、刀架下壳4207、刀具驱动螺纹盘4208、刀具驱动伺服电机4209、配重块4210、测量头4211。所述测量头驱动螺纹盘4203和所述刀具驱动螺纹盘4208分别由所述测量头驱动伺服电机4202和所述刀具驱动伺服电机4209驱动，两个所述刀具4205、所述测量头4211和所述配重块4210一端装有齿条。两个所述刀具4205对称分布，其末端齿条与所述刀具驱动螺纹盘4208构成螺纹配合，所述测量头4211和所述配重块4210对称分布，其末端齿条与所述测量头驱动螺纹盘4203构成螺纹配合。所述刀具4205、所述测量头4211和所述配重块4210与所述刀架上壳4204和所述刀架下壳4207构成移动副；所述刀架下壳4207与所述刀架上壳4204固定连接，所述刀架上壳4204与所述刀架电机套4201通过螺钉固连，所述刀架电机套4201可与轴向进给模块IV-1的联轴器416固定连接。
进一步地，如图9、图10所示，所述支撑模块VI包括第一轴承611、套筒612、支撑装置基座613、多个支撑支腿一；其中，多个所述支撑支腿一均匀环绕设置在支撑装置基座613上，多个支撑支腿一结构相同，所述支撑支腿一均包括下圆弧形支撑足6141和带有力传感器的伸缩装置6142。
所述第一轴承611的内圈固定连接于刀架下壳4207，所述第一轴承611的外圈固定连接于套筒612，套筒612与刀架下壳4207通过第一轴承611可以实现转动运动；所述套筒612与支撑装置基座613间滑动连接，套筒612上设置有限位结构，可防止支撑装置基座613滑落；所述带有力传感器的伸缩装置6142固定连接于支撑装置基座613下方。所述下圆弧形支撑足6141固定连接于带有力传感器的伸缩装置6142，带有力传感器的伸缩装置6142可驱动下圆弧形支撑足6141做直线运动。支撑模块工作时通过力传感器实时反馈支撑力数据，实现对支撑力自适应控制，保证刚度在两自由度加工与检测模块的圆周方向上均匀分布。
进一步，所述支撑支腿一的数量可以为三个，即包括支撑支腿一614，三个支撑支腿一614结构相同，且均匀环绕设置在支撑装置基座613上。三个支撑支腿一614均包括下圆弧形支撑足6141和带有力传感器的伸缩装置6142。
所述支撑模块中的支撑支腿一数目为三时，其满足稳定支撑的基本条件，其精度易得到保证，且制造成本与力自适应控制难度显著降低，当然根据实际加工需求，设置其他数量的支撑支腿一也是可行的，例如，设置两个支撑支腿一、四个支撑支腿一，五个支撑支腿一等。
实施例2：
实施例2与实施例1相比其不同之处在于实施例2中的支撑模块结构不同，且其安装于六自由度并联模块III的动平台38上，如图11所示。
如图12所示，实施例2中的支撑模块VI包括多个支撑支腿一，多个支撑支腿一均匀环绕设置在六自由度并联模块III的动平台38上。多个支撑支腿一的结构相同，均包括带有力传感器的伸缩装置6142和下圆弧形支撑足6141。
所述带有力传感器的伸缩装置6142固定连接于六自由度并联模块III的动平台38，所述下圆弧形支撑足6141固定连接于带有力传感器的伸缩装置6142，带有力传感器的伸缩装置6142可驱动下圆弧形支撑足6141做直线运动。支撑模块工作时通过力传感器反馈支撑力数据，实现对支撑力自适应控制，保证刚度在两自由度加工与检测模块的圆周方向上均匀分布。
进一步，所述支撑支腿一的数量可以为三个，即包括支撑支腿一614，三个支撑支腿一614结构相同，且均匀环绕设置在六自由度并联模块III的动平台38。三个支撑支腿一614均包括带有力传感器的伸缩装置6142和下圆弧形支撑足6141。
进一步地，所述支撑模块中的支撑支腿一数目为三时，其满足稳定支撑的基本条件，其精度易得到保证，且制造成本与力自适应控制难度显著降低，当然根据实际加工需求，设置其他数量的支撑支腿一也是可行的，例如，设置两个支撑支腿一、四个支撑支腿一，五个支撑支腿一等。
实施例3：
实施例3与实施例1相比其不同之处在于实施例3中的支撑模块结构不同，如图13所示。
如图14、图15、图16所示，实施例3中的支撑模块VI包括第二轴承631，六自由度姿态调整装置632，多个支撑支腿一。所述六自由度姿态调整装置632与连接于定位与卡紧模块II和两自由度加工与检测模块IV间的六自由度并联模块III结构相同。
多个所述支撑支腿一均匀环绕设置在六自由度姿态调整装置的定平台6322上，多个所述支撑支腿一结构相同，均包括带有力传感器的伸缩装置6142和下圆弧形支撑足6141。
所述第二轴承631的内圈固定连接于刀架下壳4207，所述第二轴承631的外圈固定连接于六自由度姿态调整装置的动平台6321上，所述刀架下壳4207与六自由度姿态调整装置的动平台6321通过第二轴承631可发生转动运动。所述带有力传感器的伸缩装置6142固定连接于六自由度姿态调整装置的定平台6322上，所述下圆弧形支撑足6141固定连接于带有力传感器的伸缩装置6142上，带有力传感器的伸缩装置6142可驱动其上固联的下圆弧形支撑足6141做直线运动。支撑模块工作时通过力传感器实时反馈支撑力数据，实现对支撑力自适应控制，保证刚度在两自由度加工与检测模块的圆周方向上均匀分布。
进一步地，所述支撑支腿一的数量可以为三个，即包括支撑支腿一614。支撑支腿一614均匀环绕设置在六自由度姿态调整装置的定平台6322上，支撑支腿一614结构相同，均包括带有力传感器的伸缩装置6142和下圆弧形支撑足6141。
所述支撑模块中的支撑支腿一数目为三时，其满足稳定支撑的基本条件，其精度易得到保证，且制造成本与力自适应控制难度显著降低，当然根据实际加工需求，设置其他数量的支撑支腿一也是可行的，例如，设置两个支撑支腿一、四个支撑支腿一，五个支撑支腿一等。
实施例4：
实施例4与实施例1相比其不同之处在于，实施例4中的支撑模块在实施例1的基础上增加了第二支撑装置VI-2，第二支撑装置VI-2安装于六自由度并联模块III的动平台38上，如图17所示。
如图18所示，第二支撑装置VI-2包括多个支撑支腿二，多个支撑支腿二均匀环绕设置在六自由度并联模块的动平台38上，且结构完全相同，均包括带有力传感器的伸缩装置6142和下圆弧形支撑足6141。
所述带有力传感器的伸缩装置6142固定连接于六自由度并联模块的动平台38，所述下圆弧形支撑足6141固定连接于带有力传感器的伸缩装置6142，带有力传感器的伸缩装置6142可驱动下圆弧形支撑足6141做直线运动。支撑模块工作时通过力传感器反馈支撑力数据，实现对支撑力自适应控制，保证刚度在两自由度加工与检测模块的圆周方向上均匀分布。
进一步地，所述支撑支腿二的数量可以为三个，即包括支撑支腿二617，支撑支腿二617均匀环绕设置在六自由度并联模块的动平台38上，且结构完全相同，均包括带有力传感器的伸缩装置6142和下圆弧形支撑足6141。
所述第二支撑装置中的支撑支腿数目为三时，其满足稳定支撑的基本条件，其精度易得到保证，且制造成本与力自适应控制难度显著降低，当然根据实际加工需求，设置其他数量的支撑支腿二也是可行的，例如，设置两个支撑支腿二、四个支撑支腿二，五个支撑支腿二等。
实施例5：
实施例5与实施例3相比其不同之处在于，实施例5中的支撑模块在实施例3的基础上增加了第二支撑装置VI-2，如图19所示。实施例5中所述第二支撑装置VI-2与实施例4中所述第二支撑装置结构与设置位置完全相同。
实施例6：
实施例6与实施例3相比其不同之处在于，实施例6中的支撑模块在实施例3的基础上增加了第二支撑装置VI-2，并且所述支撑模块中六自由度姿态调整装置与刀架下壳连接方式不同，如图20、图21、图22所示。
与实施例3相比，所述支撑模块还包括第二支撑装置VI-2、内套筒661、外套筒662。所述第二支撑装置包括N个支撑支腿二。所述第二轴承631的内圈固定连接于刀架下壳4207，所述第二轴承631的外圈固定连接于内套筒661，刀架下壳4207与内套筒661通过第二轴承631可发生转动运动。所述内套筒661与外套筒662之间滑动连接，所述外套筒662与六自由度姿态调整装置的动平台6321固定连接。内套筒661上设置有限位结构，可防止内套筒661在运动到极限位置时从外套筒662上脱落。N个支撑支腿二完全相同，其中，均匀环绕设置在六自由度并联模块的动平台上的支撑支腿二为A个，均匀环绕设置在六自由度姿态调整装置的动平台上的支撑支腿二为B个，A、B均大于等于2，且A+B＝N；每条支撑支腿二均包括带有力传感器的伸缩装置6142和下圆弧形支撑足6141。所述带有力传感器的伸缩装置6142固定连接于六自由度并联模块的动平台38或六自由度姿态调整装置的动平台6321上，所述下圆弧形支撑足6141固定连接于带有力传感器的伸缩装置6142，带有力传感器的伸缩装置6142可驱动下圆弧形支撑足6141做直线运动。支撑模块工作时通过力传感器反馈支撑力数据，实现对支撑力自适应控制，保证刚度在两自由度加工与检测模块的圆周方向上均匀分布。
进一步地，所述支撑支腿二的数量可以为六个，即包括支撑支腿二617，支撑支腿二617结构完全相同，其中，三个支撑支腿二均匀环绕设置在六自由度并联模块的动平台38上，另外三个支撑支腿二均匀环绕设置在六自由度姿态调整装置的动平台6321上。
所述第二支撑装置中的均匀环绕设置在六自由度并联模块的动平台上的支撑支腿数二和均匀环绕设置在六自由度姿态调整装置的动平台上的支撑支腿二数目分别为三时，其满足稳定支撑的基本条件，其精度易得到保证，且制造成本与力自适应控制难度显著降低，当然根据实际加工需求，设置其他数量的支撑支腿二也是可行的，例如，设置在六自由度并联模块的动平台上的支撑支腿数二的数量为两个支撑支腿二、四个支撑支腿二，五个支撑支腿二等，设置在六自由度姿态调整装置的动平台上的支撑支腿二的数量为两个支撑支腿二、四个支撑支腿二，五个支撑支腿二等。
本发明的目的在于提出一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，包括：定位与卡紧模块，通过此模块可实现机器人在深孔内的移动、定位及固定；全局定位模块，通过测量加工基准坐标系相对全局坐标系位置和姿态，建立加工基准坐标系与全局坐标系之间的映射关系；六自由度并联模块，固定连接于定位与卡紧模块下方，具有六个自由度的调整能力，用于调整两自由度加工与检测模块的位置和姿态，以确保加工孔的形位精度；两自由度加工与检测模块，安装在六自由度并联模块动平台上，具有轴向和径向进给能力，可实现末端刀具高速旋转并对深孔特征进行镗孔加工；支撑模块，在加工时可实现对两自由度加工与检测模块的力自适应支撑固定，保证机器人在加工过程中具有良好的刚度。该机器人可在深孔内部灵活定位并稳定支撑，最终实现对深孔内部特征的加工和在线检测，相比现有的加工装备该机器人在此类特征加工上更灵活性、更高效。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (16)
1.一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，
包括：
定位与卡紧模块，用以实现机器人在待加工深孔内的移动、定位和固定；
全局定位模块，通过测量加工基准坐标系相对全局坐标系位置和姿态，建立加工基准坐标系与全局坐标系之间的映射关系；
六自由度并联模块，固定连接于定位与卡紧模块下方，具有六个自由度的调整能力，用于调整两自由度加工与检测模块的位置和姿态；
两自由度加工与检测模块，安装在六自由度并联模块的动平台上，具有轴向和径向进给能力，以实现末端刀具高速旋转并对深孔特征进行镗孔加工；
支撑模块，在加工时可实现对两自由度加工与检测模块的力自适应支撑固定，保证机器人在加工过程中具有良好的刚度。
2.根据权利要求1所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，所述两自由度加工与检测模块包括刀架模块和轴向进给模块，所述轴向进给模块通过联轴器与所述刀架模块相连，所述轴向进给模块实现所述刀架模块沿待加工内孔轴向的进给运动，所述刀架模块装有对称分布的刀具，且所述刀架模块上还装有对称分布的测头和配重块。
3.根据权利要求1所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，所述支撑模块包括第一轴承、套筒、支撑装置基座、多个支撑支腿一；其中，多个所述支撑支腿一均匀环绕设置在支撑装置基座上，多个支撑支腿一结构相同，所述支撑支腿一均包括下圆弧形支撑足和带有力传感器的伸缩装置。
4.根据权利要求3所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，第一轴承的内圈固定连接于刀架下壳，所述第一轴承的外圈固定连接于套筒，套筒与刀架下壳通过第一轴承实现转动运动；所述套筒与支撑装置基座滑动连接，套筒上设置有限位结构；所述带有力传感器的伸缩装置固定连接于支撑装置基座下方；所述下圆弧形支撑足固定连接于带有力传感器的伸缩装置，带有力传感器的伸缩装置驱动下圆弧形支撑足做直线运动。
5.根据权利要求1所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，支撑模块包括多个支撑支腿一，多个支撑支腿一均匀环绕设置在六自由度并联模块的动平台上。
6.根据权利要求5所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，多个支撑支腿一结构相同，均包括带有力传感器的伸缩装置和下圆弧形支撑足；所述带有力传感器的伸缩装置固定连接于六自由度并联模块的动平台，所述下圆弧形支撑足固定连接于带有力传感器的伸缩装置，带有力传感器的伸缩装置驱动下圆弧形支撑足做直线运动。
7.根据权利要求1所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，支撑模块包括第二轴承、六自由度姿态调整装置、多个支撑支腿一；所述六自由度姿态调整装置与连接于定位与卡紧模块和两自由度加工与检测模块间的六自由度并联模块结构相同。
8.根据权利要求7所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，多个所述支撑支腿一均匀环绕设置在六自由度姿态调整装置的定平台上，多个支撑支腿一结构相同，多个所述支撑支腿一均包括带有力传感器的伸缩装置和下圆弧形支撑足。
9.根据权利要求8所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，所述第二轴承的内圈固定连接于刀架下壳，所述第二轴承的外圈固定连接于六自由度姿态调整装置的动平台上，所述刀架下壳与六自由度姿态调整装置的动平台通过第二轴承发生转动运动；所述带有力传感器的伸缩装置固定连接于六自由度姿态调整装置的定平台上，所述下圆弧形支撑足固定连接于带有力传感器的伸缩装置上，带有力传感器的伸缩装置驱动其上固联的下圆弧形支撑足做直线运动。
10.根据权利要求1所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，还包括第二支撑装置，第二支撑装置安装于六自由度并联模块的动平台上。
11.根据权利要求10所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，第二支撑装置包括多个支撑支腿二，多个支撑支腿二均匀环绕设置在六自由度并联模块的动平台上，且结构完全相同，均包括带有力传感器的伸缩装置和下圆弧形支撑足。
12.根据权利要求11所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，所述带有力传感器的伸缩装置固定连接于六自由度并联模块的动平台，所述下圆弧形支撑足固定连接于带有力传感器的伸缩装置，带有力传感器的伸缩装置驱动下圆弧形支撑足做直线运动。
13.根据权利要求7所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，还包括第二支撑装置，第二支撑装置安装于六自由度并联模块的动平台上。
14.根据权利要求13所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，第二支撑装置包括多个支撑支腿二，多个支撑支腿二均匀环绕设置在六自由度并联模块的动平台上，且结构完全相同，均包括带有力传感器的伸缩装置和下圆弧形支撑足。
15.根据权利要求14所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，所述带有力传感器的伸缩装置固定连接于六自由度并联模块的动平台，所述下圆弧形支撑足固定连接于带有力传感器的伸缩装置，带有力传感器的伸缩装置驱动下圆弧形支撑足做直线运动。
16.根据权利要求8所述的一种面向深孔内部特征原位加工的移动式机器人，其特征在于，所述支撑模块还包括第二支撑装置、内套筒、外套筒；所述第二支撑装置包括N个支撑支腿二；所述第二轴承的内圈固定连接于刀架下壳，所述第二轴承的外圈固定连接于内套筒，刀架下壳与内套筒通过第二轴承发生转动运动；所述内套筒与外套筒之间滑动连接，所述外套筒与六自由度姿态调整装置的动平台固定连接；内套筒上设置有限位结构；N个支撑支腿二完全相同，其中，均匀环绕设置在六自由度并联模块的动平台上的支撑支腿二为A个，均匀环绕设置在六自由度姿态调整装置的动平台上的支撑支腿二为B个，A、B均大于等于2，且A+B＝N；每条支撑支腿二均包括带有力传感器的伸缩装置和下圆弧形支撑足；所述带有力传感器的伸缩装置固定连接于六自由度并联模块的动平台或六自由度姿态调整装置的动平台上，所述下圆弧形支撑足固定连接于带有力传感器的伸缩装置，带有力传感器的伸缩装置驱动下圆弧形支撑足做直线运动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Xie Fugui Inventor after: Liu Xinjun Inventor after: Ma Zijian Inventor before: Liu Xinjun Inventor before: Xie Fugui Inventor before: Chongzenhui |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |