CN111844070A - 一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，包括：定位与卡紧模块，可以实现在大尺寸内孔中的移动、定位与卡紧；全局定位模块，通过测量定位与卡紧模块所建立的加工基准坐标系与全局坐标系之间的相对位置，建立起加工基准坐标系与全局坐标系之间的变换关系；六自由度姿态调节模块，固定连接于定位与卡紧模块下方，在实现可靠定位与卡紧之后对末端搭载的两自由度加工与检测模块实现位置与姿态的调节；两自由度加工与检测模块，安装于六自由度姿态调节模块下方，具备沿内孔轴向与径向的进给能力以满足加工特征的加工要求。该机器人能够在大尺寸深孔中实现定位与刀具的姿态调节，并实现定位、位姿调节、原位加工与检测的全流程作业。

Description

一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人

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原位加工作业的移动式混联机器人。

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原位加工作业的移动式混联机器人，该装置能够在大尺寸金属内孔中实现定位与刀具的姿态调节，并实现定位、位姿调节、加工与检测的全流程作业。

为达到上述目的，本发明提出了一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人。

技术方案1.一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，其特征在于，包括：定位与卡紧模块，通过输送装置实现机器人在待加工内孔内部的灵活定位及稳定支撑；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，固连于定位与卡紧模块下方，具有六个自由度的调整能力，用以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，所述两自由度加工与检测模块安装在所述六自由度并联模块的动平台上，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，所述轴向进给模块具有轴向进给力，所述刀架模块具有径向进给能力。

技术方案2.根据技术方案1所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，其特征在于，定位与卡紧模块包括：定位与卡紧模块基座、三个圆环形支撑足、三个齿条驱动的直线进给单元、阿基米德螺线驱动盘；其中，所述阿基米德螺线驱动盘安装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以实现可控的直线进给并实现任意位置处的自锁；三个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，且三个所述圆环形支撑足的外径与待加工内孔的内径相同。

技术方案3.根据技术方案2所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，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4.根据技术方案1所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，其特征在于，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。

技术方案5.根据技术方案1-4任一项所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，其特征在于，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，两个所述刀具呈180°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呈180°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；所述刀架下壳与所述刀架上壳固定连接；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通过螺纹连接。

技术方案6.根据技术方案5所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，其特征在于，所述轴向进给模块包括：轴向电机套、刀架转动伺服电机、电机套螺母、刀架转动减速器、联轴器、螺母端盖、外壳盖、传动齿轮、轴向进给减速器、减速器支架、外壳和轴向进给伺服电机；其中，所述外壳内侧具有导轨槽，所述轴向电机套外侧一端具有导轨，两者构成移动副；所述轴向电机套外侧另一端具有螺纹，与所述电机套螺母构成螺旋副；所述电机套螺母通过所述螺母端盖与所述外壳盖实现轴向定位，在所述外壳盖上绕轴线转动，所述电机套螺母一端加工有齿轮，齿轮与所述传动齿轮啮合，所述传动齿轮由所述轴向进给伺服电机经由所述轴向进给减速器驱动；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所述刀架模块上的刀架电机套实现连接。

技术方案7.根据技术方案1所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，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；驱动盘，所述驱动盘安装于所述定位与卡紧模块基座上，所述驱动盘上对称布置有三个圆柱销；相对于定位与卡紧模块基座中心对称布置的第一直线进给单元、第二直线进给单元和第三直线进给单元，三者均安装于所述定位与卡紧模块基座上；第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述第一连杆的一端与所述驱动盘的一个圆柱销通过一个转动副连接，另一端与所述第一直线进给单元通过一个转动副连接，从而与所述驱动盘以及所述第一直线进给单元构成第一摇杆滑块机构；所述第二连杆、第三连杆的一端与所述驱动盘的一个圆柱销通过一个转动副连接，另一端分别与所述第二直线进给单元、所述第三直线进给单元通过一个转动副连接，从而构成第二摇杆滑块机构和第三摇杆滑块机构；三个圆环形支撑足，三个所述圆环形支撑足分别与所述第一直线进给单元、第二直线进给单元与第三直线进给单元固定连接，且三个所述圆环形支撑足的外径与待加工内孔的内径相同。

技术方案8.根据技术方案7所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，其特征在于，所述第二直线进给单元、第三直线进给单元与所述第一直线进给单元结构相同；所述第二连杆、第三连杆与第一连杆结构相同。

技术方案9.根据技术方案1所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，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；相对于定位与卡紧模块基座中心对称布置第一液压驱动直线进给单元、第二液压驱动直线进给单元、第三液压驱动直线进给单元，三者均安装于所述定位与卡紧模块基座上，由液压直接驱动实现直线进给；三个圆环形支撑足，三个所述圆环形支撑足分别与所述第一液压驱动直线进给单元、第二液压驱动直线进给单元与第三液压驱动直线进给单元固定连接，且三个所述圆环形支撑足的外径与待加工内孔的内径相同。

技术方案10.根据技术方案9所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，其特征在于，所述第二液压驱动直线进给单元、第三液压驱动直线进给单元结构与所述第一液压驱动直线进给单元相同。

技术方案11.根据技术方案1所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，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；驱动齿轮，所述驱动齿轮相对于所述定位与卡紧模块基座转动；第一从动齿轮，所述第一从动齿轮与所述驱动齿轮构成一组齿轮组；第一直线进给单元，所述第一直线进给单元安装于所述定位与卡紧模块基座上，所述第一直线进给单元与所述第一从动齿轮之间形成齿轮齿条运动副；第一圆环形支撑足，所述第一圆环形支撑足与所述第一直线进给单元固定连接；第二从动齿轮、第三从动齿轮，分别与驱动齿轮组成一组齿轮组；第二直线进给单元、第三直线进给单元，分别与所述第二从动齿轮和第三从动齿轮之间形成齿轮齿条运动副；第二圆环形支撑足、第三圆环形支撑足，且分别与所述第二直线进给单元和第三直线进给单元固定连接；所述第一圆环形支撑足、第二圆环形支撑足、第三圆环形支撑足的外径与待加工内孔的内径相同。

技术方案12.根据技术方案1所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，其特征在于，所述第二从动齿轮与第三从动齿轮与所述第一从动齿轮结构相同，所述第二直线进给单元与第三直线进给单元结构与所述第一直线进给单元相同，所述第二圆环形支撑足与第三圆环形支撑足结构与所述第一圆环形支撑足相同。

技术方案13.根据技术方案1所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，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；驱动凸轮，所述驱动凸轮相对于所述定位与卡紧模块基座转动；第一直线进给单元，所述第一直线进给单元安装于所述定位与卡紧模块基座上，所述第一直线进给单元与所述驱动凸轮之间形成凸轮副；第一圆环形支撑足，所述第一圆环形支撑足与所述第一直线进给单元固定连接；第二直线进给单元、第三直线进给单元，分别与所述驱动凸轮之间形成凸轮副；第二圆环形支撑足、第三圆环形支撑足，分别与所述第二直线进给单元和第三直线进给单元固定连接；所述第一圆环形支撑足、第二圆环形支撑足、第三圆环形支撑足的外径与待加工内孔的内径相同。

技术方案14.根据技术方案13所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，其特征在于，所述第二直线进给单元与第三直线进给单元结构与所述第一直线进给单元相同，所述第二圆环形支撑足与第三圆环形支撑足结构与所述第一圆环形支撑足相同。

技术方案15.根据技术方案3所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，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。

技术方案16.根据技术方案1所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，其特征在于，所述六自由度并联模块包括定平台、动平台、第一支链、第二支链、第三支链、第四支链、第五支链和第六支链，所述第一支链、所述第二支链、所述第三支链、所述第四支链、所述第五支链和所述第六支链分别连接在所述定平台和所述动平台之间，构成闭环并联结构。

技术方案17.根据技术方案16所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，其特征在于，所述第二支链、所述第三支链、所述第四支链、所述第五支链、所述第六支链与所述第一支链结构相同，均包含第一支链第一部件和第一支链第二部件，第一支链第一部件和第一支链第二部件组成一个由输入驱动的直线运动副。

技术方案18.根据技术方案16所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，其特征在于，第一支链、第二支链、第三支链、第四支链、第五支链和第六支链均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、所述动平台连接。

本发明的有益效果：该机器人能够在大尺寸深孔中实现定位与刀具的姿态调节，并实现定位、位姿调节、原位加工与检测的全流程作业。

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的面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例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的六自由度姿态调节模块的结构示意图；

图5是根据本发明一个实施例的六自由度姿态调节模块的爆炸示意图；

图6是根据本发明一个实施例的两自由度加工与检测模块的结构示意图；

图7是根据本发明一个实施例的刀架模块的剖面示意图；

图8是根据本发明一个实施例的刀架模块的剖面示意图；

图9是根据本发明一个实施例的轴向进给模块的剖面示意图；

图10是根据本发明实施例2的定位与卡紧模块的爆炸示意图；

图11是根据本发明实施例2的定位与卡紧模块的结构示意图；

图12是根据本发明实施例3的定位与卡紧模块的爆炸示意图；

图13是根据本发明实施例4的定位与卡紧模块的结构示意图；

图14是根据本发明实施例4的定位与卡紧模块的爆炸示意图；

图15是根据本发明实施例5的定位与卡紧模块的结构示意图。

附图标记：

实施例1中：全局定位模块I；定位与卡紧模块II；六自由度姿态调节模块III；两自由度加工与检测模块IV；待加工内孔V；激光跟踪仪11；激光靶球12-17；定位与卡紧模块基座21；圆环形支撑足22、26、28；齿条驱动的直线进给单元23、25、27；阿基米德螺线驱动盘24；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；动平台38；轴向进给模块IV-1；刀架模块IV-2；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、4206；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；轴向电机套4301；刀架转动伺服电机4302；电机套螺母4303；刀架转动减速器4304；联轴器430；螺母端盖4306；外壳盖4307；传动齿轮4308；轴向进给减速器4309；减速器支架4310；外壳4311；轴向进给伺服电机4312。

实施例2中：定位与卡紧模块基座51；圆环形支撑足52、56、57；第一直线进给单元53；第一连杆54；驱动盘55.

实施例3中：定位与卡紧模块基座61；第一液压驱动直线进给单元62；第一圆环形支撑足63；第二液压驱动直线进给单元64；第二圆环形支撑足65；第三液压驱动直线进给单元66；第三圆环形支撑足67。

实施例4中：定位与卡紧模块基座71；驱动齿轮72；第一从动齿轮73；第一直线进给单元74；第一圆环形支撑足75；第二从动齿轮76；第二直线进给单元77；第二圆环形支撑足78；第三从动齿轮79，第三直线进给单元710；第三圆环形支撑足711。

实施例5中：定位与卡紧模块基座81；驱动凸轮82；第一直线进给单元83；第一圆环形支撑足84；第二直线进给单元85；第二圆环形支撑足86；第三直线进给单元87；第三圆环形支撑足88。

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原位加工作业的移动式混联机器人。

在本发明的实施例1中，如图1所示，一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人包括全局定位模块I、定位与卡紧模块II；六自由度姿态调节模块III；两自由度加工与检测模块IV。

定位与卡紧模块II由绳索吊装或采用其他合适方式在待加工内孔V中移动并可以实现在待加工内孔V中的定位与卡紧，并建立起后续加工基准坐标系；全局定位模块I通过测量定位与卡紧模块所建立的加工基准坐标系与全局坐标系之间的相对位置，建立起加工基准坐标系与全局坐标系之间的变换关系。六自由度姿态调节模块III固定连接于定位与卡紧模块II下方，在定位与卡紧模块II实现可靠定位与卡紧之后对末端搭载的两自由度加工与检测模块IV实现位置与姿态的调节；两自由度加工与检测模块IV安装于六自由度姿态调节模块III下方，具备沿内孔轴向与径向的进给能力以满足加工特征的加工要求。

进一步地，如图2所示，全局定位模块I包括:激光跟踪仪11和六个激光靶球12-17。所述激光跟踪仪放置在待加工内孔V的孔口；三个所述激光靶球12、13和15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14、16和17设置在所述定位与卡紧模块II的定位与卡紧模块基座上，三个所述激光靶球12、13和15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14、16和17可用于建立加工基准坐标系相对于激光跟踪仪11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II包括：定位与卡紧模块基座21、三个圆环形支撑足22、26和28、三个齿条驱动的直线进给单元23、25和27、阿基米德螺线驱动盘24。

其中，所述阿基米德螺线驱动盘24安装于所述定位与卡紧模块基座21上，可以实现相对于所述定位与卡紧模块基座21的转动运动；三个所述齿条驱动的直线进给单元23、25和27背面排布有齿条，与所述阿基米德螺线驱动盘24配合可实现可控的直线进给并实现任意位置处的自锁；三个圆环形支撑足22、26和28分别与三个所述齿条驱动的直线进给单元23、25和27固定连接且三个所述圆环形支撑足的外径22、26和28与待加工内孔V的内径相同，所述阿基米德螺线驱动盘24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23、25和27进行直线运动并带动三个所述圆环形支撑足22、26和28与待加工内孔V的内壁紧密贴合并实现可靠定位与夹紧。

所述定位与卡紧模块II可由吊环配合吊绳或其他合适形式实现在所述待加工内孔中实现移动与定位。

进一步地，如图4和图5所示，所述六自由度并联模块III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、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分别连接在所述定平台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。

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、所述第六支链37与所述第一支链32结构相同，均包含第一支链第一部件312和第一支链第二部件322，第一支链第一部件312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的伸长与缩短。

其中，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均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、所述动平台38连接。

进一步地，如图6所示，所述两自由度加工与检测模块IV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，以此作为加工作业时的径向进给。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和4206、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和4206、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和4206呈180°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呈180°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；所述刀架下壳4207与所述刀架上壳4204固定连接；所述刀具4205和4206、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的联轴器通过螺纹连接。

进一步的，如图9所示，所述轴向进给模块IV-1包括：轴向电机套4301、刀架转动伺服电机4302、电机套螺母4303、刀架转动减速器4304、联轴器4305、螺母端盖4306、外壳盖4307、传动齿轮4308、轴向进给减速器4309、减速器支架4310、外壳4311和轴向进给伺服电机4312。其中，所述外壳4311内侧具有导轨槽，所述轴向电机套4301外侧一端具有导轨，两者构成移动副；所述轴向电机套4301外侧另一端具有螺纹，与所述电机套螺母4303构成螺旋副；所述电机套螺母4303通过所述螺母端盖4306与所述外壳盖4307实现轴向定位，可在所述外壳盖4307上绕轴线转动，所述电机套螺母4303一端加工有齿轮，齿轮与所述传动齿轮4308啮合，所述传动齿轮4308由所述轴向进给伺服电机4312经由所述轴向进给减速器4309驱动；所述刀架转动伺服电机4302固定在所述轴向电机套4301内侧，经过所述减速器4304和所述联轴器4305可与所述刀架模块IV-2上的刀架电机套实现连接。

在本发明实施例2中，如图10和图11所示，所述定位与卡紧模块II还可包括：定位与卡紧模块基座51；驱动盘55，所述驱动盘55安装于所述定位与卡紧模块基座51上，可以实现相对于所述定位与卡紧模块基座51的转动运动，所述驱动盘55上对称布置有三个圆柱销；第一直线进给单元53，所述直线进给单元53安装于所述定位与卡紧模块基座51上，可实现相对于所述定位与卡紧模块基座51的直线进给运动；第二直线进给单元与第三直线进给单元，所述第二直线进给单元与第三直线进给单元与所述第一直线进给单元结构相同，并对称安装于所述定位与卡紧模块基座上；第一连杆54，所述第一连杆54的一端与所述驱动盘55的一个圆柱销通过一个转动副连接，另一端与所述第一直线进给单元53通过一个转动副连接，从而与所述驱动盘以及所述第一直线进给单元构成第一摇杆滑块机构，从而实现所述第一直线进给单元53的可控直线进给；第二连杆和第三连杆，所述第二连杆和第三连杆与第一连杆结构相同，一端与所述驱动盘55的一个圆柱销通过一个转动副连接，另一端分别与所述第二直线进给单元和所述第三直线进给单元通过一个转动副连接，从而构成第二摇杆滑块机构和第三摇杆滑块机构；三个圆环形支撑足52、56和57，三个所述圆环形支撑足52、56和57分别与所述第一直线进给单元、第二直线进给单元与第三直线进给单元固定连接，且三个所述圆环形支撑足52、56和57的外径与待加工内孔V的内径相同，从而所述驱动盘55在电机驱动下可以驱动所述第一摇杆滑块机构、第二摇杆滑块机构和第三摇杆滑块机构进行直线运动并带动三个所述圆环形支撑足与待加工内孔V紧密贴合并实现可靠定位与夹紧，所述第一摇杆滑块机构、第二摇杆滑块机构和第三摇杆滑块机构在三个所述圆环形支撑足夹紧时将处于“死点”位置附近，也即第一连杆54、第二连杆、第三连杆的轴线方向通过所述驱动盘55的转动中心。

所述定位与卡紧模块可由吊环配合吊绳或其他合适形式实现在所述待加工内孔中实现移动与定位。

在本发明实施例3中，如图12所示，所述定位与卡紧模块还可包括：定位与卡紧模块基座61；第一液压驱动直线进给单元62，所述第一液压驱动直线进给单元62安装于所述定位与卡紧模块基座61上，由液压直接驱动实现直线进给；第二液压驱动直线进给单元65与第三液压驱动直线进给单元66，所述第二液压驱动直线进给单元65与第三液压驱动直线进给单元66结构与所述第一液压驱动直线进给单元62相同，三个液压驱动直线进给单元相对于定位与卡紧模块基座61中心对称布置；三个圆环形支撑足63、64和67，三个所述圆环形支撑足63、64和67分别与所述第一液压驱动直线进给单元62、第二液压驱动直线进给单元65与第三液压驱动直线进给单元66固定连接，且三个所述圆环形支撑足63、64和67的外径与待加工内孔V的内径相同，从而三个所述圆环形支撑足63、64和67在液压驱动下能够与待加工内孔V紧密贴合并实现可靠定位与夹紧。

所述定位与卡紧模块可由吊环配合吊绳或其他合适形式实现在所述待加工内孔中实现移动与定位。

在本发明实施例4中，如图13和14所示，所述定位与卡紧模块还可包括：定位与卡紧模块基座71；驱动齿轮72，所述驱动齿轮72可相对于所述定位与卡紧模块基座71转动；第一从动齿轮73，所述第一从动齿轮73与所述驱动齿轮72构成一组齿轮组，可通过控制所述驱动齿轮72的转动进而控制第一从动齿轮73的转动；第一直线进给单元74，所述第一直线进给单元74安装于所述定位与卡紧模块基座71上，所述第一直线进给单元74与所述第一从动齿轮73之间形成齿轮齿条运动副，从而可实现相对于所述定位与卡紧模块基座71的直线进给运动；第一圆环形支撑足75，所述第一圆环形支撑足75与所述第一直线进给单元74固定连接；第二从动齿轮76、第三从动齿轮79，所述第二从动齿轮76与第三从动齿轮79与所述第一从动齿轮73结构相同，并分别与驱动齿轮72组成一组齿轮组，可通过控制所述驱动齿轮72的转动进而控制第二从动齿轮76和第三从动齿轮79的转动；第二直线进给单元77、第三直线进给单元710，所述第二直线进给单元77与第三直线进给单元710结构与所述第一直线进给单元74相同，并分别与所述第二从动齿轮76和第三从动齿轮79之间形成齿轮齿条运动副，从而可实现相对于所述定位与卡紧模块基座71的直线进给运动；第二圆环形支撑足78、第三圆环形支撑足711，所述第二圆环形支撑足78与第三圆环形支撑足711结构与所述第一圆环形支撑足75相同，且分别与所述第二直线进给单元77和第三直线进给单元710固定连接；所述第一圆环形支撑足75、第二圆环形支撑足78、第三圆环形支撑足711的外径与待加工内孔V的内径相同，从而所述第一圆环形支撑足75、第二圆环形支撑足78、第三圆环形支撑足711在所述驱动齿轮72的驱动下能够与待加工内孔V紧密贴合并实现可靠定位与夹紧。

所述定位与卡紧模块可同样由吊环配合吊绳或其他合适形式实现在所述待加工内孔中实现移动与定位。

在本发明实施例5中，如图15所示，所述定位与卡紧模块还可包括：定位与卡紧模块基座81；驱动凸轮82，所述驱动凸轮82可相对于所述定位与卡紧模块基座81转动；第一直线进给单元83，所述第一直线进给单元83安装于所述定位与卡紧模块基座81上，所述第一直线进给单元83与所述驱动凸轮82之间形成凸轮副，从而可实现相对于所述定位与卡紧模块基座81的直线进给运动；第一圆环形支撑足84，所述第一圆环形支撑足84与所述第一直线进给单元83固定连接；第二直线进给单元85、第三直线进给单元87，所述第二直线进给单元85与第三直线进给单元87结构与所述第一直线进给单元83相同，并分别与所述驱动凸轮82之间形成凸轮副，从而可实现相对于所述定位与卡紧模块基座81的直线进给运动；第二圆环形支撑足86、第三圆环形支撑足88，所述第二圆环形支撑足86与第三圆环形支撑足88结构与所述第一圆环形支撑足84相同，且分别与所述第二直线进给单元85和第三直线进给单元87固定连接；所述第一圆环形支撑足84、第二圆环形支撑足86、第三圆环形支撑足88的外径与待加工内孔V的内径相同，从而所述第一圆环形支撑足84、第二圆环形支撑足86、第三圆环形支撑足88在所述驱动凸轮82的驱动下能够与待加工内孔V紧密贴合并实现可靠定位与夹紧。

所述定位与卡紧模块可同样由吊环配合吊绳或其他合适形式实现在所述待加工内孔中实现移动与定位。

本发明的目的在于提出一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，定位与卡紧模块由绳索吊装或采用其他合适方式在深孔中移动并可以实现在大尺寸内孔中的定位与卡紧；全局定位模块通过测量定位与卡紧模块所建立的基准坐标系与全局坐标系之间的相对位置，建立起加工基准坐标系与全局坐标系之间的变换关系；全自由度姿态调节模块固定连接于定位与卡紧模块下方，在定位与卡紧模块实现可靠定位与卡紧之后对末端搭载的两自由度加工与检测模块实现位置与姿态的调节；两自由度加工与检测模块安装于全自由度姿态调节模块下方，具备沿内孔轴向与径向的进给能力以满足加工特征的加工要求。该机器人能够在大尺寸深孔中实现定位与刀具的姿态调节，并实现定位、位姿调节、原位加工与检测的全流程作业。

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 (14)

1.一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，其特征在于，包括：

定位与卡紧模块，通过输送装置实现机器人在待加工内孔内部的灵活定位及稳定支撑；

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，固连于定位与卡紧模块下方，具有六个自由度的调整能力，用以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，所述两自由度加工与检测模块安装在所述六自由度并联模块的动平台上，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，所述轴向进给模块具有轴向进给力，所述刀架模块具有径向进给能力。

2.根据权利要求1所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，其特征在于，定位与卡紧模块包括：定位与卡紧模块基座、三个圆环形支撑足、三个齿条驱动的直线进给单元、阿基米德螺线驱动盘；其中，所述阿基米德螺线驱动盘安装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以实现可控的直线进给并实现任意位置处的自锁；三个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，且三个所述圆环形支撑足的外径与待加工内孔的内径相同。

3.根据权利要求2所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，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。

4.根据权利要求1所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，其特征在于，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。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，其特征在于，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，两个所述刀具呈180°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呈180°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；所述刀架下壳与所述刀架上壳固定连接；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通过螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，其特征在于，所述轴向进给模块包括：轴向电机套、刀架转动伺服电机、电机套螺母、刀架转动减速器、联轴器、螺母端盖、外壳盖、传动齿轮、轴向进给减速器、减速器支架、外壳和轴向进给伺服电机；其中，所述外壳内侧具有导轨槽，所述轴向电机套外侧一端具有导轨，两者构成移动副；所述轴向电机套外侧另一端具有螺纹，与所述电机套螺母构成螺旋副；所述电机套螺母通过所述螺母端盖与所述外壳盖实现轴向定位，在所述外壳盖上绕轴线转动，所述电机套螺母一端加工有齿轮，齿轮与所述传动齿轮啮合，所述传动齿轮由所述轴向进给伺服电机经由所述轴向进给减速器驱动；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所述刀架模块上的刀架电机套实现连接。

7.根据权利要求1所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，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；驱动盘，所述驱动盘安装于所述定位与卡紧模块基座上，所述驱动盘上对称布置有三个圆柱销；相对于定位与卡紧模块基座中心对称布置的第一直线进给单元、第二直线进给单元和第三直线进给单元，三者均安装于所述定位与卡紧模块基座上；第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述第一连杆的一端与所述驱动盘的一个圆柱销通过一个转动副连接，另一端与所述第一直线进给单元通过一个转动副连接，从而与所述驱动盘以及所述第一直线进给单元构成第一摇杆滑块机构；所述第二连杆、第三连杆的一端与所述驱动盘的一个圆柱销通过一个转动副连接，另一端分别与所述第二直线进给单元、所述第三直线进给单元通过一个转动副连接，从而构成第二摇杆滑块机构和第三摇杆滑块机构；三个圆环形支撑足，三个所述圆环形支撑足分别与所述第一直线进给单元、第二直线进给单元与第三直线进给单元固定连接，且三个所述圆环形支撑足的外径与待加工内孔的内径相同。

8.根据权利要求7所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，其特征在于，所述第二直线进给单元、第三直线进给单元与所述第一直线进给单元结构相同；所述第二连杆、第三连杆与第一连杆结构相同。

9.根据权利要求1所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，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；相对于定位与卡紧模块基座中心对称布置第一液压驱动直线进给单元、第二液压驱动直线进给单元、第三液压驱动直线进给单元，三者均安装于所述定位与卡紧模块基座上，由液压直接驱动实现直线进给；三个圆环形支撑足，三个所述圆环形支撑足分别与所述第一液压驱动直线进给单元、第二液压驱动直线进给单元与第三液压驱动直线进给单元固定连接，且三个所述圆环形支撑足的外径与待加工内孔的内径相同。

10.根据权利要求9所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，其特征在于，所述第二液压驱动直线进给单元、第三液压驱动直线进给单元结构与所述第一液压驱动直线进给单元相同。

11.根据权利要求1所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，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；驱动齿轮，所述驱动齿轮相对于所述定位与卡紧模块基座转动；第一从动齿轮，所述第一从动齿轮与所述驱动齿轮构成一组齿轮组；第一直线进给单元，所述第一直线进给单元安装于所述定位与卡紧模块基座上，所述第一直线进给单元与所述第一从动齿轮之间形成齿轮齿条运动副；第一圆环形支撑足，所述第一圆环形支撑足与所述第一直线进给单元固定连接；第二从动齿轮、第三从动齿轮，分别与驱动齿轮组成一组齿轮组；第二直线进给单元、第三直线进给单元，分别与所述第二从动齿轮和第三从动齿轮之间形成齿轮齿条运动副；第二圆环形支撑足、第三圆环形支撑足，且分别与所述第二直线进给单元和第三直线进给单元固定连接；所述第一圆环形支撑足、第二圆环形支撑足、第三圆环形支撑足的外径与待加工内孔的内径相同。

12.根据权利要求11所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，其特征在于，所述第二从动齿轮与第三从动齿轮与所述第一从动齿轮结构相同，所述第二直线进给单元与第三直线进给单元结构与所述第一直线进给单元相同，所述第二圆环形支撑足与第三圆环形支撑足结构与所述第一圆环形支撑足相同。

13.根据权利要求1所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，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；驱动凸轮，所述驱动凸轮相对于所述定位与卡紧模块基座转动；第一直线进给单元，所述第一直线进给单元安装于所述定位与卡紧模块基座上，所述第一直线进给单元与所述驱动凸轮之间形成凸轮副；第一圆环形支撑足，所述第一圆环形支撑足与所述第一直线进给单元固定连接；第二直线进给单元、第三直线进给单元，分别与所述驱动凸轮之间形成凸轮副；第二圆环形支撑足、第三圆环形支撑足，分别与所述第二直线进给单元和第三直线进给单元固定连接；所述第一圆环形支撑足、第二圆环形支撑足、第三圆环形支撑足的外径与待加工内孔的内径相同。

14.根据权利要求13所述的一种面向深孔原位加工作业的移动式混联机器人，其特征在于，所述第二直线进给单元与第三直线进给单元结构与所述第一直线进给单元相同，所述第二圆环形支撑足与第三圆环形支撑足结构与所述第一圆环形支撑足相同。

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