多维动作加工机器人与集群

　　多维动作加工机器人与集群

　　本申请是以下原申请的分案申请：

　　--原申请的申请日：2018年05月07日

　　--原申请的申请号：201810428646.8

　　--原申请的发明创造名称：多维动作加工机器人与集群

　　技术领域

　　本发明涉及板材加工领域、机器人领域，具体地，涉及一种多维动作加工机器人与集群。

　　背景技术

　　大表面板材加工通常采用大型机器设备，存在大功率、大耗损、大位移运动范围设计等缺陷，特别是对于例如机翼、机舱等大表面薄板，还需要保证高精度、小去除量，并且提供微小进给力以防止变形。现有技术中，对于大表面薄板，由于承载能力有限，加工人员无法直接在弯曲后的板材上工作，因此，通常采用先加工再弯曲的工艺方式，但这种加工工艺仍然存在多位置、多工序、加工效率低的缺陷，并且会发生应力回复变形。

　　发明内容

　　针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多维动作加工机器人与集群。

　　根据本发明提供的多维动作加工机器人，包含机身结构;其中：多个机身结构中包含有第一机身与第二机身，所述第一机身、第二机身分别设置在被加工件沿厚度方向的两端;或者，机身结构位于被加工件的一侧;

　　单个机身结构包含以下任一个或任多个功能部件：

　　--吸附件：将机身结构固定在被加工件上;第一机身所包含的吸附件形成第一吸附块，第二机身所包含的吸附件形成第二吸附块;

　　--牵引件：驱动机身结构在被加工件上运动;

　　--加工工具：加工所述被加工件。

　　优选地，机身结构还包含支撑件，所述功能部件直接或间接连接到支撑件上;

　　所述连接杆件包含以下任一种或任多种结构：

　　--刚性杆;

　　--弹性杆;

　　--伸缩杆;

　　--直线电机结构;

　　所述第一机身包含的连接杆件、支撑件分别形成第一连接杆、第一支撑平台，所述第二机身包含的连接杆件、支撑件分别形成第二连接杆、第二支撑平台。

　　优选地，多个第一吸附块通过设置的第一驱动杆连接，多个第二吸附块通过设置的第二驱动杆连接;

　　第一吸附块和/或第二吸附块为电磁铁结构;第一吸附块与第二吸附块成对布置，并且至少在电磁铁结构通电时能够相互吸引;

　　第一驱动杆与第二驱动杆均包含以下任一种或任多种结构：

　　--弹性杆;

　　--伸缩杆;

　　--直线电机结构。

　　优选地，所述吸附件通过连接杆件连接到支撑件上;

　　第一支撑平台和/或第二支撑平台上安装有加工工具，所述加工工具包含以下任一种或任多种结构：喷涂工具、钻铆工具、铣削工具、研磨工作、抛光工具、填补工具、光学工具、检测工具。

　　优选地，第一机身上的功能部件与第二机身上的功能部件之间在结构上完全对称、部分对称或者完全不对称;

　　全部或部分所述吸附件与被加工件直接接触。

　　优选地，包含三对吸附件均构成行走足，所述加工工具构成临时足;

　　所述加工工具包含磁性部;同一时刻，行走足与临时足这两类支撑足中，至少有三个支撑足与被加工件接触。

　　优选地，第一吸附块和/或第二吸附块为电磁铁结构;

　　所述牵引件包含驱动轮，第一支撑平台和/或第二支撑平台上安装有驱动轮。

　　优选地，第一吸附块和/或第二吸附块上设置有滚动轮;

　　在滚动轮与吸附件之间还设置弹簧;

　　所述吸附件和/或滚动轮在与被加工件相接触的位置设置有划痕保护套。

　　本发明还提供了一种多维动作加工机器人集群，包含多个上述的多维动作加工机器人，多个多维动作加工机器人携带相同或不同的加工工具在被加工件运行;

　　所述多维动作加工机器人还包含有以下任一种或者任多种结构：激光定位结构、荧光识别结构、影像设备、传感器、光学器、检测器。

　　优选地，还包含总控制器，所述多维动作加工机器人通过设置的通讯设备与总控制器进行连接;

　　总控制器包含以下模块：

　　信息收集模块：收集各个多维动作加工机器人的运动加工信息;

　　调度模块：控制多维动作加工机器人到达指定位置进行指定工作;

　　信息迭代优化模块：对当前被加工件的参数多次迭代之后，得到对此类被加工件的路径规划、加工工艺及加工参数的优化。

　　与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

　　1、本发明提供的多维动作加工机器人尺寸小，重量轻，可以直接在大表面薄板上运动并实施加工，避免了大尺寸大功耗的机器使用，有效降低了加工成本与加工难度。

　　2、可同时布置多个带有不同加工工具的多维动作加工机器人，适应不同的加工操作需求，并通过总控制器进行调度控制，实现多个加工工艺的同时进行，极大提高了工作效率。

　　3、本发明在实际应用中，可以结合在被加工件上喷涂的含有加工工艺信息的标记，实现自动加工，提高智能化水平，提高生产效率。

　　4、本发明中通过连接杆件与加工工具的结构设计，可以实现多维运动，能够适应各种复杂表面的对准与加工操作。

　　附图说明

　　通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

　　图1为实施例1中吸附件未动作时示意图;

　　图2为实施例1中右侧的第二吸附块动作后示意图;

　　图3为实施例1中右侧的第一吸附块动作后示意图;

　　图4为实施例1中左侧的第一吸附块动作后示意图;

　　图5为实施例1中左侧的第二吸附块动作后示意图;

　　图6为实施例2中机身结构位置固定时结构图;

　　图7为实施例2中机身结构开始运动时结构图;

　　图8为多维动作加工机器人集群在被加工件上运行示意图;

　　图9为多维动作加工机器人集群在被加工件上进行不同加工工艺示意图;

　　图10为实施例5中机身结构示意图。

　　图中示出：

　　机身结构100 滚动轮318

　　第一机身110 牵引件320

　　第二机身120 驱动轮321

　　被加工件200 加工工具330

　　功能部件300 支撑件400

　　吸附件310 第一支撑平台401

　　第一吸附块311 第二支撑平台402

　　第一驱动杆312 连接杆件450

　　第二吸附块315 第一连接杆451

　　第二驱动杆316 第二连接杆452

　　具体实施方式

　　下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

　　在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置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。

　　基础实施例：

　　本发明提供的多维动作加工机器人包含机身结构100，多个机身结构100中包含有第一机身110与第二机身120，所述第一机身110、第二机身120分别设置在被加工件200沿厚度方向的两端;单个机身结构100包含以下任一个或任多个功能部件300：吸附件310：将机身结构100固定在被加工件200上;牵引件320：驱动机身结构100在被加工件200上运动;加工工具330：加工所述被加工件200。也就是说，具体到第一机身110与第二机身120，不同的机身结构100上配置的功能部件300的种类与数量可以相同，也可以存在差异。

　　进一步地，对于单个机身结构100，还包含支撑件400，所述功能部件300直接或间接连接到支撑件400上。例如，对于加工工具330可以是直接安装在支撑件400上的，而对于吸附件310，可以是通过连接杆件450间接连接到支撑件400上的。优选地，所述连接杆件450可以是刚性杆、弹性杆、伸缩杆或者直线电机结构等。

　　以下对多维动作加工机器人基本实施例的各个优选例进行具体说明：

　　实施例1：

　　如图1至图5所示，本实施例中，所述吸附件310同时构成了牵引件320，第一机身110上的吸附件310与第二机身120上的吸附件310相对布置，形成两对吸附件310，这两对吸附件310又构成了三足以上机器人中的任意用于驱动的两足。优选地，对于中心较低，吸附件310表面积较大，足以完成对整体结构的支撑与平衡时，所述两对吸附件310也可以构成双足机器人。具体的结构说明如下：

　　第一机身110所包含的吸附件310形成第一吸附块311，多个第一吸附块311通过设置的第一驱动杆312连接;第二机身120所包含的吸附件310形成第二吸附块315，多个第二吸附块315通过设置的第二驱动杆316连接。其中，第一吸附块311和/或第二吸附块315为电磁铁结构，第一吸附块311与第二吸附块315成对布置，并且至少在电磁铁结构通电时能够相互吸引。所述驱动杆为弹性杆、伸缩杆、直线电机结构或者其他能够产生长度变化的结构。

　　工作原理：

　　以第一吸附块311为磁体、第二吸附块315为电磁铁结构为例。初始状态如图1所示，此时，两对吸附件310相互吸引，第一驱动杆312与第二驱动杆316均处于缩短状态，机身结构100也相应地固定在被加工件200上。如图2所示，当机身结构100需要移动时，右侧的第二吸附块315在第二驱动杆316的驱动下先向右运动，实现该步骤的方法存在多种，例如：先对右侧的第二吸附块315断电，然后被压缩的弹性材料制成的第二驱动杆316在回弹力的作用下向右运动;或者所述第二驱动杆316为直线电机，通过直线电机推动右侧的第二吸附块315向右运动，等等。如图3所示，右侧的第一吸附块311在通电的右侧的第二吸附块315的吸引下，沿被加工件200表面向右滑动，进而拉伸第一驱动杆312。如图4所示，左侧的第二吸附块315断电，左侧的第一吸附块311在第一驱动杆312的作用下向右运动，该动作的实现也可以有多种方式，例如，被拉伸的弹性材料制成的第一驱动杆312在回弹力的作用下收缩带动左侧的第一吸附块311;第一驱动杆312也可以是直线电机结构进行拉引的，等等。如图5所示，左侧的第二吸附块315通电，在与左侧的第一吸附块311的相互吸引力的作用下，也向右运动，实现整个多维动作加工机器人的步进。优选地，当第一驱动杆312与第二驱动杆316均为弹性杆时，在图4所示的步骤中，由于磁力的相对作用，第一驱动杆312将会被拉长，而第二驱动杆316则被拉短，当总体上还是向右方缓缓前行。或者，当第一驱动杆312与第二驱动杆316中有一个杆时直线电机时，就可以实现整体结构的定距前进。

　　本实施例中，本发明在被加工件200正反面相互交替累积步距，相互协调一致移动，在空间任何位置可达，并对被加工件200进行吸附，产生作业部件作业支撑力结构的自动对正或自找准姿态。

　　实施例2：

　　本实施例为对实施例1提供的结构的变形，如图6、图7所示，所述吸附件310也同时构成了牵引件320，共设置有三对吸附件310，进而构成了三足机器人。所述吸附件310通过连接杆件450连接到支撑件400上，所述连接杆件450起到类似于腿部的作用，而吸附件310起到类似足部的作用。具体的结构说明如下：

　　所述第一机身110包含的吸附件310、连接杆件450、支撑件400分别形成第一吸附块311、第一连接杆451、第一支撑平台401，所述第二机身120包含的吸附件310、连接杆件450、支撑件400分别形成第二吸附块315、第二连接杆452、第二支撑平台402。第一支撑平台401和/或第二支撑平台402上安装有加工工具330，所述加工工具330包含以下任一种或任多种结构：喷涂工具、钻铆工具、铣削工具、研磨工作、抛光工具、填补工具等。实际工作中，第一支撑平台401与第二支撑平台402上可分别设置能够进行配合工作的加工工具330，例如一个加工工具330可植入锚钉，另一个加工工具330可以进行旋紧;当然，单个加工工具330也可以单独工作。

　　本实施例中，每个吸附件310通过两根连接杆件450连接到支撑件400上，连接杆件450具有轴向调节功能，这就使得每个机身结构100至少具有了6个方向的自由度，方便对加工工具330进行对准调节。对于加工工具330，自身也可以具有例如轴向运动、周向转动等自由度，另外，还可以增加微振动、微冲击，形成恒挤压力加应变的进给力模式，适应不同的加工需要。通过所述三足的协调交替运动可以使整个多维动作加工机器人运动到任一平板或者任一有一定曲率半径形面上的任何一个位置，在空间任意位置定位一基准平面，以此平面为基准，带动加工工具330自进给和自旋转，在任意空间曲面，多自由度的支撑平台定位方位内进行作业。

　　实施例3

　　本实施例为对实施例2的结构的变形。本实施例中，所述三对吸附件310中，只有一对吸附件310同时也起到了牵引件320的作用，另外两对吸附件310只是起到支撑点的作用，通过一对牵引件320来带动整个多维动作加工机器人的运动。

　　优选地，第一机身110上的功能部件300与第二机身120上的功能部件300之间在结构上完全对称、部分对称或者完全不对称。例如，对于第一机身110上的吸附件310与第二机身120上的吸附件310，两者在完全吸附的情况下，所处位置在沿被加工件200厚度方向投影上可以是完全重叠或，也可以是相互错开的。优选地，所述吸附件310还可以是不与被加工件200直接接触的。总而言之，只要第一机身110与第二机身120能够协调运动，并最后提供足够支撑加工侧的机身结构100的吸附力即可。优选地，实际应用中，对于完全对称的双面结构，可以采用对称结构同时加工。

　　优选地，所述吸附件310与牵引件320的对数可以根据需要进行调整，形成例如四足、五足或更多足的机器人。优选地，所述连接杆件450的数量也可以根据需要进行调整，以获得更多的自由度。

　　实施例4

　　本实施例为对实施例2的结构的变形。本实施例中，所述三对吸附件310均构成行走足，而所述加工工具330则构成临时足，可实现始终保持三点支撑稳定运动模式：

　　当三个行走足时中有一个行走足抬起时，临时足与另外两个行走足与被加工件200结构，保证机器人整体始终有三足支撑，保持稳定。例如，如果图6所示的加工工具330在下侧，可通过磁力实现临时第三点，即临时足。临时足的实现方式一种是吸住被加工件200，另一种是两侧两个加工工具330相互吸住。

　　优选地，加工工具330包含磁性部，所述磁性部具有可控磁性，如电磁或铁磁，在运动和姿态稳定时也可以是支撑部件，另外一侧的对应的加工工具330包含电磁吸力头。优选地，也可以是调节吸力范围，通过力差步进，实现缓进，例如图6中，功能部件300与被加工件200始终是有约束的，通过控制吸力的大小实现缓进，移动方式可以是滑动移动，在支撑的同时还可以移动。

　　优选地，本发明提供的多维动作加工机器人也可以通过单个机身结构100实现：对于厚板或块体机构，只需要吸附件310构成的箝位足具有足够的固定力即可。例如，被加工件200本身是铁磁材料，则吸附件310可以直接通过磁力吸附在被加工件200上。优选地，所述吸附件310还可以是通过负压吸附在被加工件200上的。区别于现有技术的特征是，本发明中具有由加工工具330构成的临时足。

　　实施例5

　　本实施例为对实施例2的结构的变形。如图10所示，本实施例中，吸附件310与牵引件320被分成两个单独的系统，吸附件310依然是采用磁力进行相互吸引，而牵引件320则包含驱动轮321。

　　实施例中，所述第一吸附块311为磁体结构，第二吸附块315为电磁铁结构，第二吸附块315通电后与第一吸附块311相互吸引，起到在被加工件200上固定位置的作用。吸附件310之间的极化方向吸力，即正对方向吸力，大于剪切方向吸力，所以在抬升状态同时有正向吸力时，可以沿切向克服切向吸力移动。所述驱动轮321连接到第二支撑平台402上，驱动轮321可以是万向轮，通过万向轮沿自身轴向主动转动实现第二机身120的整体运动，进而在磁力的作用下带动第一机身110运动，使得第一机身110上的加工工具330变化位置。当然所述驱动轮321还可以是其他类型的驱动结构，驱动结构的驱动力还可以是来自外部的。优选地，所述第一吸附块311上还设置有滚动轮318，以便于第一机身110在被加工件200上滑动以变动位置。优选地，所述滚动轮318可变化为滚珠。进一步优选地，在滚动轮318与吸附件310之间还可以设置弹簧，设置弹簧的目的是：在抬升时，使得滚动轮318始终保持与被加工面接触;吸住时，滚动轮318可缩入到吸附件310中。优选地，所述吸附件310和/或滚动轮318在与被加工件200相接触的位置设置有划痕保护套。

　　本发明还提供了一种多维动作加工机器人集群，包含多个上述的多维动作加工机器人，多个多维动作加工机器人可以携带相同或不同的加工工具330在同一个被加工件200上进行工作。优选地，所述多维动作加工机器人还包含有以下任一种或者任多种结构：激光定位结构、荧光识别结构、影像设备、传感器(如局部传感器、自驱动传感器等)、光学器、检测器。相应地，在被加工件200上可以进行标记，如激光定位打点、荧光标记、二维码等等，不同的多维动作加工机器人既可以完成上述的标记过程，也可以在运动过程中可以对这些标记进行识别，并根据标记中所包含的信息进行相应的工艺加工操作，实现自动定位、自动加工以及自动检测达标停止。例如：可以一个机器人先打标记，后面的机器人识别标记，而第一个标记是预先在被加工件200上设置的，作为所有标记的基准坐标点或坐标面。优选地，图8中被加工件200是很长的筒，其一台机器人上装光学照相，支持对其它台机器人的图像的采集，采集到的图像与筒壁上的参考点进行比较可以精确定位。具体地，先拍参考点，然后拍其它机器人，这样可以知道其它机器人的实时位姿的调整和校正。

　　进一步优选地，多维动作加工机器人集群还包含总控制器，所述多维动作加工机器人通过设置的通讯设备与总控制器进行连接。总控制器包含以下模块：信息收集模块：收集各个多维动作加工机器人的运动加工信息，如每一个作业目标的打码、索引，这对每一个作业目标的加工参数、状态参数、加工工艺、尺寸结构参数等所有属性的可追溯索引码和数据库;调度模块：控制多维动作加工机器人到达指定位置进行指定工作，如迭代优化、编码存储，人工智能化最佳加工路径、加工工艺参数指引的运动和加工参数的使用，以及最佳加工效果的实现。例如，对当前被加工件200多次迭代之后，得到对此类被加工件200的路径规划、加工工艺及加工参数的优化加工效果。

　　以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。