[发明专利]一种薄壁构件镜像加工辅助支撑机器人及其跟随支撑方法

权利要求书

1.一种薄壁构件镜像加工辅助支撑机器人，其特征在于：包括移动单元（1）、并联升降单元（2）、随动支撑单元（3）、电控系统（4）和传感系统（5），所述并联升降单元（2）设置在移动单元（1）上，包括底座（21）、升降驱动电机（22）、减速器（23）、锥齿轮机构（24）以及若干并联升降机构（25）；所述随动支撑单元（3）设置在并联升降单元（2）上，包括三角板（31）和呈圆周阵列设置在三角板（31）上的阻尼滚珠（32），三角板（31）与并联升降机构（25）连接，阻尼滚珠（32）与待加工薄壁构件（6）的支撑面直接接触；所述电控系统（4）包括机器人本体电控（41）、远程控制器（42）以及服务器（43）；所述传感系统（5）包括避障雷达（51）、激光导航器（52）、刹车限位开关（53）、滑块限位开关（54）、视觉相机（55）、倾角传感器（56）、力传感器（57）以及位移传感器（58）；

所述移动单元（1）包括设置在承重机体上的车体（11）、独立驱动轮（12）、万向轮（13）和伸缩式刹车（14），独立驱动轮（12）与万向轮（13）配合实现支撑机器人前进、后退、转向以及原地正反旋转动作，伸缩式刹车（14）用于实现移动单元（1）的锁定与释放；

所述薄壁构件镜像加工辅助支撑机器人的跟随支撑方法具体包括以下步骤：

S1. 将待加工薄壁构件（6）采用卧式的方式进行装夹，加工主轴（10）处于工艺起点，加工主轴（10）与支撑机器人之间近似镜像布局，中间为待加工薄壁构件（6）；根据待加工薄壁构件（6）的工艺以及加工过程中的刀具轨迹，初步拟定所述支撑机器人的跟随轨迹，作为参考轨迹；

S2. 将随动支撑单元（3）降至行程最低点且平行于底座（21），同时通过导航控制移动单元（1）移动到加工工位的待命点；电控系统（4）初始化，确定支撑机器人的世界坐标和相对坐标，并获取加工点的坐标信息；利用激光导航器（52）获取初始环境信息；

S3. 支撑机器人根据拟定的跟随轨迹移动至初始支撑点，利用视觉相机（55）扫描待加工薄壁构件（6）的支撑侧，并进行关键特征提取，以获得实际加工工况中的支撑面信息，同时将上述加工点的坐标信息、初始环境信息以及支撑面信息存储在机器人本体电控（41）中，并实时传输至服务器（43）；

S4. 远程控制器（42）根据所获的实际加工工况参数，利用修正算法对支撑机器人的坐标信息进行修正补偿；

S5. 伸缩式刹车（14）伸出，并利用刹车限位开关（53）判断伸缩式刹车（14）的刹车片是否触地到位，然后将所述移动单元（1）锁定；

S6. 根据修正后的系统参数，确定初始的支撑目标位置，在位置闭环控制下，将随动支撑单元（3）举升至目标位置，但并未与待加工薄壁构件（6）接触，留有一定的安全距离；

S7. 视觉相机（55）扫描当前待支撑区域，并根据图像识别算法计算出当前待支撑面的法线位置作为前馈信息，然后利用倾角传感器（56）作为反馈进行闭环控制，对并联升降单元（2）进行差动或同步调节，进而调整随动支撑单元（3）的位姿，使得三角板（31）的法线与当前待支撑面的法线基本共线；

S8. 并联升降单元（2）将所述随动支撑单元（3）继续举升，三角板（31）上的位移传感器（58）实时监测三角板（31）与待支撑面之间的间隙，并同时利用力传感器（57）判断阻尼滚珠（32）是否与待支撑面接触，若两者一旦接触，则转为压力闭环控制，并调节到指定支撑力；

S9. 松开伸缩式刹车（14），支撑机器人准备跟随加工运动；

S10. 支撑机器人随动跟随进行支撑，避障雷达（51）和激光导航器（52）实时反馈支撑机器人周围的环境变化，以修正跟随轨迹；视觉相机（55）不断扫描前进方向上的待支撑区域的实际信息，同时电控系统（4）实时计算待支撑面的法线坐标作为随动支撑单元（3）的调姿前馈，并将倾角传感器（56）的数据作为反馈，计算出调姿修正量，同时也将力传感器（57）的数据作为反馈，对支撑力进行实时调节；机器人本体电控（41）驱动支撑机器人的各部分执行器运动；远程控制器（42）实时显示支撑机器人的系统参数，并在后台计算所需的控制量，发出控制指令；服务器（43）搭建起中间通讯与数据交换的桥梁，并存储加工过程支撑机器人的历史数据，以供机器学习使用；

S11. 加工完毕，电控系统（4）发出支撑结束指令，所述随动支撑单元（3）降到最低点，降落过程中将三角板（31）位姿调平；

S12. 支撑机器人根据支撑结束指令，自动回到待命点，完成整个薄壁构件镜像加工过程的辅助支撑任务，并将本次的工作过程数据保存至服务器（43）中，利用机器学习，不断提升支撑机器人对重复性支撑任务的应对能力。