[发明专利]一种基于串并联机器人的三维复杂构件成形系统及方法

权利要求书

1.一种基于串并联机器人的三维复杂构件成形系统，其特征在于：包括串联机器人系统和并联机器人系统，所述的串联机器人系统包括送料机器人手臂(2)、成形机器人手臂(3)、特征机器人手臂(4)和在线热处理装置(5)，所述的送料机器人手臂(2)用于输送坯料(9)，所述的送料机器人手臂(2)还通过固定坯料(9)提供成形的反作用力，所述的成形机器人手臂(3)通过夹持坯料(9)末端以提供加工力，所述的特征机器人手臂(4)用于装载在线热处理装置(5)对变形进行局部感应加热和成形后的淬火处理；所述的并联机器人系统包括导向送料机器人(12)、并联机器人(13)和单臂成形机器人(15)，所述的导向送料机器人(12)通过进给装置(7)将坯料(9)由并联机器人(13)输送至单臂成形机器人(15)，所述的单臂成形机器人(15)前端安装防滑夹持单元。

2.根据权利要求1所述的一种基于串并联机器人的三维复杂构件成形系统，其特征在于：所述的在线热处理装置(5)包括高频加热变压器、感应线圈(52)和热处理环(53)，所述的高频加热变压器分别驱动感应线圈(52)和热处理环(53)进行高频加热。

3.利用权利要求1所述基于串并联机器人的三维复杂构件成形系统成形的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)首先基于塑性变形分析构建精确的半径-偏距轨迹数学模型，并将目标构件的三维光测数据，编译成机器人的手臂轨迹曲线数据；

2)控制成形机器人手臂(3)或单臂成形机器人(15)及送料机器人手臂(2)或导向送料机器人(12)执行手臂轨迹曲线路径，并启动特征机器人手臂(4)对坯料(9)进行热处理；

3)在成形过程中，根据成形样件的三维光测数据和软件设计中样件的三维数据的尺寸差异，对手臂轨迹曲线进行实时校正。

4.根据权利要求3所述基于串并联机器人的三维复杂构件成形系统成形的方法，其特征在于：所述的成形方法还包括：通过完成对各机器人的全程组合协调控制，实现难变形材料在多向加载及多场耦合条件下的定向均匀流动及连续均匀塑性变形，并实现三维复杂构件具体成形段与局部特征点空间相对位置的定向矢量控制。

5.根据权利要求4所述基于串并联机器人的三维复杂构件成形系统成形的方法，其特征在于：多向加载是在难变形材料的径向、轴向、周向或多个角度施加载荷；多场包括力学载荷场、温度梯度场或气压梯度场。

6.根据权利要求3所述基于串并联机器人的三维复杂构件成形系统成形的方法，其特征在于：所述半径-偏距轨迹数学模型为：

R_n＝f₁(U_xn,U_yn)

θ_n＝f₂(U_xn,U_yn,W_n)

L_n＝f₃(W_n)

其中，R_n为成形第n段时的成形半径，θ_n为成形第n段时的成形角度，L_n为成形第n段前的直段长度，为成形第n段时X-Y平面上的成形方向，U_xn为成形第n段时X方向上偏心距，U_yn为成形第n段时Y方向上偏心距，W_n为成形第n段时坯料进给的长度。