[发明专利]用于弱刚性支架钻铣的移动式双机器人加工系统和方法

权利要求书

1.一种用于弱刚性支架钻铣的移动式双机器人加工系统，其特征在于，包括：抓取机器人、钻铣机器人、全向移动平台和控制系统；其中，抓取机器人和钻铣机器人设置在全向移动平台上；待加工支架为：直径大于3m、长度大于10m的大型构件上的弱刚性支架；抓取机器人夹持待加工支架增加刚性的同时钻铣机器人钻铣待加工支架上的被加工面，无需针对特定的待加工支架搭建新的组合夹具；

全向移动平台，用于在控制系统的控制下，带动抓取机器人和钻铣机器人运动至待加工支架所在位置；

抓取机器人，用于在运动至待加工支架所在位置后，在控制系统的控制下，对待加工支架进行抓取，以及实现抓取过程中的柔顺控制；

钻铣机器人，用于在待加工支架被抓取至加工工位时，对待加工支架进行平面铣削和钻孔；

控制系统，用于对抓取机器人、钻铣机器人和全向移动平台进行综合控制；

其中：

抓取机器人，包括：抓取机器人本体(1)、六维力传感器(2)、抓取定位相机(3)和抓取末端执行器(4)；抓取机器人本体(1)的末端设置有法兰盘Ⅰ；六维力传感器(2)的一端通过所述法兰盘Ⅰ安装在抓取机器人本体(1)的末端，另一端与抓取末端执行器(4)连接；抓取定位相机(3)通过转接法兰Ⅰ与抓取机器人本体(1)的末端连接；其中，抓取机器人本体(1)驱动六维力传感器(2)、抓取定位相机(3)和抓取末端执行器(4)运动到待加工支架位置；抓取定位相机(3)拍摄待加工支架周围的局部基准，引导抓取末端执行器(4)对待加工支架进行抓取；六维力传感器(2)对抓取过程进行实现监测，并反馈监测数据；抓取机器人本体(1)根据所述监测数据对抓取末端执行器(4)进行姿态微调整，实现抓取过程的柔顺控制；

钻铣机器人，包括：钻铣末端执行器(5)、钻铣定位相机(6)和钻铣机器人本体(7)；钻铣机器人本体(7)的末端设置有法兰盘Ⅱ；钻铣末端执行器(5)通过所述法兰盘Ⅱ安装在钻铣机器人本体(7)的末端；钻铣定位相机(6)通过转接法兰Ⅱ与钻铣机器人本体(7)的末端连接；其中，钻铣机器人本体(7)驱动钻铣末端执行器(5)和钻铣定位相机(6)运动到待加工支架位置；钻铣定位相机(6)拍摄待加工支架周围的局部基准，引导钻铣末端执行器(5)对待加工支架进行平面铣削和钻孔；

全向移动平台，包括：全向移动平台本体(9)、导航模块、急停模块、液压支撑机构(8)和麦克纳姆轮；其中，麦克纳姆轮安装在全向移动平台本体(9)的底部，导航模块、急停模块和液压支撑机构(8)安装在全向移动平台本体(9)上；麦克纳姆轮，用于实现全向移动平台的全方位移动；导航模块，用于实现全向移动平台的全方位移动过程中的导航定位；急停模块，用于实现全向移动平台在非正常工况下的紧急制动；液压支撑机构(8)用于全向移动平台定位后的稳定支撑；

控制系统，包括：多机器人干涉检测模块、多机器人轨迹规划模块和多机器人数据监控模块；多机器人干涉检测模块，用于对抓取机器人和钻铣机器人进行碰撞干涉监控；多机器人轨迹规划模块，用于对抓取机器人和钻铣机器人的运动轨迹进行插补运算，根据插补运算结果，分别对抓取机器人和钻铣机器人进行轨迹规划；多机器人数据监控模块，用于在抓取机器人和钻铣机器人工作过程中，进行数据采集和监控；其中，碰撞干涉，包括：抓取机器人自身碰撞干涉、钻铣机器人自身碰撞干涉、以及抓取机器人与钻铣机器人之间的碰撞干涉；

该用于弱刚性支架钻铣的移动式双机器人加工系统在工作时：

第一步：在等待区移动式双机器人系统启动，进行通讯接口、总线状态、硬件组态自检的系统自检，若系统自检未通过，则报警提示，若系统自检通过，则执行第二步；

第二步：全向移动平台经导航运动到规划好的站位，液压支撑机构升起，移动平台完成稳定支撑；其中，规划好的站位是指能够使待加工支架完全位于抓取机器人和钻铣机器人的工作范围内；

第三步：抓取机器人本体驱动抓取定位相机对第i个支架根部的局部靶标点进行拍摄，完成抓取末端执行器找正；其中，末端执行器的找正是指通过拍摄支架根部的局部靶标点，获取局部靶标点坐标系{T₁}与抓取定位相机坐标系{C₁}的相对位姿关系^T1T_C1：

其中，表示抓取定位相机坐标系{C₁}坐标轴的方向向量，表示局部靶标点坐标系{T₁}坐标轴的方向向量，表示向量和夹角的余弦值；局部靶标点坐标系{T₁}由支架根部的局部靶标点确定，抓取定位相机坐标系{C₁}为视觉相机自身定义的成像坐标系；

第四步：抓取机器人本体驱动抓取末端执行器对该支架抓取以增强其刚度特性，抓取过程六维力传感器实时反馈末端受力情况，并对抓取姿态进行微调，完成抓取后机器人抱闸，此时弱刚性支架、抓取机器人、全向启动平台构成固联结构；

第五步：钻铣机器人本体驱动钻铣定位相机对支架根部的局部靶标点进行拍摄，完成钻铣末端执行器找正，同时拍摄支架待加工部位，判断是否存在加工余量，若存在加工余量，则执行第六步，否则，针对第i+1个支架跳转执行第三步并顺序执行；其中，钻铣末端执行器找正是指通过拍摄支架根部的局部靶标点，获取局部靶标点坐标系{T₁}与钻铣定位相机坐标系{C₂}的相对位姿关系^T1T_C2：

其中，表示钻铣定位相机坐标系{C₂}坐标轴的方向向量，表示局部靶标点坐标系{T₁}坐标轴的方向向量，表示向量和夹角的余弦值；钻铣定位相机坐标系{C₂}为视觉相机自身定义的成像坐标系；

第六步：根据钻铣定位相机找正结果，修正预编制好的钻、铣NC数控代码；

第七步：钻铣机器人本体驱动钻铣末端执行器按照修正后的NC数控代码对支架进行加工，加工完成后钻铣定位相机进行支架余量合格性判定，若判定结果不合格，则跳转第六步并顺序执行，否则，执行第八步；

第八步：判断当前站位下支架是否都已完成加工，若未完成，则跳转第三步对第i+1个支架顺序执行，否则，流程结束。