[发明专利]一种可移动超快激光加工机器人装备及加工方法

说明书

本发明公开了一种可移动超快激光加工机器人装备及加工方法，该装备包括：定位导航子系统，用于进行导航定位，输出实时定位信息；集成控制子系统，用于根据实时定位信息，控制全向智能移动平台运动；通过对工业机械臂和超快激光末端执行子系统的控制，完成对工业机械臂与待加工工件的对准以及对待加工工件的加工；全向智能移动平台，用于在集成控制子系统的控制下进行运动；工业机械臂，用于在集成控制子系统控制下运动至加工工位；超快激光末端执行子系统，用于对加工位姿信息进行实时监测并反馈。本发明旨在实现装备大范围灵活姿态调整、定位和局部高效高质量加工，完成卫星结构板、承力筒、大型天线展开臂等大型复材结构件的制造。

技术领域

本发明属于可移动机器人技术领域，尤其涉及一种可移动超快激光加工机器人装备及加工方法。

背景技术

随着我国在重大结构件制造领域朝着大尺寸、轻量化、高承载、高可靠性方向发展，其高精度、高柔性的制造特点对加工装备提出了新的挑战。随着树脂基复材、陶瓷基复材、碳基复材等非金属复合材料以其轻质高强、宽温域低膨胀、抗疲劳特性好、耐热性能优良等突出优势，开始得到越来越来越广泛的应用。

虽然非金属复合材料主要采用成形法制造，但之后需进行二次加工才能满足精度或装配要求。阻碍其进一步推广应用的主要障碍是其二次加工的困难性，这种困难性主要体现在三个方面：

首先是可加工尺寸问题：因数控加工装备行程和可容纳工件尺寸受限，导致大尺寸结构(如中心承力筒、大型天线展开臂的臂杆)加工困难；

其次是效率与成本问题：材料高强高硬导致加工效率低、刀具耐用度低从而换刀频繁，加工成本高昂、加工效率较低，目前大量复材结构制孔尚采用手工制孔方式；

最后是精度与质量问题：材料各向异性及非均质特性导致分层或崩边、纤维破碎或拔出、微裂纹、表面粗糙等加工质量缺陷突出，影响结构力学性能。采用传统激光源(例如二氧化碳激光、毫秒/微秒/纳秒激光)加工非金属复合材料结构，虽然可以避免传统接触式加工(例如切削加工、超声振动辅助切削加工)因接触应力存在导致的分层或崩边、纤维破碎或拔出等质量问题，但因为传统激光源突出的热效应，使得被加工结构边缘存在突出的加工热影响区，存在被加工区域表层碳化或变色、结构尺寸精度低等问题。结构的加工精度较低且精度一致性较差，无法满足功能窗口、装调用精孔等较高精度结构的制备。

如何解决上述问题是本领域技术人员亟需解决的问题之一。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种可移动超快激光加工机器人装备及加工方法，旨在实现装备大范围灵活姿态调整、定位和局部高效高质量加工，完成卫星结构板、承力筒、大型天线展开臂等大型复材结构件的高效、高精制造。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种可移动超快激光加工机器人装备，包括：全向智能移动平台、工业机械臂、集成控制子系统、超快激光末端执行子系统和定位导航子系统；

定位导航子系统，用于对可移动超快激光加工机器人装备进行导航定位，输出可移动超快激光加工机器人装备的实时定位信息；

集成控制子系统，用于根据定位导航子系统输出的实时定位信息，引导全向智能移动平台运动，使可移动超快激光加工机器人装备移动至预定加工站位；以及，通过对工业机械臂和超快激光末端执行子系统的控制，完成对工业机械臂的末端与待加工工件的靶标点的对准，保持激光光束始终在待加工工件表面的聚焦，以及对待加工工件的加工；

全向智能移动平台，用于在集成控制子系统的控制下进行平移和旋转，使可移动超快激光加工机器人装备移动至预定加工站位；

工业机械臂，用于在集成控制子系统控制下运动至加工工位，完成工业机械臂的末端与待加工工件的靶标点的对准，并托举工业机械臂的末端完成对待加工工件的加工；