一种可移动式刚柔耦合焊接机器人系统及方法

1.一种可移动式刚柔耦合焊接机器人系统，其特征在于，包括：可移动式底座模块(1)，包括沿焊接工作场景内全向移动的车架模块(102)和车轮模块(103)，用于实现焊接机器人系统的作业场景覆盖；液压升降模块(2)，包括安装于可移动式底座模块(1)上的液压缸(202)及运动副组成构件，用于实现焊接机器人系统框架的升降；系统框架(3)，安装于液压升降模块(2)上方，用于支撑机器人横向移动模块(4)、机器人纵向移动模块(5)、外立面焊接辅助模块(6)、机器人调姿模块(7)、机器人旋转平台模块(8)和刚柔耦合焊接机器人模块(9)，构建系统整体构架；刚柔耦合焊接机器人模块(9)，为一个并联柔索驱动的焊接机器人装置，用于对焊枪模块(907)位姿的调整，实现对复杂焊件的全方位焊接；机器人纵向移动模块(5)，包括滚珠丝杠模块及运动副组成构件，用于实现对焊接机器人装置的纵向位置调整和横滚角度调整；机器人横向移动模块(4)，为两级导向组件和驱动装置组成的移动平台，用于实现位于其下方的焊接机器人装置的横向位置调整；外立面焊接辅助模块(6)，为一个沿系统框架(3)外侧做翻转运动的可展开机构，通过至少两组基于电磁离合器的驱动系统实现焊接机器人装置沿机器人横向移动模块(4)和可展开机构下侧之间的交替传动，辅助实现外立面焊接作业；机器人调姿模块(7)，位于机器人横向移动模块(4)下侧，为一个3-RPS并联机构，通过控制三条运动支链的运动量实现对焊接机器人装置两个旋转量和一个平移量的调整；机器人旋转平台模块(8)，位于机器人调姿模块(7)与刚柔耦合焊接机器人模块(9)之间，用于实现对刚柔耦合焊接机器人模块(9)一个旋转量的调整；传感器系统模块(10)，用于可移动式底座模块(1)定位，以及机器人横向移动模块(4)、机器人纵向移动模块(5)、外立面焊接辅助模块(6)、机器人调姿模块(7)、机器人旋转平台模块(8)和刚柔耦合焊接机器人模块(9)的运动量监测。 2.根据权利要求1所述的一种可移动式刚柔耦合焊接机器人系统，其特征在于，系统框架(3)为桁架结构，其包括四个对称安装的结构性支架组件(301)和横向连杆组件(302)，可移动式底座模块(1)和液压升降模块(2)依次安装于结构性支架组件(301)的下侧；机器人纵向移动模块(5)竖直安装于结构性支架组件(301)中部，机器人横向移动模块(4)位于系统框架(3)中部且安装于机器人纵向移动模块(5)下侧；外立面焊接辅助模块(6)铰接在结构性支架组件(301)侧面，并通过连杆连接到横向连杆组件(302)上。 3.根据权利要求1所述的一种可移动式刚柔耦合焊接机器人系统，其特征在于，机器人横向移动模块(4)包括连接机器人纵向移动模块(5)中的滚珠丝杠模块的一级平台面板(401),一级平台面板(401)下方设有横向移动模块驱动组件(403)和横向移动模块导向组件(404)，横向移动模块驱动组件(403)为一个长行程滚珠丝杠模组，横向移动模块导向组件(404)包括两级导向组件：一级导向组件包括两条第一导轨(404-1)和一级移动平台(404-2)，一级移动平台(404-2)固定安装于横向移动模块驱动组件(403)的丝杠螺母（403-4）上；二级导向组件包括两条位于第一导轨(404-1)外侧的第二导轨(404-3)和二级平台面板(404-4)，二级平台面板(404-4)通过第二导轨滑块(404-5)连接在第二导轨(404-3)上，并连接于一级移动平台(404-2)下表面以实现对二级平台面板(404-4)的驱动。 4.根据权利要求1所述的一种可移动式刚柔耦合焊接机器人系统，其特征在于，外立面焊接辅助模块(6)包括安装于系统框架(3)的横向连杆组件(302)上的第二滚珠丝杠(601)，以及与第二滚珠丝杠模块(601)的滑块铰接的连接杆(603)，连接杆(603)铰接可展开平台(602)，可展开平台(602)通过转轴(608)铰接于结构性支架组件(301)的前侧，在第二滚珠丝杠模块(601)的驱动下，可展开平台(602)实现绕转轴(608)的翻转运动。 5.根据权利要求4所述的一种可移动式刚柔耦合焊接机器人系统，其特征在于，在可展开平台(602)和机器人横向移动模块(4)的二级平台面板(404-4)的下表面设有两套三级平台面板驱动模块(605)和两套三级平台面板导向模块(606)，三级平台面板(604)连接在三级平台面板导向模块(606)的导轨滑块上，沿可展开平台(602)和二级平台面板(404-4)的下表面做单自由度直线移动；三级平台面板驱动模块(605)通过第一步进电机(605-3)连接主动齿轮(605-1)与三级平台面板(604)上的从动齿条(605-2)啮合；通过第一步进电机(605-3)输出轴和主动齿轮(605-1)之间的电磁离合器组件吸合或断开，实现从动齿条(605-2)与两套驱动装置的主动齿轮(605-1)交替啮合，进行运动传递。 6.根据权利要求4所述的一种可移动式刚柔耦合焊接机器人系统，其特征在于，外立面焊接辅助模块(6)还包括至少四组三级平台面板限位装置(607)，三级平台面板限位装置(607)包括分别安装在机器人横向移动模块(4)的二级平台面板(404-4)和可展开平台(602)边缘的第五导槽(607-3)，第五导槽(607-3)上固定连接有第二步进电机(607-1)，通过第二步进电机(607-1)驱动齿轮(607-2)啮合滑动限位组件(607-4)内部的齿条(607-5)，驱动带有挡板(607-6)的滑动限位组件(607-4)沿第五导槽(607-3)上下移动，实现对三级平台面板(604)的限位。 7.根据权利要求1所述的一种可移动式刚柔耦合焊接机器人系统，其特征在于，机器人调姿模块(7)包括连接外立面焊接辅助模块(6)的三级平台面板(604)的三条运动支链及其运动副组成构件，在三条运动支链的各支链上安装有折返式电动缸(703)，构成驱动移动副，三条运动支链连接四级动平台(701)，四级动平台(701)连接机器人旋转平台模块(8)，机器人调姿模块(7)具有两个旋转自由度和一个平移自由度。 8.根据权利要求1所述的一种可移动式刚柔耦合焊接机器人系统，其特征在于，机器人旋转平台模块(8)包括连接在机器人调姿模块(7)的四级动平台(701)上的伺服驱动电机(801)，伺服驱动电机(801)的输出轴连接电机输出轴法兰(802)，电机输出轴法兰(802)穿过推力调心滚子轴承(803)连接五级旋转平台(806)；机器人旋转平台模块(8)具有一个旋转自由度。 9.根据权利要求1所述的一种可移动式刚柔耦合焊接机器人系统，其特征在于，刚柔耦合焊接机器人模块(9)包括位于机器人旋转平台模块(8)的五级旋转平台(806)下方的机器人静平台(901)，以及与机器人静平台(901)平行的机器人动平台(902)，在机器人静平台(901)与机器人动平台(902)之间连接有柔索系统(904)，构成柔性运动支链；在机器人静平台(901)与机器人动平台(902)之间设有嵌套的径向伸展模块(905)和可变刚度张紧模块(906)，构成刚性运动支链；机器人动平台(902)下侧连接有焊枪模块(907)；各柔索系统(904)通过柔索驱动伺服电机(903-2)带动柔索卷筒(903-4)转动，驱动绕过柔索卷筒(903-4)的并联柔索支链实现收缩和释放；径向伸展模块(905)通过第三步进电机(905-2)驱动套有螺母滑块(905-9)和第一套筒(905-7)的丝杆(905-4)转动，实现刚性运动支链的伸展；可变刚度张紧模块(906)通过在径向伸展模块(905)下方连接的丝杆弹簧机构的伸缩，实现对连接在可变刚度张紧模块(906)底部机器人动平台(902)和机器人静平台(901)上柔索的张紧，并通过控制丝杆弹簧机构接入的弹簧数量调整刚性运动支链的刚度。 10.一种如权利要求1-9任一项所述系统的可移动式刚柔耦合焊接机器人的焊接方法，其特征在于，包括：S1，焊接机器人系统初始化，传感器系统模块(10)测试，进行系统标定；S2，可移动式底座模块(1)基于传感器系统模块(10)进行机器人定位与场景建图，规划焊接机器人系统运动轨迹；S3，液压升降模块(2)驱动系统框架(3)进行竖直升降，由系统框架(3)上的传感器系统模块(10)获取局部焊件点云数据，通过多视角三维重建方法获取高质量焊件点云；S4，对于大型复杂焊件，重复执行步骤S2-步骤S3，对多个局部焊件点云进行配准，直到焊件点云重建完成；S5，根据焊件几何特征，在云端部署的焊接制造系统中进行焊缝生成；S6，将多条焊缝按照焊缝特征、工件几何形状及任务优先级进行分组和排序；将涉及外立面焊接的焊缝与其他焊缝分开，将焊缝长度超过焊接机器人系统可移动式底座模块(1)静止状态下工作空间的焊缝与其他焊缝分开；S7，根据焊缝组是否为外立面焊接任务，确定是否使用外立面焊接辅助模块(6)驱动三级平台面板(604)及其下侧的机器人调姿模块(7)、机器人旋转平台模块(8)和刚柔耦合焊接机器人模块(9)进行90°翻转；S8，根据焊缝特征及焊接机器人系统运动学生成焊枪轨迹，结合场景地图及焊件点云，液压升降模块(2)驱动系统框架(3)升降实现避障；S9，使用机器人纵向移动模块(5)、机器人横向移动模块(4)进行机器人竖直升降、水平移动及横滚运动的初步位姿调整；使用机器人调姿模块(7)和机器人旋转平台模块(8)对机器人位姿进行横滚运动、俯仰运动、偏航运动及竖直升降的精细调整；S10，根据焊枪轨迹，机器人纵向移动模块(5)、机器人横向移动模块(4)、机器人调姿模块(7)、机器人旋转平台模块(8)和刚柔耦合焊接机器人模块(9)协同进行连续焊接操作；机器人调姿模块(7)和机器人旋转平台模块(8)循环执行位姿调整；S11，对于焊缝长度超过焊接机器人系统底座静止状态下工作空间的焊缝，需要分段重复执行：i. 步骤S2-S3；ii. 步骤S8-S10，通过可移动式底座模块(1)运动辅助实现长焊缝焊接；S12，每完成一道焊缝，重复步骤S8-S11，直到完成一组焊缝焊接；S13，每完成一组焊缝，重复步骤S7-S11，直到完成所有焊缝焊接。