基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统及方法

本发明涉及表面微结构加工，具体而言，涉及一种基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统和基于微型集群机器人的功能表面分布式加工方法。

背景技术：

1、诸如闪耀光栅、傅里叶表面等表面微结构，能够在工件表面获得包括结构色、提高耐磨性、调控辐射光谱等功能。

2、相关技术中的表面微结构的加工设备，采用光刻或超声方式，仅局限于实验室内的小规模加工。由于单个表面微结构的尺度为微米或纳米级，而对于工业应用，待加工表面的尺度可达米甚至百米级，存在巨大的尺度差异导致相关技术中的表面微结构加工设备难以用于实验室外的工业应用。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统，该基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统具有加工效率高、灵活性好、可原位加工、适用性强等优点。

2、本发明还提出一种基于微型集群机器人的功能表面分布式加工方法。

3、为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统，所述基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统包括多个微型机器人，每个所述微型机器人包括：运动模块，所述运动模块包括运动模块主体、车轮驱动装置和多个车轮，多个所述车轮可转动地设在所述运动模块主体上，所述车轮驱动装置与多个所述车轮传动连接以通过驱动所述车轮转动使所述运动模块适于在待加工表面上移动；加工模块，所述加工模块包括加工模块主体、压电堆栈和刀具，所述加工模块主体设在所述运动模块主体上，所述压电堆栈设在所述加工模块主体上，所述刀具与所述压电堆栈相连且适于在所述压电堆栈的驱动下振动，所述运动模块和所述加工模块构造为适于通过所述运动模块的移动和所述刀具的振动在所述待加工表面上加工表面微结构。

4、根据本发明实施例的基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统，具有加工效率高、灵活性好、可原位加工、适用性强等优点。

5、另外，根据本发明上述实施例的基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统还可以具有如下附加的技术特征：

6、根据本发明的一个实施例，所述压电堆栈包括第一压电堆栈和第二压电堆栈，所述第一压电堆栈和所述第二压电堆栈的长度方向相互垂直，所述刀具适于在所述第一压电堆栈的驱动下直线振动或在所述第一压电堆栈和所述第二压电堆栈的驱动下进行椭圆轨迹振动。

7、根据本发明的一个实施例，所述加工模块主体包括第一悬臂和第二悬臂，所述第二悬臂的前端与所述第一悬臂的下端相连且后端可转动地设在所述运动模块主体上以使所述加工模块适于上下摆动，所述第一压电堆栈设在所述第一悬臂上，所述第二压电堆栈设在所述第二悬臂上，所述刀具设在所述第一悬臂和所述第二悬臂的连接处且凸出所述加工模块主体的下表面。

8、根据本发明的一个实施例，每个所述微型机器人还包括压簧，所述压簧压缩在所述第二悬臂的上表面和所述运动模块主体之间以常驱动所述加工模块向下摆动。

9、根据本发明的一个实施例，所述压簧上连接有预紧力调节螺栓，所述预紧力调节螺栓构造为通过旋紧或旋松调节所述压簧施加在所述第二悬臂上的弹力。

10、根据本发明的一个实施例，每个所述微型机器人还包括牵引装置，所述加工模块的上下摆动至少具有抬起位置和加工位置，所述加工模块在所述抬起位置时所述刀具避让所述待加工表面，所述加工模块在所述加工位置时所述刀具适于对所述待加工表面进行加工，所述牵引装置设在所述运动模块上且与所述加工模块相连且适于驱动所述加工模块在所述抬起位置和所述加工位置之间摆动。

11、根据本发明的一个实施例，所述车轮驱动装置为多个且分别与多个所述车轮一一对应地传动连接。

12、根据本发明的一个实施例，所述刀具为金刚石刀具。

13、根据本发明的一个实施例，所述车轮为麦克纳姆轮。

14、根据本发明的第二方面的实施例提出一种基于微型集群机器人的功能表面分布式加工方法，采用根据本发明的第一方面的实施例所述的基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统，包括以下步骤：

15、根据所述待加工表面的形状和尺寸，确定所述微型机器人的分布数量和分布位置，根据所要加工的表面微结构的间隔和形貌确定所述运动模块的移动方向和移动速度以及所述刀具的振动参数；

16、按照所述分布数量和所述分布位置将多个所述微型机器人分布在所述待加工表面上，按照所述移动方向和所述移动速度控制所述运动模块且按照所述振动参数控制所述加工模块对所述待加工表面进行加工。

17、根据本发明实施例的基于微型集群机器人的功能表面分布式加工方法，通过利用根据本发明的第一方面的实施例所述的基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统，具有加工效率高、灵活性好、可原位加工、适用性强等优点。

18、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统，其特征在于，包括多个微型机器人，每个所述微型机器人包括：

2.根据权利要求1所述的基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统，其特征在于，所述压电堆栈包括第一压电堆栈和第二压电堆栈，所述第一压电堆栈和所述第二压电堆栈的长度方向相互垂直，所述刀具适于在所述第一压电堆栈的驱动下直线振动或在所述第一压电堆栈和所述第二压电堆栈的驱动下进行椭圆轨迹振动。

3.根据权利要求2所述的基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统，其特征在于，所述加工模块主体包括第一悬臂和第二悬臂，所述第二悬臂的前端与所述第一悬臂的下端相连且后端可转动地设在所述运动模块主体上以使所述加工模块适于上下摆动，所述第一压电堆栈设在所述第一悬臂上，所述第二压电堆栈设在所述第二悬臂上，所述刀具设在所述第一悬臂和所述第二悬臂的连接处且凸出所述加工模块主体的下表面。

4.根据权利要求3所述的基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统，其特征在于，每个所述微型机器人还包括压簧，所述压簧压缩在所述第二悬臂的上表面和所述运动模块主体之间以常驱动所述加工模块向下摆动。

5.根据权利要求4所述的基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统，其特征在于，所述压簧上连接有预紧力调节螺栓，所述预紧力调节螺栓构造为通过旋紧或旋松调节所述压簧施加在所述第二悬臂上的弹力。

6.根据权利要求3所述的基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统，其特征在于，每个所述微型机器人还包括牵引装置，所述加工模块的上下摆动至少具有抬起位置和加工位置，所述加工模块在所述抬起位置时所述刀具避让所述待加工表面，所述加工模块在所述加工位置时所述刀具适于对所述待加工表面进行加工，所述牵引装置设在所述运动模块上且与所述加工模块相连且适于驱动所述加工模块在所述抬起位置和所述加工位置之间摆动。

7.根据权利要求1所述的基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统，其特征在于，所述车轮驱动装置为多个且分别与多个所述车轮一一对应地传动连接。

8.根据权利要求1所述的基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统，其特征在于，所述刀具为金刚石刀具。

9.根据权利要求1所述的基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统，其特征在于，所述车轮为麦克纳姆轮。

10.一种基于微型集群机器人的功能表面分布式加工方法，采用根据权利要求1-9中任一项所述的基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统及方法，基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统包括多个微型机器人，每个微型机器人包括：运动模块，运动模块包括运动模块主体、车轮驱动装置和多个车轮，多个车轮可转动地设在运动模块主体上，车轮驱动装置与多个车轮传动连接以通过驱动车轮转动使运动模块适于在待加工表面上移动；加工模块，加工模块包括加工模块主体、压电堆栈和刀具，加工模块主体设在运动模块主体上，压电堆栈设在加工模块主体上，刀具与压电堆栈相连且适于在压电堆栈的驱动下振动，运动模块和加工模块构造为适于通过运动模块的移动和刀具的振动在待加工表面上加工表面微结构。根据本发明实施例的基于微型集群机器人的功能表面分布式加工系统具有加工效率高、灵活性好、可原位加工、适用性强等优点。技术研发人员：王健健,张建富,丁培员,冯平法,郁鼎文,吴志军,张翔宇受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5