[發明專利]一種應用于打磨工業機器人作業的末端力反饋系統及方法

有效

• 申請號: 201510493801.0
• 申請日: 2015-08-13
• 公開（公告）號: CN105196296A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發明（設計）人: 王振華;陳國棟;孫立寧;黃婷;樊成;李闖
• 申請（專利權）人: 江蘇匯博機器人技術有限公司
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J9/08;G05D15/01
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及力反饋系統領域，尤其涉及一種應用于打磨工業機器人作業的末端力反饋系統及方法。

背景技術

近20年來，機器人為實現工業自動化提供了一種有效的經濟手段，它被廣泛應用于零件的去除毛刺、倒角和研磨精加工等領域。隨著機器人在各個領域應用的日益廣泛，許多場合要求機器人具有接觸力的感知和控制能力，例如在機器人的精密裝配、修刮或打磨工件表面、研磨和擦洗等操作過程中，要求保持其端部執行器與環境接觸。所以機器人完成這些作業任務，必須具備這種基于力反饋的柔順控制的能力。傳統的機器人編程方式采用定義路徑與速度的原理。也就是說，不論加工過程中受力大小，機器人的運行路徑與速度始終保持預先所設的值。如果所設路徑與零件的表面或尺寸不吻合，將立即產生質量問題，還可能損壞磨頭。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種結構簡單、控制方便的應用于打磨工業機器人作業的末端力反饋系統及方法。

本發明第一方面提供一種應用于打磨工業機器人作業的末端力反饋系統，通過法蘭與機械臂連接，包括下基座、上基座、空氣彈簧、導向裝置、位移傳感器、壓縮彈簧、直線運動球軸承、比例閥與空氣壓縮機。

所述下基座與法蘭連接；所述上基座與下基座相對設置，且與所述下基座形成一容置空間。

空氣彈簧、導向裝置、位移傳感器錯落分布于所述容置空間內；壓縮彈簧與直線運動球軸承設于導向裝置內；空氣壓縮機通過導氣管與空氣彈簧連接。

比例閥與空氣彈簧連接，用于實現對空氣彈簧內的壓強控制。

進一步地，所述應用于打磨工業機器人作業的末端力反饋系統還包括防塵套，其兩端通過箍環分別固定在上基座與下基座上。

進一步地，所述導向裝置包括導軌、導軌支架與導軌固定件，所述導軌與上基座固定連接，且可相對所述導軌支架運動，所述壓縮彈簧裹附于所述導軌上；所述導軌支架與下基座固定連接，所述直線運動球軸承安裝于導軌支架上。

所述導軌固定件用于與導軌連接固定所述壓縮彈簧。

所述比例閥的出氣口與所述空氣彈簧相連，且所述比例閥包括給氣用電磁閥、排氣用電磁閥、壓力傳感器和控制板，所述壓力傳感器用于監測出氣口的壓強值。

所述控制板與位移傳感器電連接，用于根據位移傳感器返回的電信號給比例閥發送調壓指令。

優選地，所述空氣彈簧呈偏心放置于所述容置空間內，且與導向裝置、位移傳感器呈三角分布。

本發明第二方面提供一種應用于打磨工業機器人作業的末端力反饋方法，包括以下步驟:

當工件與磨具發生接觸時，上基座相對于下基座發生相對位移，位移傳感器產生電信號，經過調節后發送給控制板；

控制板根據位移傳感器反饋的電信號給比例閥發送調壓指令，將壓力值調大；

給氣用電磁閥開啟，排氣用電磁閥關閉，空氣壓縮機通過導氣管給空氣彈簧供氣；

空氣彈簧伸長，帶動上基座相對于下基座做偏離直線運動，由于導軌與上基座固定連接，導軌也相對導軌支架運動，直線運動球軸承被安裝在導軌支架上以減小導軌運動時與導軌支架之間的摩擦力，此時的壓縮彈簧開始受到擠壓產生恢復力F_spring，位移傳感器實時監測壓縮彈簧的壓縮量，施加在工件與磨具接觸面上的接觸力F_contact為空氣彈簧產生的驅動力F_p與壓縮彈簧產生的恢復力F_spring之差；

接觸力F_contact分解成壓力傳感器和位移傳感器的電信號傳送給控制板，控制板將其與要求的力作比較，若相同，則保持此時的壓強值不變；若不同，則需要根據它們之間的差值e繼續調節壓力；

重復以上過程直至差值e為零。

進一步地，當工件與磨具沒有接觸時，比例閥給空氣彈簧提供一個合適的壓力保證其氣密封性良好。

優選地，壓力傳感器實時監測空氣彈簧內的壓強值。

基于上述技術方案的公開，本發明提供的所述應用于打磨工業機器人作業的末端力反饋系統及方法通過比例閥實現對空氣彈簧內的壓強控制，將空氣彈簧和壓縮彈簧產生的合力施加在待打磨的工件與磨具的接觸上，可以實現接觸力的調節，可降低打磨過程中對工業機器人位置精度的要求，降低生產成本，提高產品質量，且該系統結構簡單，便于控制，易于在打磨生產線上的推廣。

附圖說明

圖1為本發明提供的一種應用于打磨工業機器人作業的末端力反饋系統的原理圖；