[發(fā)明專利]一種綜合主被動柔順的一維變力磨拋裝置及控制方法

有效

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• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN108044463B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發(fā)明（設計）人: 趙歡;梁秀權;李祥飛;陳鵬飛;丁漢
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B24B21/16
• 分類號: B24B21/16;B24B21/18;B24B21/20;B24B51/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 張彩錦;曹葆青

本發(fā)明屬于智能加工制造技術領域，并具體公開了一種綜合主被動柔順的一維變力磨拋裝置及控制方法，包括直線模組伺服運動平臺、安裝法蘭、限位板、位姿傳感器、可調(diào)速柔順磨拋機構和控制器，直線模組伺服運動平臺用于帶動磨拋機構做直線運動；安裝法蘭和限位板安裝在直線模組伺服運動平臺基座上，位姿傳感器和可調(diào)速柔順磨拋機構安裝在限位板上，位姿傳感器用于測量一維變力磨拋裝置的位姿并反饋至控制器，柔順磨拋機構與滑塊之間設有力傳感器，力傳感器用于采集接觸力信號并發(fā)送至控制器，控制器計算出速度控制量，伺服電機根據(jù)速度控制量進行轉動帶動可調(diào)速柔順磨拋機構運動。本發(fā)明可實時調(diào)整砂帶與工件的接觸狀態(tài)，實現(xiàn)穩(wěn)定柔順的磨拋過程。

技術領域

本發(fā)明屬于智能加工制造技術領域，涉及工業(yè)機器人應用場合的變力作用力控制領域，更具體地，涉及一種綜合主被動柔順的一維變力磨拋裝置及控制方法。

背景技術

隨著科學技術的不斷發(fā)展，復雜曲面在航空航天、能源以及船舶等領域的應用日益廣泛。但是這些曲面不能由初等解析曲面組成，難以獲得自由復雜曲面的精確解析解，因此，復雜曲面的加工已經(jīng)成為亟待解決的關鍵問題。目前針對自由曲面的磨拋加工主要采用手工研磨的方式，但該方法勞動強度大、對工人身體傷害大，且加工效率不高、磨拋余量不均勻、零件表面質(zhì)量受工人技術熟練程度影響很大。

機器人在與復雜曲面等非結構化環(huán)境進行如打磨、拋光等約束操作時，加工件的幾何形貌難以精確建模，這往往要求磨拋工具具有一定的柔順性，且加工環(huán)境先驗知識的缺乏難以保證加工表面質(zhì)量，機器人在磨拋加工過程中往往要求磨拋工具與工件之間接觸力恒定。機器人柔順性可分為主動柔順與被動柔順。被動柔順主要通過調(diào)節(jié)彈簧剛度獲得所需柔順性，例如美國MIT Draper實驗中心設計的遠程中心柔順的無源機械裝置。主動柔順中奧地利一家公司生產(chǎn)的氣動變力裝置ACF(Active contact flange)能夠較好實現(xiàn)工具末端與工件之間的接觸力。雖然國內(nèi)外已經(jīng)對機器人力控制柔順加工進行了相關研究，但是還具有一定的局限性和不足，如對復雜曲面類零件的機器人磨拋尚且缺乏基于力反饋高帶寬控制技術的研究等。因此，研究機器人的力控制并將其用于機器人的磨拋加工具有一定的創(chuàng)新性，符合目前機械加工領域的潮流。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種綜合主被動柔順的一維變力磨拋裝置及控制方法，其采用力傳感器、直線模組伺服運動平臺等組成的主動柔順控制以及柔順彈簧等組成的被動柔順控制進行變力適應性磨拋，綜合了主動柔順與被動柔順實現(xiàn)變力磨拋，同時本發(fā)明采用位姿傳感器實現(xiàn)裝置姿態(tài)的精確測量并進行重力補償，采用力傳感器形成力反饋，形成力控閉環(huán)，實現(xiàn)打磨、拋光過程中的力檢測與輸出反饋，降低模型參數(shù)變化、擾動以及測量誤差的影響，并通過調(diào)整直線平臺的速度進給量，實時調(diào)整砂帶與工件的接觸狀態(tài)，實現(xiàn)了穩(wěn)定柔順的磨拋過程，適用于航空發(fā)動機類復雜自由曲面零件的打磨、拋光。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提出了一種綜合主被動柔順的一維變力磨拋裝置，其包括直線模組伺服運動平臺、安裝法蘭、限位板、位姿傳感器、可調(diào)速柔順磨拋機構和控制器，其中：

所述直線模組伺服運動平臺包括伺服電機、滾珠絲杠、直線模組滑塊和直線模組基座，所述伺服電機設置在所述直線模組基座上，并與滾珠絲杠相連，該滾珠絲杠與所述直線模組滑塊螺紋配合；

所述安裝法蘭和限位板均安裝在所述直線模組基座上，所述位姿傳感器和可調(diào)速柔順磨拋機構則安裝在所述限位板上，該位姿傳感器用于測量一維變力磨拋裝置的位姿并反饋至所述控制器，該可調(diào)速柔順磨拋機構面向所述直線模組伺服運動平臺的一側上安裝有力傳感器，所述力傳感器通過連接法蘭與直線模組伺服運動平臺中的所述直線模組滑塊相連，其用于采集可調(diào)速柔順磨拋機構的接觸力信號并發(fā)送至所述控制器，所述控制器根據(jù)力傳感器采集的接觸力信號計算出直線模組伺服運動平臺的速度控制量，并將速度控制量發(fā)送給所述伺服電機，所述伺服電機根據(jù)該速度控制量進行轉動以帶動可調(diào)速柔順磨拋機構做直線運動，進而實時改變可調(diào)速柔順磨拋機構與待磨拋工件的接觸狀態(tài)，實現(xiàn)可調(diào)速柔順磨拋機構與待磨拋工件保持變力柔順接觸。