[發(fā)明專利]一種三自由度曲面自適應(yīng)智能力控柔性磨拋末端執(zhí)行裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810356845.2
• 申請(qǐng)日: 2018-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN108581745B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙歡;梁秀權(quán);蔡元昊;丁漢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B24B19/14
• 分類號(hào): B24B19/14;B24B51/00;B24B49/04;B24B47/22;B24B47/20
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 尚威;李智

本發(fā)明公開了一種三自由度曲面自適應(yīng)智能力控柔性磨拋末端執(zhí)行裝置，包括二維姿態(tài)調(diào)整組件、直線伺服力控組件、磨拋組件和控制器。直線伺服力控組件通過(guò)接觸力閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)打磨接觸力的實(shí)時(shí)控制與反饋，保證恒定接觸力加工；二維姿態(tài)調(diào)整組件通過(guò)閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)磨盤姿態(tài)的實(shí)時(shí)調(diào)整，使磨削面始終與曲面局部切平面重合實(shí)現(xiàn)曲面自適應(yīng)，有效防止打磨不均勻、過(guò)磨等問題，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自適應(yīng)柔性磨拋加工。本發(fā)明使得磨盤進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整時(shí)始終做定心運(yùn)動(dòng)，從而在適應(yīng)曲面變化時(shí)不會(huì)產(chǎn)生不必要的位移，有效防止對(duì)已打磨區(qū)域重復(fù)磨拋，保證磨拋工藝要求的均勻性、一致性，適用于大型自由曲面零件尤其是大型風(fēng)電葉片的自適應(yīng)高精度磨拋加工。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于曲面類工件智能加工制造領(lǐng)域，尤其涉及工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)合的大型曲面自適應(yīng)力控制磨拋領(lǐng)域，更具體地，涉及一種三自由度曲面自適應(yīng)智能力控柔性磨拋末端執(zhí)行裝置。

背景技術(shù)

風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，取之不盡，用之不竭，因此風(fēng)能的需求日益增加，全世界各個(gè)國(guó)家爭(zhēng)先發(fā)展風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。大型風(fēng)電葉片作為風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)換風(fēng)能的關(guān)鍵部件，隨著全球風(fēng)電市場(chǎng)轉(zhuǎn)向低風(fēng)速和海上風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)能開發(fā)，大型風(fēng)電葉片的需求量逐年上漲。大型風(fēng)電葉片的表面去膩?zhàn)哟蚰ヒ约澳伡庸すに嚨暮脡膰?yán)重影響發(fā)電效率。大型風(fēng)電葉片由于長(zhǎng)度可達(dá)59.5米之多，打磨易變性，且表面復(fù)雜多變，這些問題對(duì)大型風(fēng)電葉片磨拋工藝提出了非常高的要求。當(dāng)前的大型風(fēng)電葉片等自由曲面的磨拋加工主要包括手工磨拋以及少量的機(jī)器人磨拋加工；手工磨拋加工，效率不高、磨拋余量不均勻、零件表面質(zhì)量受工人技術(shù)熟練程度影響很大，機(jī)器人磨拋系統(tǒng)效率高、加工一致性好，相應(yīng)成本低，是目前發(fā)展的趨勢(shì)。

機(jī)器人在復(fù)雜曲面等非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中進(jìn)行如打磨、拋光等約束操作時(shí)，加工件的幾何形貌難以精確建模，且大型風(fēng)電葉片類工件的懸臂長(zhǎng)、易變性等特性往往要求磨拋工具具有一定的柔順性，且加工對(duì)象精確模型的缺乏導(dǎo)致機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃困難或不準(zhǔn)確。

機(jī)器人柔順性可分為主動(dòng)柔順與被動(dòng)柔順。被動(dòng)柔順主要通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧剛度獲得所需柔順性，例如美國(guó)MIT Draper實(shí)驗(yàn)中心設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程中心柔順的無(wú)源機(jī)械裝置，但是由于彈簧相應(yīng)速度慢，該裝置存在精度不可控，容易產(chǎn)生過(guò)磨或磨拋不均勻的問題。主動(dòng)柔順中奧地利一家公司生產(chǎn)的氣動(dòng)變力裝置ACF能夠較好實(shí)現(xiàn)工具末端與工件之間的接觸力，但是，該氣體變力裝置由于氣體壓縮的特性會(huì)產(chǎn)生非線性問題，同樣易導(dǎo)致磨拋不均勻。專利申請(qǐng)?zhí)枮?01610580987的“一種曲面類空間柔順打磨串并聯(lián)機(jī)器人工藝平臺(tái)”能夠調(diào)整打磨接觸力與調(diào)整末端姿態(tài)，但是在打磨過(guò)程中打磨頭的位置會(huì)發(fā)生變化，容易導(dǎo)致重復(fù)磨拋。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種三自由度曲面自適應(yīng)智能力控柔性磨拋末端執(zhí)行裝置，其目的在于通過(guò)設(shè)計(jì)二維姿態(tài)調(diào)整組件和直線伺服力控組件，原位實(shí)時(shí)調(diào)整打磨頭的姿態(tài)及磨削力，從而在提高打磨精度、實(shí)現(xiàn)柔順磨拋的同時(shí)，防止重復(fù)磨拋及磨拋不均勻。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種三自由度曲面自適應(yīng)智能力控柔性磨拋末端執(zhí)行裝置，包括基架、端蓋、二維姿態(tài)調(diào)整組件、直線伺服力控組件、磨拋組件和控制器；

基架為下端開口的筒狀構(gòu)造，端蓋設(shè)于基架上端，端蓋用于與磨拋機(jī)器人末端對(duì)接固定；

二維姿態(tài)調(diào)整組件設(shè)于基架內(nèi)部，包括傾斜調(diào)整機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)；

傾斜調(diào)整機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)軌道為圓弧齒條，通過(guò)與圓弧齒條嚙合的傾斜驅(qū)動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)傾斜調(diào)整機(jī)構(gòu)以圓弧齒條的圓心為中心旋轉(zhuǎn)，圓弧齒條的圓心位于旋轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸線上；

直線伺服力控組件安裝于傾斜調(diào)整機(jī)構(gòu)上，包括絲桿、直線滑塊、絲桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)和六維力傳感器；絲桿與直線滑塊組成滾珠絲杠機(jī)構(gòu)，絲桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與絲桿對(duì)接，六維力傳感器固定于直線滑塊上；