[發明專利]一種全數字式剛柔耦合精準力控磨拋裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201811408506.0
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109623590B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 趙歡;謝錢龍;梁秀權;丁漢;王濤;陳鵬飛;姜宗民
• 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;B24B49/00;B24B55/08
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明屬于磨拋接觸力控制領域，并公開了一種全數字式剛柔耦合精準力控磨拋裝置。所述磨拋裝置包括可變速柔順磨拋機構、一維直線模組力控伺服運動平臺以及用于連接所述可變速柔順磨拋機構和直線模組力控伺服運動平臺的連接裝置，一維直線模組力控伺服運動平臺包括直線伺服模組電機、滾珠絲杠、直線模組滑塊、直線模組基座及控制器。本發明還公開了該裝置的控制方法。本發明的全數字式剛柔耦合精準力控磨拋裝置，一維力傳感器采集可變速柔順磨拋機構與待磨拋工件的接觸力信號并通過控制器來控制伺服電機進行精密運動，進而實時改變可變速柔順磨拋機構與待磨拋工件的接觸狀態，從而實現可變速柔順磨拋機構與待磨拋工件保持自適應變力柔順接觸。

技術領域

本發明屬于磨拋接觸力控制技術領域，更具體地，涉及一種全數字式剛柔耦合精準力控磨拋裝置及控制方法。

背景技術

隨著科技的不斷發展，復雜的自由曲面在航空航天領域的應用越來越廣泛。這些復雜的曲面并不能由初等解析曲面簡單組成，即難以獲得自由復雜曲面的精確解析解，且航空發動葉片由于易變形的特點往往要求智能磨拋機構具有精確的力控制和一定的柔順性，并且可以補償由于工業機器人的運動精度有限，再加上待加工工件的裝夾誤差，實際加工的表面精度并不是很理想等缺陷，因此復雜曲面的精密加工是亟待解決的制造難題。

目前復雜自由曲面的表面精密加工主要有數控拋光技術和人為手工研磨的方式。其中，數控拋光技術存在數控機床價格昂貴和加工效率低的缺點，而人工拋光勞動強度大，加工效率低，工作環境惡劣，同時工件精度受工人技術熟練程度影響很大，嚴重制約了工件的表面質量。與傳統加工方式相比，工業機器人有著靈活性好，通用性強，易于拓展等優點，工業機器人在磨拋加工過程中往往要求磨拋工具與待磨拋工件之間的接觸力保持恒定，因此研究曲面變力磨拋加工裝置及控制方法很有必要。

機器人柔順性可分為主動柔順與被動柔順。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，但是由于彈簧精度不可控，故容易產生過磨或磨拋不均勻的問題。主動柔順中奧地利一家公司生產的氣動變力裝置ACF(Active contact flange)能夠較好實現工具末端與工件之間的接觸力。雖然目前國內已經在對機器人力控打磨進行了相關的研究，但是還有一定的局限性和缺陷，如缺少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新性，符合目前機械加工領域的潮流。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供全數字式剛柔耦合精準力控磨拋裝置及控制方法，其目的在于通過設計一種一維智能磨拋機構，原位實時調整磨拋力，從而實現提高打磨精度、實現柔性打磨的同時，防止過磨和磨拋不均勻，通過自適應砂帶磨拋機構的設置，對葉片不同區域采用不同的磨拋方式，提高磨拋精度，同時通過對控制器的設置，實現變力磨削的閉環控制，由此解決磨拋精度低和磨削力難于控制的技術問題。

為了實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供一種全數字式剛柔耦合精準力控磨拋裝置，其特征在于，包括可變速柔順磨拋機構、一維直線模組力控伺服運動平臺以及用于連接所述可變速柔順磨拋機構和直線模組力控伺服運動平臺的連接裝置；其中，

所述可變速柔順磨拋機構包括三角板、設于所述三角板上的打磨接觸輪以及套設于所述打磨接觸輪上的砂帶，所述砂帶與待磨拋工件接觸的部位形成進刀點，用于磨拋待磨拋工件；

所述連接裝置包括直線滑軌、安裝板以及一維力傳感器，所述直線滑軌固定于所述安裝板上，并通過所述一維力傳感器與所述砂帶相連，所述一維力傳感器用于實時測量所述可變速柔順磨拋機構與待磨拋工件之間的接觸力；