[發明專利]一種用于機器人研拋加工的高精度力位混合控制裝置

有效

• 申請號: 202010694608.4
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111843766B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 孫玉文;王若奇;于洋;牛金波
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B24B27/00
• 分類號: B24B27/00;B24B49/16;B24B51/00;B24B55/00;B25J11/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

本發明屬于機器人加工恒力控制技術領域，公開了一種用于機器人研拋加工的高精度力位混合控制裝置。力位混合控制裝置包括連接法蘭、端蓋、力傳感器、動態傾角傳感器、主動力控模塊、傳動模塊及金屬殼體，其中連接法蘭用于將該裝置與機器人末端連接；力傳感器用于測量研拋加工過程中的軸向接觸力；動態傾角傳感器用于檢測該裝置的瞬時姿態；主動力控模塊的上端與力傳感器連接，其下端直接與傳動模塊連接；端蓋與金屬殼體用于固定和防護內部器件。本發明采用了高響應的空間結構，并具有重力補償功能，有效減小了電機動子端的負載，提高了接觸力控制的動態精度，進而實現了與待研拋工件表面的柔順接觸，保證了研拋加工過程的一致性與均勻性。

技術領域

本發明屬于機器人加工恒力控制技術領域，更具體地，涉及一種用于機器人研拋加工的高精度力位混合控制裝置。

背景技術

隨著產品對性能的要求越來越高和結構日趨復雜，大型復雜曲面零件在航空航天、能源動力等領域的應用越來越廣泛，并對其加工幾何精度、表面質量等提出了更高的要求。針對大型復雜曲面零件的表面研拋加工，采用工業機器人逐步替代手工作業方式已勢在必行。然而，由于往往難以獲得復雜曲面零件的準確幾何形狀，導致機器人的加工路徑偏離其名義曲面，同時考慮到機器人的重復定位誤差、工件的裝夾誤差和研拋力的控制要求，僅僅依靠工業機器人難以保證研拋加工的精度和質量，因此在其末端安裝力位混合控制裝置十分必要。通過具有柔順性的力位混合控制裝置，工業機器人可自適應地補償路徑偏差、重復定位誤差和裝夾誤差，并實現研拋力的精確控制。

目前，力位混合控制裝置可分為氣缸驅動式和電機驅動式兩種類型。已形成產品的氣缸驅動式裝置有奧地利的Ferrobotics和美國的PushCorp，力控精度較高，技術已趨于成熟，但該類氣缸驅動式裝置存在較大的非線性問題，難以精確建模，限制了其力控精度的進一步提高；電機驅動式裝置通常利用具有高響應能力的音圈電機作為驅動，可在一定程度上提高裝置的響應能力，但忽視了電機動子端負載會降低其響應能力，進而使力控的動態精度下降。另外，隨著機器人末端姿態的變化，力控裝置的重力在機器人末端軸線上的分力也在時刻改變，需要對其進行補償，以提高力控精度。

發明內容

針對現有技術的缺陷或不足，本發明提供了一種用于機器人研拋加工的高精度力位混合控制裝置，其目的在于通過設計一種高帶寬的柔順力控裝置，自適應地調整機器人研拋加工過程的法向接觸力，以實現研拋工具與被加工表面的恒力接觸，從而保證機器人研拋加工的幾何精度和表面質量。與現有的音圈電機驅動的力控裝置不同，本裝置將力傳感器安裝于電機定子端，而電機動子端由左右對稱的滾珠花鍵導軌進行導向，直接與傳動模塊連接，有效減小了電機動子端的負載，提高了音圈電機的響應能力，并進而提高了對加工路徑的跟蹤性能和接觸力控制的動態精度。同時，利用動態傾角傳感器實時監測末端姿態，可有效補償重力對力控精度的影響。

為實現上述目的，本發明設計了一種用于機器人研拋加工的高精度力位混合控制裝置，其特征在于，該裝置包括連接法蘭、端蓋、力傳感器、動態傾角傳感器、主動力控模塊、傳動模塊及金屬殼體。

所述連接法蘭用于將所述力位混合控制裝置與工業機器人的末端連接；

所述端蓋的上端與所述連接法蘭連接，其下端用于固定所述力傳感器、動態傾角傳感器和金屬殼體；

所述力傳感器通過力傳感器上端安裝板與所述端蓋連接，用于測量研拋加工中的軸向接觸力，并將該力信號反饋給所述主動力控模塊的控制單元，建立具有力反饋的閉環控制結構，從而實現接觸力的柔順控制；

所述動態傾角傳感器通過動態傾角傳感器安裝板與所述端蓋連接，用于檢測該裝置隨機器人末端運動時的空間位姿，從而進行重力補償；