[發明專利]一種力控末端執行器及工業機器人

有效

• 申請號: 202011237852.4
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112440293B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 楊桂林;張拓璞;楊淼;方灶軍;張馳
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J9/16;B25J13/08;B25J17/00
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發明公開了一種力控末端執行器及工業機器人。所述力控末端執行器包括定平臺、動平臺及多組運動組件，每組運動組件包括主動平動關節和運動鏈組件，主動平動關節一端與定平臺相連，另一端與運動鏈組件的一端相連，運動鏈組件的另一端與動平臺相連；主動平動關節上設有位移傳感器，動平臺上設有壓力傳感器，位移傳感器和壓力傳感器均與一控制器相連，控制器根據位移傳感器反饋的位移信號與接觸力信號，對主動平動關節的輸出力進行調節，從而調節整個力控末端執行器與工件之間的接觸力。本發明提供了一種具有低慣量、大承載力、高剛度、抗沖擊、高動態響應的剛柔混合冗余驅動的力控末端執行器。

技術領域

本發明屬于工業機器人技術領域，具體涉及一種力控末端執行器及工業機器人。

背景技術

在現代機械加工中，工件表面常常會出現毛刺，表面粗糙和邊緣尖銳等現象。而工件表面質量不僅影響著工件的外觀，也對工件的耐磨性、配合質量、抗疲勞強度、耐腐蝕性等重要性能有著重大影響。隨著人們對產品質量及外觀要求的提高，拋光打磨被廣泛應用于機械零件的生產，模具加工，航空航天等領域。傳統的拋光打磨由人工完成，存在生產效率低，需要較大的勞動強度，但拋光質量不穩定，且環境惡劣，對加工人員身體有害等問題。而工業機器人具有工作空間大、可擴展性強、靈活性高等優勢，但缺乏連續接觸式操作的力控技術，因此力控技術是實現機器人化狹小空間精密光整加工的關鍵技術，亟待解決。

目前實現機器人力控的方式可分為被動式和主動式。被動式主要利用工具或機械結構固有的柔性來實現，結構簡單但僅可以避免拋光力過大而無法實現精確的力控制。主動式力控制主要有通過控制機械臂關節力矩進行力控制的直接力控制和利用機械臂外部的附加裝置進行力控制的間接力控制這兩種方法。前者適用于輕量化機械臂，安全性好；而工業機器人由于慣性大、關節彈性、傳動機構摩擦力等因素，難以實現直接力控制，現有機械臂生產商采用在工業機器人腕部添加力傳感器然后裝上拋光打磨工具來實現拋光打磨，但這種方式存在精度不高而且時延嚴重。而在機器人末端安裝一個力控末端執行器，依靠末端執行器進行力控制具有精度高、無時延等優點，因此基于力控末端執行器的間接力控方式更適用于高速重載的工業機器人。

根據驅動方式可將現有的力控末端執行器分為機械式、氣動式、電驅式和氣電混合式。其中，機械式一般在末端執行器上安裝彈簧實現被動柔順，優點是結構簡單，但其力控制精度較低。氣動式通過調節氣體壓力來實現末端執行器的輸出力，優點是具有較好的柔性、結構簡單，但存在響應慢、精度低等缺點。電驅式是通過電機來控制末端執行器的力輸出，優點是力控精度高和響應速度快，但存在質量大、柔性差、承載力小等缺點。而氣電混合式結合了電驅式和氣動式的優點，但仍然存在質量大的問題。

在狹小空間磨拋加工過程中需要進行側向力的控制，即當機器人在狹小空間中時，末端執行器必需要有局部位置調整功能，才能滿足狹小空間磨拋作業的需求。因此，三平移的并聯機構成為力控末端執行器的首選，而這樣的機構大多用于分揀，剛度不足，且不具有力控功能，難以作為機器人的力控末端執行器。

在力控末端執行器研究領域，中國專利CN201911347674.8中公開了一種拋磨力控末端執行器，執行器采用音圈電機，具有高響應、高帶寬、直驅無轉換等優點。中國專利CN201810803256.4中公開了一種機器人拋磨力控末端執行器，執行器采用氣動馬達為動力源，有效減小執行器的總質量。但是，上述2種末端執行器的缺點是為單自由度，不具備多方向位置的調整能力。中國專利CN202010029488.6中公開了一種具有兩個自由度的末端執行器，但其在力控時只測量氣缸上的壓力，而不是實際的接觸力，無法實現接觸力的準確跟蹤。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種力控末端執行器，從而克服現有技術的不足。

本發明的另一目的在于提供與力控末端執行器相連的工業機器人。