[發明專利]一種變剛度磨拋執行裝置及其執行方法

有效

• 申請號: 202110334269.3
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113084701B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 訾斌;劉佳銘;錢森;劉亞軍;王正雨;徐峰
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B24B41/04
• 分類號: B24B41/04;B24B49/00;B24B41/00;B25J11/00
• 代理公司: 合肥三川專利代理事務所(普通合伙) 34150
• 代理人: 潘光亮

本發明公開了一種變剛度磨拋執行裝置及其執行方法，包括有框架模塊、調剛電機模塊、浮動模塊以及滑輪模塊，框架模塊包括有近端框架、遠端框架、支撐架，近端框架的上端面與機械臂末端連接固定，近端框架的中部安裝有調剛電機模塊，框架模塊內安裝有浮動模塊，浮動模塊包括有電機底座、彈性片和滑動軸，滑動軸分別與對應的支撐架上的浮動模塊滑槽導向配合，彈性片分別通過對應的滑輪模塊支撐架設，調剛電機模塊帶動滑輪模塊運行，改變浮動模塊彈性片連接端和支撐端的相對距離，從而實現實現變剛度的功能。本發明可以實現多種場合下的恒力或按需求的變力打磨，對于機械臂靈活性的負面影響較小，具有體積小，延遲低，剛度值準確的優點。

技術領域

本發明涉及機器人磨拋加工領域，主要涉及一種變剛度磨拋執行裝置及其執行方法。

背景技術

對于工件表面質量要求高的場合，磨拋裝置的力控特性是衡量其綜合性能的一項重要指標。與傳統的剛性或柔性的定剛度磨拋裝置相比，變剛度磨拋裝置能夠根據待加工工件表面的硬度和接觸力的具體要求，自行調整至合適的剛度。除此之外，要實現磨拋加工的過程中對于接觸力的調整，定剛度裝置只有調整變形量一種途徑，而變剛度裝置則具有調整變形量和調整剛度兩種途徑。無論是對于不同待加工工件的適應性，還是工件加工過程中的力控性能，變剛度裝置都具有明顯優勢。

變剛度的實現方式可以分為采用力與形變呈非線性的材料、通過機械結構改變剛度和改變材料性質三類方法。第一類方法所使用的材料可以等效為一個變剛度彈簧，其剛度隨著變形量的增大而增大。利用此方法設計出的變剛度結構簡單。但它無法實現對剛度的主動調節，且在剛度調節的過程中需要消耗大量的能量。第二類方法需要采用一個調剛電機來實現剛度變化。例如，申請號為CN201820924506 .5的中國實用新型專利：一種變剛度柔順抓取裝置。此裝置通過改變夾爪臂上柔性機構支鏈的角度來調節剛度。該裝置保留了機械傳動變剛度裝置低延遲與高精度的優點，但其X方向與Z方向尺寸較大（該實用新型專利以夾爪移動軌道的方向為X軸，以柔性支鏈的方向為Z軸）。若安裝在六軸機械臂末端，則對機械臂本身靈活性的負面影響較大。除此之外，在調節剛度時，X軸方向的剛度增大會導致其Y軸方向剛度減小，進而降低了抵抗該方向干擾力的能力。第三類方法所使用的材料，其剛度會受到溫度、氣壓、電流大小、磁場強度等因素的影響，目前是機械臂末端最常用的一類變剛度方法。例如，申請號為CN201910812028 .8的中國發明專利：一種磁流變液可變剛度柔性夾爪。此裝置通過改變外加磁場的大小來改變磁流變液的性質，進而改變夾爪的剛度。此裝置的質量和占用空間較小，安裝在六軸機械臂的末端時能夠較好地保證機械臂的靈活性。但磁流變液對于工作環境的要求較高，易受到環境磁場的影響。上述兩個專利都具有變剛度的功能，但它們都屬于抓取裝置，沒有將變剛度功能與磨拋裝置相結合，也沒有實現磨拋裝置所需要的法向變剛度。

但隨著科技的發展與相關技術人員的探索，也出現了一些將變剛度功能與磨拋裝置結合的實例。例如，申請號為CN201910155330 .0的中國發明專利：變剛度恒力浮動打磨磨頭。采用氣動的方式，通過改變氣壓來改變內部干擾顆粒的摩擦力，進而調整打磨頭的剛度。但此裝置的缺點是：內部干擾顆粒結構的準確剛度值難以直接測量，需要通過距離傳感器與力傳感器測出形變量與接觸力，然后計算方可獲得。此裝置實際上也沒有測量型變量的裝置，只有測量接觸力的裝置。除此之外，氣動變剛度裝置在反復的充放氣與壓縮過程中容易形成高溫高壓環境，對于需要承受氣壓的內壁材料性能具有較高的要求，而此裝置并未改善這一問題。因此，研發一種體積小，適用范圍廣，延遲低，剛度值準確的變剛度磨拋執行機構及方法尤為重要。

發明內容

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種變剛度磨拋執行裝置及其執行方法，適用于多種機械臂的末端，借助機械臂高靈活性的特點，可以實現多種場合下的恒力或按需求的變力打磨，且對于機械臂靈活性的負面影響較小，具有體積小，延遲低，剛度值準確的優點。

本發明是通過以下技術方案實現的：