[發明專利]一種基于常力機構的機器人打磨執行器

在審

• 申請號: 202110399133.0
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113172511A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 丁冰曉;趙紀宇
• 申請（專利權）人: 吉首大學
• 主分類號: B24B19/00
• 分類號: B24B19/00;B24B41/04;B24B41/00;B24B49/10;B24B47/12;B24B41/02;B25J11/00
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王雨晴

本發明涉及一種基于常力機構的機器人打磨執行器，包括機器人連接法蘭、驅動機構、恒力機構和磨具；所述機器人連接法蘭上端固定在工業機器人末端，下端同軸安裝有驅動機構，該驅動機構用于為同軸安裝在其下端的恒力機構提供動力；在恒力機構的下端安裝有磨具；在恒力機構內安裝有一體成型的柔順常力機構，該柔順常力機構能夠在驅動機構的作用下保持輸出力的恒定，對工件進行恒力打磨。本發明具有輸出恒力值大和恒力區域廣的特點，可適應打磨過程中復雜的情況，與氣缸相比本發明的柔順常力機構的結構簡單、力控精度高，適用于各種精密加工領域。

技術領域

本發明屬于精密加工技術領域，涉及機器人打磨執行器，尤其是一種基于常力機構的機器人打磨執行器。

背景技術

近年來，隨著制造業技術的不斷發展，人們對于產品表面的打磨、拋光等加工程序的精度也提出了更高的要求。工業機器人憑借其自身的高靈活性和高適應性開始逐步取代傳統的人工打磨，傳統的人工打磨不僅效率低下而且打磨出來的工件質量不一，很難滿足現代制造業對于產品的高要求，而依靠機器人來進行打磨、拋光的工序不僅能提高產品的質量，而且不必再利用人工進行大量的操作，促進了制造業的發展。

一般來說目前用于打磨的末端執行器主要依靠主動柔順系統和被動柔順系統來對打磨過程來進行控制。

被動柔順系統主要使用彈簧等機械結構來對打磨過程進行控制；還有使用氣缸，通過控制氣動比例閥輸出氣缸壓力，使打磨過程中保持一個恒定的力。相較與彈簧來說，通過氣缸來進行控制的方案結構簡單，且較為精準。但是被動柔順系統存在一個問題，其不能根據打磨的情況來實時的調整打磨力，從而導致其只能被使用于一些低精度的場合。

主動柔順系統通過力傳感器、恒力控制器來對打磨過程進行控制，得益于力傳感器和恒力控制器，采用主動柔順系統的工業機器人能夠精準的對打磨力進行控制，而且整體結構簡單、可靠性強。其可適用于許多場合。但是力傳感器和恒力控制器的價格十分昂貴，同時其控制算法較為復雜，這就導致其性價比不高。

目前，打磨執行器按照恒力控制方法可分為機械式、氣動式、電驅式和氣電混合式。而現有的大部分打磨執行器都采用了氣電混合式結構，即由直線電機提供動力而氣囊或氣缸來輸出恒力的方案，相較于傳統的結構來說，氣電混合式機構大大提高了打磨的效率和精度，但自身也有較大的缺陷例如氣缸存在遲滯、整體力控制精度不高、響應速度較慢、噪聲大、能耗大和使用維護相對麻煩等。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種控制精度高、響應速度快、噪聲小、能耗低且使用維護便捷的基于常力機構的機器人打磨執行器。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種基于常力機構的機器人打磨執行器，包括機器人連接法蘭、驅動機構、恒力機構和磨具；所述機器人連接法蘭上端固定在工業機器人末端，下端同軸安裝有驅動機構，該驅動機構用于為同軸安裝在其下端的恒力機構提供動力；在恒力機構的下端安裝有磨具；在恒力機構內安裝有一體成型的柔順常力機構，該柔順常力機構能夠在驅動機構的作用下保持輸出力的恒定，對工件進行恒力打磨。

而且，所述柔順常力機構包括：中間柱和徑向均布在中間柱四周的三個形變機構，每個形變機構之間的夾角為120度；所述中間柱頂端中心處制有連接孔，該中間柱底端設有用于連接打磨頭的連接平臺；所述形變機構包括：上穩態梁、折頁機構、下穩態梁和邊柱；所述上穩態梁、折頁機構和下穩態梁從上至下依次連接在中間柱和邊柱之間，該上穩態梁和下穩態梁與中間柱呈85度角；所述折頁機構呈2字型結構，包括首尾依次相連的柔性橫桿、豎桿、橫桿、豎桿和橫桿。

而且，在所述柔順常力機構上安裝有力傳感器，所述力傳感器安裝在柔順常力機構的任意一形變機構的下穩態橫梁上靠近中間柱側；所述力傳感器為電阻應變式傳感器，用于實時監測打磨過程中的壓力，并將打磨過程中力信號反饋給安裝在音圈電機末端的控制器，再由控制器對驅動機構進行控制來實現輸出力的調整。