[發明專利]一種實現精確力控制的刻線裝置、方法及系統

在審

• 申請號: 202110984591.0
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113714991A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 要義勇;朱宗宇;趙麗萍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B25H7/04
• 分類號: B25H7/04;B25J9/16;B25J13/00;B25J13/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

1.一種實現精確力控制的刻線裝置，其特征在于，包括基座、多臂驅動機構、刻線機構、力傳感器(4)、編碼器組件、控制器和刻力計算模塊；

所述多臂驅動機構與基座固定連接，多臂驅動機構上固定連接力傳感器(4)、編碼器組件和刻線機構；

所述基座的內部設置控制器，所述控制器分別與力傳感器和編碼器組件電聯；

所述刻力計算模塊與控制器通過無線網絡連接。

2.根據權利要求1所述的一種實現精確力控制的刻線裝置，其特征在于，所述多臂驅動機構包括第一驅動臂、第二驅動臂和第三驅動臂(3)；

所述第一驅動臂一端與基座固定連接，另一端與第二驅動臂的一端固定連接，第二驅動臂的另一端與第三驅動臂(3)一端相連；

所述第三驅動臂(3)的另一端固定連接力傳感器(4)和刻線機構。

3.根據權利要求2所述的一種實現精確力控制的刻線裝置，其特征在于，所述編碼器組件包括第一編碼器(8)、第二編碼器(10)、第三編碼器(14)和第四編碼器(11)；

所述第一編碼器(8)與第三驅動臂(3)相連，所述第二編碼器(10)設置在第二驅動臂與第三驅動臂(3)的連接處，所述第三編碼器(14)設置在第一驅動臂和第二驅動臂的連接處，所述第四編碼器(11)設置在基座的一側。

4.根據權利要求3所述的一種實現精確力控制的刻線裝置，其特征在于，所述刻線機構包括刻座(5)和刻針(6)，所述刻座(5)的一端與力傳感器(4)相連，另一端與刻針(6)相連。

5.根據權利要求1所述的一種實現精確力控制的刻線裝置，其特征在于，所述基座的底部連接支撐板(2)，所述支撐板(2)上設置定位加緊機構(1)。

6.根據權利要求5所述的一種實現精確力控制的刻線裝置，其特征在于，所述基座、支撐板(2)和定位加緊裝置(1)上分別開設若干組相對應的通孔，用于調整固定位置。

7.根據權利要求6所述的一種實現精確力控制的刻線裝置，其特征在于，所述定位加緊裝置(1)上可拆卸的連接定位塊，用于固定工件。

8.根據權利要求1-7任一項所述裝置的刻線方法，其特征在于，包括以下步驟：

建立所刻工件的幾何模型，基于工件幾何模型繪制刻線的形狀和位置，生成刻線的形狀和位置數據；

啟動多臂驅動機構，檢測到當前運動旋轉的角度，并將檢測到的角度數據與刻線的形狀和位置數據進行對比，進行閉環反饋矯正，計算得出實際繪制刻線的運動關節角度、刻線的位置和刻線形狀；

根據工件材料的硬度，計算得出繪制線所需的力，將繪制線所需的力與刻線機構作用在工件的表面產生的正應力進行對比，進行閉環反饋矯正，計算得出實際繪制刻線所需要的力；

基于得出的實際繪制刻線的運動關節角度、刻線位置、刻線形狀和刻線力所需的數據進行刻線。

9.一種實現精確力控制的刻線系統，其特征在于，包括刻力計算模塊、多臂驅動模塊、控制模塊、力傳感模塊、編碼器模塊和刻線模塊；

所述刻力計算模塊用于建立所刻工件的幾何模型，并基于工件幾何模型繪制刻線的形狀和位置，生成刻線的形狀和位置數據，同時根據工件材料的硬度，計算得出繪制線所需的力，并將數據傳輸給控制模塊；

所述力傳感器模塊用于接收刻線模塊與工件表面接觸時的壓力，并將壓力值傳輸給控制模塊；

所述編碼器模塊用于測量多臂驅動模塊運動的關節角度，并將數據傳輸給控制模塊；

所述控制模塊用于將刻線形狀和位置的數據與編碼器模塊傳輸的數據進行對比，進行閉環反饋矯正計算得出實際繪制刻線的運動關節角度、刻線的位置和形狀；同時將刻線所需力的數據與力傳感器模塊傳輸的壓力值對比，進行閉環反饋矯正，計算實際繪制刻線所需要的力，并向多臂驅動模塊發出刻線指令。