[发明专利]一种工业机械臂恒力柔性打磨装置

说明书

本发明涉及一种工业机械臂恒力柔性打磨装置，包括用于打磨工件的打磨头、驱动打磨头旋转运动的旋转运动部件、驱动打磨头轴向运动的轴向运动部件、保护装置内部器件与承受扭矩的外壳体和用于打磨时轴向及径向减震的柔性套筒；所述恒力柔性打磨装置与机械臂之间通过法兰连接；本发明设计了柔性套筒减震部分，其包含弹簧减震轴套，起径向及轴向减震作用，本发明改进了轴向运动部件和旋转运动部件，能够将旋转运动和轴向直线运动解耦，分别单独的控制这两种运动，实现打磨力控制和打磨切削速度的控制，此种方法在机械结构上实现的解耦比从算法上实现的解耦更适合于任务复杂的抛磨作业。

技术领域

本发明属于工业机器臂打磨技术领域，涉及一种工业机械臂恒力柔性打磨装置。

背景技术

随着科学技术的发展，传统手动打磨的精度及效率无法得到保障，不仅人力成本与日俱增，而且打磨过程噪声大且粉尘多，环境恶劣，易对工人的身心健康造成严重影响。因此机器人自动打磨技术在加工过程中得到了广泛的应用，它摆脱了传统人工打磨劳动强度大、品质差、效率低等缺点，能够有效提升打磨效率和打磨质量。机器人自动打磨质量的好坏很大程度上取决于打磨力的大小和打磨力是否稳定两个因数。工业机器人直接对工件表面打磨，打磨过程为刚性接触，容易对工件表造成损坏，对于机器人的控制精度也更为苛刻，大大增加了编程的复杂性。因此，国内外研究人员开发了各种柔性打磨装置，通过控制打磨工具的法向压力间接保证磨削深度。恒力柔性打磨装置的出现能够有效解决刚性接触的问题，实现打磨过程中柔性浮动，输出恒定的打磨力，有效提升工件表面的平整度。

打磨作为接触作业的典型例子，需要对打磨系统实现柔顺控制。机器人凭借一些辅助的柔顺机构，使其在与环境接触时能够对外部作用力产生自然顺从，称为被动柔顺性；机器人系统利用力的反馈信息采用一定的控制策略去主动控制作用力，称为主动柔顺性。目前被动柔顺的实现方式主要有两种：其一，机器人夹持工件，通过砂带的张紧程度来调节打磨力；其二，机器人夹持工具，通过采用机械式弹簧实现被动柔顺。主动柔顺从大的方面来分有两种方式，其一，由机器人的控制器实现，代表方法有力/位混合控制的方法。由于该方法需要同时实现力和位置的控制，存在力/位耦合，因而实现较为复杂；其二，基于末端工具的主动力控制。总体上来说，用算法使机器人的控制器实现阻抗控制和力/位混合控制，这种方法的响应速度慢，算法稳定性较差，难以实现工业生产。

因此，研究一种可以实现柔性打磨过程中实时精确的力控以及减弱打磨头的震动从而提高打磨装置整体的稳定性及打磨效果的打磨装置具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种工业机械臂恒力柔性打磨装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种工业机械臂恒力柔性打磨装置，包括用于打磨工件的打磨头、驱动打磨头旋转运动的旋转运动部件、驱动打磨头轴向运动的轴向运动部件和保护装置内部器件与承受扭矩的外壳体、用于打磨时轴向及径向减震的柔性套筒；

所述柔性套筒包括外套筒、内套筒、弹簧减震轴套、轴向弹簧以及弹簧固定圆板Ⅰ和弹簧固定圆板Ⅱ；外套筒通过连接板与拉压力传感器连接，外套筒内壁设有套筒滑槽，内套筒外壁设有套筒凸台，套筒滑槽与套筒凸台相配合，两者能够相对上下移动；弹簧减震轴套与内套筒卡接固定；弹簧固定圆板Ⅰ和弹簧固定圆板Ⅱ同轴心安装，轴向弹簧设置于二者中间；