CN105081717B - 一种缓冲式接触力主动控制多用途作业设备 - Google Patents

Abstract

一种缓冲式接触力主动控制多用途作业设备，包括直线驱动机构，缓冲机构、工作头和工作头驱动机构；缓冲机构包括缓冲外壳、缓冲器和力传感器；缓冲外壳与直线驱动机构的直线进给外壳滑动连接，同时与工作头驱动机构的主轴电机外壳滑动连接；缓冲器和力传感器均安装于缓冲外壳内；缓冲器的一端与力传感器的一端连接，另一端与缓冲外壳的一端内壁连接；力传感器的另一端与主轴电机外壳的一端连接；工作头安装于工作头驱动机构。本发明通过将工作头嫁接到运动平台，可以减小冲击，通过缓冲式操作控制作业过程中的接触力，提高加工质量；接触力控制完全由缓冲式操作控制完成，对被嫁接运动平台动作要求、精度要求都较低，从而降低设备整体造价。

Description

一种缓冲式接触力主动控制多用途作业设备

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种缓冲式接触力主动控制多用途作业设备。

背景技术

随着自动化装备与机器人技术的发展，各种坐标式机床、加工中心以及关节型工业机器人相继问世，并逐渐形成了坐标式和关节式两类通用运动平台，在这两类运动平台末端连接不同作业头，可完成各种各样的作业任务。

但是，对于已经成型的误差较大的作业对象(如：管件、钣金曲面等)进行二次加工时，这两类通用运动平台存在以下缺点：其一，这两类运动平台采用空间坐标数据驱动作业头作业，因而需要预先知道作业对象的精确尺寸、空间位置；其二，由于作业头需要达到精确的空间位置，就要求这两类运动平台的每个自由度都具有较高的精度，还有可能需要配备逆向工程装备，因而造价高。

发明内容

本发明的目的在于克服以上的不足和缺陷提出一种紧凑而且结构简化的缓冲式接触力主动控制多用途作业设备。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种缓冲式接触力主动控制多用途作业设备，包括直线驱动机构、缓冲机构、工作头驱动机构和工作头；

所述直线驱动机构包括直线进给外壳和伺服直线驱动机构；所述伺服直线驱动机构安装于所述直线进给外壳内，并驱动所述缓冲机构直线运动；

所述缓冲机构包括缓冲外壳、缓冲器和力传感器；所述缓冲外壳与所述直线驱动机构的直线进给外壳滑动连接；所述缓冲器和力传感器串联连接于所述缓冲外壳与工作头驱动机构之间；

所述工作头驱动机构的主轴电机外壳与所述缓冲外壳滑动连接；

所述工作头驱动机构驱动所述工作头进行工作。

优选的，所述伺服直线驱动机构包括伺服电机、丝杆和丝杆螺母；

所述丝杆螺母安装于所述丝杆上，所述缓冲外壳安装于所述丝杆螺母上；所述伺服电机驱动安装于所述直线进给外壳内；所述伺服电机驱动所述丝杆转动；带动所述丝杆螺母移动，从而带动所述缓冲外壳滑动。

优选的，所述工作头驱动机构包括主轴、主轴电机和主轴电机外壳；

所述主轴电机安装于所述主轴电机外壳内，所述主轴与所述主轴电机的输出轴连接；所述工作头安装于所述主轴上。

优选的，所述直线进给外壳的未连接所述缓冲机构的一端设置有对接口。

优选的，所述缓冲外壳的外部均匀设置有凹槽；所述直线进给外壳的内壁上设置有与所述凹槽相配合的凸齿。

优选的，所述主轴电机外壳的外部均匀设置有凹槽；所述缓冲外壳的内壁上设置有与所述凹槽相配合的凸齿。

优选的，所述主轴与所述主轴电机之间通过联轴器连接。

另一个实施方案：所述主轴与所述主轴电机之间通过直角连接块连接。

所述主轴电机外壳与缓冲外壳之间还连接有直线轴承、内套筒、外套筒和弹簧端盖；所述力传感器一端与所述主轴电机外壳通过球铰连接，另一端与所述内套筒通过球铰连接；所述内套筒穿入所述直线轴承内孔，所述直线轴承固定安装在所述外套筒内，所述内套筒借助所述直线轴承可沿相对所述外套筒直线运动；所述外套筒一端固定安装在所述缓冲外壳上，并与所述直线轴承同轴，另一端与所述弹簧端盖固定安装；作为缓冲器的弹簧一端通过销钉安装在弹簧端盖上，另一端通过销钉安装在内套筒上。

优选的，所述直线进给外壳的内部安装有两个极限限位行程开关及三个位置感应传感器。

本发明通过将工作头嫁接到运动平台，能减小冲击作用，根据采用缓冲式操作控制作业过程中的接触力，从而提高加工质量；由于接触力控制完全由缓冲式操作控制完成，对被嫁接运动平台动作要求、精度要求都较低，从而降低设备整体造价；接触力通过柔性控制可降低控制系统开发难度，提高设备可靠性。

附图说明

图1是本发明的一个具体实施例的结构前视示意图。

图2是本发明的一个具体实施例的结构后视示意图。

图3是本发明的另一个具体实施例的结构示意图。

图4是图1的侧视剖视示意图。

图5是本发明的一个实施例的缓冲机构的局部结构示意图。

其中：直线驱动机构1，主轴电机外壳2，缓冲机构3，马达4，直角连接块5，主轴6，工作头7，对接口8，直线进给外壳11，伺服电机12，丝杆13，丝杆螺母14，缓冲外壳31，缓冲器32，力传感器33，位置感应传感器221、222、223，极限限位行程开关224、225，弹簧端盖330，弹簧销钉331，332，球铰链340，连接母342,直线轴承407，外套筒313，内套筒314，弹簧312。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1、图2和图4所示，一种缓冲式接触力主动控制多用途作业设备，包括直线驱动机构1、缓冲机构3、工作头驱动机构和工作头7；

所述直线驱动机构1包括直线进给外壳11和伺服直线驱动机构；所述伺服直线驱动机构安装于所述直线进给外壳11内，并驱动所述缓冲机构3直线运动；

所述缓冲机构3包括缓冲外壳31、缓冲器32和力传感器33；所述缓冲外壳31与所述直线驱动机构1的直线进给外壳11滑动连接；所述缓冲器32和力传感器33串联连接于所述缓冲外壳31与工作头驱动机构之间；

所述缓冲器32和所述力传感器33均安装于所述缓冲外壳31内；所述缓冲器32的一端与所述力传感器33的一端连接，另一端与所述缓冲外壳31的一端内壁连接；所述力传感器33的另一端与所述主轴电机外壳2的一端连接；或所述缓冲器32的一端与所述力传感器33的一端连接，另一端与所述主轴电机外壳2的一端连接；所述力传感器33与所述缓冲外壳31的一端内壁连接；

所述工作头7安装于所述工作头驱动机构；所述工作头驱动机构驱动所述工作头7转动。

当所述工作头7受力压缩时，所述工作头驱动机构会向后滑动，使所述缓冲器32受力被压缩，缓冲器32把压缩力传递给力传感器33，力传感器33力信号给控制器，所述控制器接收信号后，将通过所述直线驱动机构的驱动控制，控制所述缓冲机构的作用力，从而控制对所述工作头驱动机构的作用力，进而控制所述工作头对作业对象的接触力。

直线驱动机构、缓冲机构3和工作头驱动机构形成由外壳连续套接而成的一体化结构，用最简单的结构实现工作头7与工件的接触力的自动控制功能，而且外形相对小巧紧凑，方便适用于各种场合，拓展了适用范围。

其中，所述缓冲器32为弹簧、气弹簧、液压缓冲器、封闭气缸、气囊、高分子弹性体或复合粘弹模块的一种或多种组合。

优选的，所述伺服直线驱动机构包括伺服电机12、丝杆13和丝杆螺母14；

所述丝杆螺母14安装于所述丝杆13上，所述缓冲外壳11安装于所述丝杆螺母14上；所述伺服电机12驱动安装于所述直线进给外壳11内；所述伺服电机驱动所述丝杆转动；带动所述丝杆螺母14移动，从而带动所述缓冲外壳31滑动。

采用丝杆驱动方式，使所述缓冲机构的移动精度高，稳定型好，从而保证了加工的精度。

优选的，所述工作头驱动机构包括主轴6、主轴电机4和主轴电机外壳2；

所述主轴电机4安装于所述主轴电机外壳2内，所述主轴6与所述主轴电机4的输出轴连接；所述工作头7安装于所述主轴6上。

由主轴6、主轴电机4和主轴电机外壳2组成的工作头驱动机构结构简单，安装方便，结构紧凑，成本低。

优选的，所述直线进给外壳11的未连接所述缓冲机构3的一端设置有对接口8。

所述对接口8的中央有特定形状的凹槽，凹槽的形状一般为星形、多边形、圆形、三角形、四边形等；该凹槽周围有若干用于与运动平台对接固定的螺丝孔；凹槽的作用首先是可以选择规定的对接相位并固定相位，其次凹槽内可以根据需要增加接线端子的功能，避免了外表走线的隐患，提高了设备可靠性。

优选的，所述缓冲外壳31的外部均匀设置有凹槽；所述直线进给外壳11的内壁上设置有与所述凹槽相配合的凸齿。

采用凹槽和凸齿配合滑动，结构简单、成本低。

优选的，所述主轴电机外壳2的外部均匀设置有凹槽；所述缓冲外壳31的内壁上设置有与所述凹槽相配合的凸齿。

采用凹槽和凸齿配合滑动，结构简单、成本低。

所述主轴6与所述主轴电机4之间通过联轴器连接。

用来联接不同机构中的两根轴使之共同旋转以传递扭矩的机械零件；在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用，而且采用联轴器连接，工作量较小，节省时间，既方便又快捷；而且简单、成本也低。

另一个实施方案，如图3所示，所述主轴6与所述主轴电机4之间通过直角连接块5连接。

采用直角连接块5使所述工作头7与所述主轴电机4垂直，实现另一种工作头结构。

优选的，所述直线进给外壳11的内部安装有两个极限限位行程开关224、225及三个位置感应传感器221、222、223。

两个极限限位行程开关224、225保证伺服直线驱动机构不会超程，并通过三个位置感应传感器221、222、223得到参考位置参数，便于精确控制定位。

如图5，在另一个实施例中，所述主轴电机外壳2与缓冲外壳31之间还连接有直线轴承407、内套筒314、外套筒313和弹簧端盖330；所述力传感器33一端与所述主轴电机外壳2通过球铰340连接，另一端与所述内套筒314通过球铰340连接；所述内套筒314穿入所述直线轴承407内孔，所述直线轴承407固定安装在所述外套筒313内，所述内套筒314借助所述直线轴承407可沿相对所述外套筒313直线运动；所述外套筒313一端固定安装在所述缓冲外壳31上，并与所述直线轴承407同轴，另一端与所述弹簧端盖330固定安装；作为缓冲器的弹簧312一端通过销钉331安装在弹簧端盖330上，另一端通过销钉332安装在内套筒314上。

弹簧312被限定于内套筒314内，不易发生弯折而影响测量精度的情况；用球铰链340可以采用单一方向的力传感器33测量得到更准确的测力信息。力传感器33的两端均采用球铰链340进行安装，可以是力传感器33的受力处于两个球铰链340的连线方向上，确保其受力方向是沿着轴向无偏载的。假如固定连接的方式安装力传感器33，其两端的受力不在同一直线时，会产生扭矩，从而力传感器33获得的数据是不准确的。

力传感器33设置在更靠近主轴电机外壳2的一侧，而不是更靠近弹簧端盖330的一侧，可以避免弹簧312与内套筒314、外套筒313之间的摩擦力计入力传感器33的采集值，从而保证测量准确度。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种缓冲式接触力主动控制多用途作业设备，其特征在于：包括直线驱动机构、缓冲机构、工作头驱动机构和工作头；

所述直线驱动机构包括直线进给外壳和伺服直线驱动机构；所述伺服直线驱动机构安装于所述直线进给外壳内，并驱动所述缓冲机构直线运动；

所述缓冲机构包括缓冲外壳、缓冲器和力传感器；所述缓冲外壳与所述直线驱动机构的直线进给外壳滑动连接；所述缓冲器和力传感器串联连接于所述缓冲外壳与工作头驱动机构之间；

所述工作头驱动机构的主轴电机外壳与所述缓冲外壳滑动连接；

所述工作头驱动机构驱动所述工作头进行工作；

所述伺服直线驱动机构包括伺服电机、丝杆和丝杆螺母；

所述丝杆螺母安装于所述丝杆上，所述缓冲外壳安装于所述丝杆螺母上；所述伺服电机驱动安装于所述直线进给外壳内；所述伺服电机驱动所述丝杆转动，带动所述丝杆螺母移动，从而带动所述缓冲外壳滑动；

所述主轴电机外壳与缓冲外壳之间还连接有直线轴承、内套筒、外套筒和弹簧端盖；所述力传感器一端与所述主轴电机外壳通过球铰连接，另一端与所述内套筒通过球铰连接；所述内套筒穿入所述直线轴承内孔，所述直线轴承固定安装在所述外套筒内，所述内套筒借助所述直线轴承可沿相对所述外套筒直线运动；所述外套筒一端固定安装在所述缓冲外壳上，并与所述直线轴承同轴，另一端与所述弹簧端盖固定安装；作为缓冲器的弹簧一端通过销钉安装在弹簧端盖上，另一端通过销钉安装在内套筒上。

2.根据权利要求1所述的缓冲式接触力主动控制多用途作业设备，其特征在于：所述工作头驱动机构包括主轴、主轴电机和主轴电机外壳；

所述主轴电机安装于所述主轴电机外壳内，所述主轴与所述主轴电机的输出轴连接；所述工作头安装于所述主轴上。

3.根据权利要求2所述的缓冲式接触力主动控制多用途作业设备，其特征在于：所述直线进给外壳的未连接所述缓冲机构的一端设置有对接口。

4.根据权利要求3所述的缓冲式接触力主动控制多用途作业设备，其特征在于：所述缓冲外壳的外部均匀设置有凹槽；所述直线进给外壳的内壁上设置有与所述凹槽相配合的凸齿。

5.根据权利要求4所述的缓冲式接触力主动控制多用途作业设备，其特征在于：所述主轴电机外壳的外部均匀设置有凹槽；所述缓冲外壳的内壁上设置有与所述凹槽相配合的凸齿。

6.根据权利要求2所述的缓冲式接触力主动控制多用途作业设备，其特征在于：所述主轴与所述主轴电机之间通过联轴器或者直角连接块连接。

7.根据权利要求1所述的缓冲式接触力主动控制多用途作业设备，其特征在于：所述直线进给外壳的内部安装有两个极限限位行程开关及三个位置感应传感器。