CN105196296A - 一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统及方法，通过法兰与机械臂连接，包括下基座、上基座、空气弹簧、导向装置、位移传感器、压缩弹簧、直线运动球轴承、比例阀与空气压缩机。其通过比例阀实现对空气弹簧内的压强控制，将空气弹簧和压缩弹簧产生的合力施加在待打磨的工件与磨具的接触上，可以实现接触力的调节，可降低打磨过程中对工业机器人位置精度的要求，降低生产成本，提高产品质量，且该系统结构简单，便于控制，易于在打磨生产线上的推广。
Description
技术领域
本发明涉及力反馈系统领域，尤其涉及一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统及方法。
背景技术
近20年来，机器人为实现工业自动化提供了一种有效的经济手段，它被广泛应用于零件的去除毛刺、倒角和研磨精加工等领域。随着机器人在各个领域应用的日益广泛，许多场合要求机器人具有接触力的感知和控制能力，例如在机器人的精密装配、修刮或打磨工件表面、研磨和擦洗等操作过程中，要求保持其端部执行器与环境接触。所以机器人完成这些作业任务，必须具备这种基于力反馈的柔顺控制的能力。传统的机器人编程方式采用定义路径与速度的原理。也就是说，不论加工过程中受力大小，机器人的运行路径与速度始终保持预先所设的值。如果所设路径与零件的表面或尺寸不吻合，将立即产生质量问题，还可能损坏磨头。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种结构简单、控制方便的应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统及方法。
本发明第一方面提供一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统，通过法兰与机械臂连接，包括下基座、上基座、空气弹簧、导向装置、位移传感器、压缩弹簧、直线运动球轴承、比例阀与空气压缩机。
所述下基座与法兰连接；所述上基座与下基座相对设置，且与所述下基座形成一容置空间。
空气弹簧、导向装置、位移传感器错落分布于所述容置空间内；压缩弹簧与直线运动球轴承设于导向装置内；空气压缩机通过导气管与空气弹簧连接。
比例阀与空气弹簧连接，用于实现对空气弹簧内的压强控制。
进一步地，所述应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统还包括防尘套，其两端通过箍环分别固定在上基座与下基座上。
进一步地，所述导向装置包括导轨、导轨支架与导轨固定件，所述导轨与上基座固定连接，且可相对所述导轨支架运动，所述压缩弹簧裹附于所述导轨上；所述导轨支架与下基座固定连接，所述直线运动球轴承安装于导轨支架上。
所述导轨固定件用于与导轨连接固定所述压缩弹簧。
所述比例阀的出气口与所述空气弹簧相连，且所述比例阀包括给气用电磁阀、排气用电磁阀、压力传感器和控制板，所述压力传感器用于监测出气口的压强值。
所述控制板与位移传感器电连接，用于根据位移传感器返回的电信号给比例阀发送调压指令。
优选地，所述空气弹簧呈偏心放置于所述容置空间内，且与导向装置、位移传感器呈三角分布。
本发明第二方面提供一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈方法，包括以下步骤:
当工件与磨具发生接触时，上基座相对于下基座发生相对位移，位移传感器产生电信号，经过调节后发送给控制板；
控制板根据位移传感器反馈的电信号给比例阀发送调压指令，将压力值调大；
给气用电磁阀开启，排气用电磁阀关闭，空气压缩机通过导气管给空气弹簧供气；
空气弹簧伸长，带动上基座相对于下基座做偏离直线运动，由于导轨与上基座固定连接，导轨也相对导轨支架运动，直线运动球轴承被安装在导轨支架上以减小导轨运动时与导轨支架之间的摩擦力，此时的压缩弹簧开始受到挤压产生恢复力Fspring，位移传感器实时监测压缩弹簧的压缩量，施加在工件与磨具接触面上的接触力Fcontact为空气弹簧产生的驱动力Fp与压缩弹簧产生的恢复力Fspring之差；
接触力Fcontact分解成压力传感器和位移传感器的电信号传送给控制板，控制板将其与要求的力作比较，若相同，则保持此时的压强值不变；若不同，则需要根据它们之间的差值e继续调节压力；
重复以上过程直至差值e为零。
进一步地，当工件与磨具没有接触时，比例阀给空气弹簧提供一个合适的压力保证其气密封性良好。
优选地，压力传感器实时监测空气弹簧内的压强值。
基于上述技术方案的公开，本发明提供的所述应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统及方法通过比例阀实现对空气弹簧内的压强控制，将空气弹簧和压缩弹簧产生的合力施加在待打磨的工件与磨具的接触上，可以实现接触力的调节，可降低打磨过程中对工业机器人位置精度的要求，降低生产成本，提高产品质量，且该系统结构简单，便于控制，易于在打磨生产线上的推广。
附图说明
图1为本发明提供的一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统的原理图；
图2a为本发明提供的一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统的整体外观图；
图2b为本发明提供的一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统的内部结构图；
图2c为本发明提供的一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统中比例阀的安装位置示意图；
图3a为本发明提供的一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统中导向装置的爆炸视图；
图3b为本发明提供的一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统中导向装置的装配结构图；
图4为本发明提供的一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统中比例阀的动作原理图；
图5为本发明提供的一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统的控制原理图。
附图标号说明
法兰1、下基座2、比例阀3、空气弹簧4、位移传感器5、导向装置6、直线运动球轴承7、压缩弹簧8、上基座9、箍环10、防尘套11、空气压缩机12、导轨13、导轨支架14、卡子15.16、导轨固定件17、供气口SUP、排气口EXH、出气口OUT、给气用电磁阀31、排气用电磁阀32、压力传感器33、控制板34。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详述。
请参阅图1至图3，本发明提供一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统，通过法兰1与机械臂连接，包括下基座2、上基座9、空气弹簧4、导向装置6、位移传感器5、压缩弹簧8、直线运动球轴承7、比例阀3、防尘套11与空气压缩机12。
请参阅图2a及图2b，所述下基座2与法兰1连接，用于将所述应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统与机器人的机械臂连接；所述上基座9与下基座2相对设置，且与所述下基座2形成一容置空间。所述防尘套11其两端通过箍环10分别固定在上基座9与下基座2上。
请参阅图1及图2b，所述空气弹簧4、导向装置6、位移传感器5错落分布于所述容置空间内，理想状态下空气弹簧4应设于上下基座中心，但是为了布局更加合理，本实施例中，所述空气弹簧4呈偏心放置，且与导向装置6、位移传感器5呈三角分布；所述导向装置6内设有压缩弹簧8与直线运动球轴承7；所述空气压缩机12通过导气管与空气弹簧4连接。所述位移传感器5通过卡子(15、16)安装于所述下基座2上。
请参阅图3a及图3b并结合图1，所述导向装置6包括导轨13、导轨支架14与导轨固定件17，所述导轨13与上基座9固定连接，且可相对所述导轨支架14运动，所述压缩弹簧8裹附于所述导轨13上；所述导轨支架14与下基座2固定连接，所述直线运动球轴承7安装于导轨支架14上；所述导轨固定件17用于与导轨13连接固定所述压缩弹簧8。
请参阅图2c、图4、图5并结合图1，所述比例阀3中SUP表示供气口，EXH表示排气口，OUT表示出气口，出气口OUT与空气弹簧4相连，用于实现对空气弹簧4内的压强控制。所述比例阀3包括给气用电磁阀31、排气用电磁阀32、压力传感器33与控制板34，所述压力传感器33用于监测出气口OUT的压强值；所述控制板34与位移传感器5电连接，用于根据位移传感器5返回的电信号给比例阀3发送调压指令。
图5为所述应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统的控制原理图，其中A代表空气弹簧4的有效面积，k代表压缩弹簧的弹性系数，Fp代表空气弹簧4中气压产生的驱动力，其值为p□A，Fspring代表压缩弹簧产生的恢复力，其值为k□x，Fcontact表示实际的接触力，其值为Fp-Fspring，Frequired为实际打磨过程中要求的力，e为实际接触力与要求力之差，u为控制板根据e给比例阀3的调压信号。
打磨时，当工件与磨具没有接触时，比例阀3给空气弹簧4提供一个合适的压力保证其气密封性良好。当工件与磨具发生接触时，上基座9相对于下基座2发生相对位移，位移传感器5产生电信号，经过调节后发送给控制板34；控制板34根据位移传感器5反馈的电信号给比例阀3发送调压指令，将压力值调大；给气用电磁阀31开启，排气用电磁阀32关闭，空气压缩机12通过导气管给空气弹簧4供气，压力传感器33实时监测空气弹簧4内的压强值；空气弹簧4伸长，带动上基座9相对于下基座2做偏离直线运动，由于导轨13与上基座9固定连接，导轨13也相对导轨支架14运动，直线运动球轴承7被安装在导轨支架14上以减小导轨13运动时与导轨支架14之间的摩擦力，此时的压缩弹簧8开始受到挤压产生恢复力Fspring，位移传感器5实时监测压缩弹簧8的压缩量，施加在工件与磨具接触面上的接触力Fcontact为空气弹簧4产生的驱动力Fp与压缩弹簧8产生的恢复力Fspring之差；接触力Fcontact分解成压力传感器33和位移传感器5的电信号传送给控制板34，控制板34将其与要求的力作比较，若相同，则保持此时的压强值不变；若不同，则需要根据它们之间的差值e继续调节压力；重复以上过程直至差值e为零，确保打磨的质量。
综上，本发明提供的所述应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统及方法通过比例阀实现对空气弹簧内的压强控制，将空气弹簧和压缩弹簧产生的合力施加在待打磨的工件与磨具的接触上，可以实现接触力的调节，可降低打磨过程中对工业机器人位置精度的要求，降低生产成本，提高产品质量，且该系统结构简单，便于控制，易于在打磨生产线上的推广。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统，其特征在于，通过法兰与机械臂连接，包括下基座、上基座、空气弹簧、导向装置、位移传感器、压缩弹簧、直线运动球轴承与空气压缩机，其中：
下基座与法兰连接；
上基座与下基座相对设置，且与所述下基座形成一容置空间；
空气弹簧、导向装置、位移传感器错落分布于所述容置空间内；
压缩弹簧与直线运动球轴承设于导向装置内；
空气压缩机通过导气管与空气弹簧连接；还包括:
比例阀，与空气弹簧连接，用于实现对空气弹簧内的压强控制。
2.根据权利要求1所述的一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统，其特征在于，还包括防尘套，其两端通过箍环分别固定在上基座与下基座上。
3.根据权利要求1所述的一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统，其特征在于，所述导向装置包括导轨与导轨支架，所述导轨与上基座固定连接，且可相对所述导轨支架运动，所述压缩弹簧裹附于所述导轨上；所述导轨支架与下基座固定连接，所述直线运动球轴承安装于导轨支架上。
4.根据权利要求3所述的一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统，其特征在于，所述导向装置还包括导轨固定件，用于与导轨连接固定所述压缩弹簧。
5.根据权利要求1所述的一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统，其特征在于，所述比例阀的出气口与所述空气弹簧相连，且所述比例阀包括给气用电磁阀、排气用电磁阀、压力传感器和控制板，所述压力传感器用于监测出气口的压强值。
6.根据权利要求5所述的一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统，其特征在于，所述控制板与位移传感器电连接，用于根据位移传感器返回的电信号给比例阀发送调压指令。
7.根据权利要求1所述的一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统，其特征在于，所述空气弹簧呈偏心放置于所述容置空间内，且与导向装置、位移传感器呈三角分布。
8.一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈方法，包括如权利要求1至权利要求7所述的系统，其特征在于：
当工件与磨具发生接触时，上基座相对于下基座发生相对位移，位移传感器产生电信号，经过调节后发送给控制板；
控制板根据位移传感器反馈的电信号给比例阀发送调压指令，将压力值调大；
给气用电磁阀开启，排气用电磁阀关闭，空气压缩机通过导气管给空气弹簧供气；
空气弹簧伸长，带动上基座相对于下基座做偏离直线运动，由于导轨与上基座固定连接，导轨也相对导轨支架运动，直线运动球轴承被安装在导轨支架上以减小导轨运动时与导轨支架之间的摩擦力，此时的压缩弹簧开始受到挤压产生恢复力Fspring，位移传感器实时监测压缩弹簧的压缩量，施加在工件与磨具接触面上的接触力Fcontact为空气弹簧产生的驱动力Fp与压缩弹簧产生的恢复力Fspring之差；
接触力Fcontact分解成压力传感器和位移传感器的电信号传送给控制板，控制板将其与要求的力作比较，若相同，则保持此时的压强值不变；若不同，则需要根据它们之间的差值e继续调节压力；
重复以上过程直至差值e为零。
9.根据权利要求8所述的一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈方法，其特征在于，当工件与磨具没有接触时，比例阀给空气弹簧提供一个合适的压力保证其气密封性良好。
10.根据权利要求8所述的一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈方法，其特征在于，压力传感器实时监测空气弹簧内的压强值。
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151230 |