CN106903613A - 双执行器驱动的柔性打磨恒力控制装置 - Google Patents

Abstract

一种双执行器驱动的柔性打磨恒力控制装置，包括底板，底板中部安装有主调机构和微调机构，在主调机构和微调机构的两侧设置有直线导轨，直线导轨上安装有滑块，主调机构和微调机构的活塞杆前端均连接有关节轴承，活塞杆与关节轴承之间设置有力传感器，关节轴承与连接架连接。该装置安装在工业机器人末端，工业机器人上的自动换刀电主轴通过夹持装置与其相连，自动换刀电主轴夹持打磨头对工件进行打磨，主调机构与微调机构快速响应，力传感器实时监测打磨力大小，通过闭环系统来精确保证打磨力控制，实现恒力控制。该装置通过主调机构可获得较大的力调节范围，通过微调机构进行微调，控制精度高，响应快，实现了柔顺打磨，提高了打磨质量。

Description

双执行器驱动的柔性打磨恒力控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于工业机器人的双执行器驱动的柔性打磨控制装置，属于打磨工具技术领域。

背景技术

随着制造业技术的不断发展，工业机器人凭借其高灵活性与适应性，逐渐替代传统机床进行机械加工，如打磨等。由于前序工序的误差累积，待进行打磨加工的零件自身尺寸往往不稳定，且边缘部分随机产生毛刺，使得零件的实际外形轮廓与数模不一致；同一批次零件的外形轮廓之间也可能存在较大的差别。除此之外，在打磨过程中的装夹误差与工业机器人自身精度也不可忽视。综上所述，零件在打磨过程中存在许多不确定因素，造成实际打磨轨迹与规划轨迹不一致，各个零件之间的打磨轨迹没有重复性。

如果采用刚性打磨进行加工，将无法保证零件的打磨质量，造成工件、刀具甚至机器人本体的损坏，严重影响了生产效率。目前常用的解决方案有两种：第一种是工业机器人各轴综合控制，即通过综合控制各个轴的运动，由机器人自身实现柔性运动带动刃具进行打磨；第二种是采用柔性打磨调整装置，即在工业机器人末端安装柔性打磨调整装置，由该装置实现柔性运动带动刃具进行打磨。由于第一种方案控制难度较大，多采用第二种方案。

但是现有柔性打磨调整装置存在力调控能力差、响应慢、调节精度不够高等问题。

发明内容

本发明针对现有柔性打磨技术存在的力调控能力差、响应慢、调节精度不够高的问题，提供一种可实现高精度、高可靠性、快速响应的双执行器驱动的柔性打磨恒力控制装置。

本发明的双执行器驱动的柔性打磨恒力控制装置，采用以下技术方案：

该柔性打磨调整装置，包括底板，底板中部安装有并列的主调机构和微调机构，底板上在主调机构和机构气缸的两侧设置有直线导轨，直线导轨上安装有滑块，主调机构和微调机构的活塞杆前端均连接有关节轴承，活塞杆与关节轴承之间设置有力传感器，关节轴承与连接架连接。

所述滑块上设置有支撑架，以改变运动方向，支撑执行件运动。

所述主调机构和微调机构的侧壁设置有位移传感器，以对活塞进行位移控制。

所述主调机构和微调机构采用气缸、液压缸或是电动缸。

在应用时，该装置安装在工业机器人末端，作为工业机器人与自动换刀电主轴的连接媒介，工业机器人上的刀具快换单元通过夹持装置与本发明装置相连。自动换刀电主轴夹持打磨头对工件进行打磨，主调机构与微调机构快速响应，力传感器反馈力信号，实时监测打磨力大小，作为反馈信号输入控制器，通过闭环系统来精确保证打磨力控制，实现恒力控制。

本发明，对比现有技术，具有以下有益效果：

使用该装置进行工作时，采用主调机构和微调机构进行双机构控制，通过主调机构可获得较大的力调节范围，通过微调机构进行微调，可获得较高的力调节精度。自动换刀电主轴能够带动打磨头对所打磨工件施加精确的作用力，该装置能够很好地解决同类装置打磨工件时力控制精度不够高、响应慢的问题，实现柔顺打磨，提高了打磨质量，达到高效稳定加工零件的目的。

附图说明

图1是本发明双执行器驱动的柔性打磨恒力控制装置的结构示意图。

图2是本发明的运动原理示意图。

其中：1.主调气缸，2.微调气缸，3.底板，4.支撑架，5.滑块，6.直线导轨，7.连接架架，8.关节轴承，9.力传感器，10.柔性打磨装置，11.自动换刀电主轴，12.夹持装置，13.打磨头。

具体实施方式

本发明的双执行器驱动的双执行器驱动的柔性打磨恒力控制装置，用于工业机器人对工件侧壁打磨加工，提高工件表面质量。

图1给出了本发明双执行器驱动的柔性打磨恒力控制装置的结构。包括底板3、直线导轨6、主调气缸1、微调气缸2和关节轴承8。底板3为基体，板面按照要求加工有不同孔形，用于气缸和直线导轨等部件的定位安装。主调气缸1与微调气缸2并列安装在底板3的中部，考虑空间问题气缸优选“单出型”，缸体固定，活塞运动。在打磨力调控过程中，主调气缸1实现大范围调控，微调气缸2实现精准调控。两个气缸均带有锁紧机构，可根据实际使用要求锁紧一个气缸实现单气缸控制。如果需要，可以在气缸侧壁增设与之相配的位移传感器，对活塞进行位移控制。

底板3上在主调气缸1和微调气缸2的两侧对称安装有直线导轨6，直线导轨6上安装有滑块5，为了增强结构稳定性，采用“单根导轨双滑块”方式。为了避免由于滑块5倒置使用造成滑动不畅，在滑块5上安装有呈C形的支撑架4，起到改变运动方向以及支撑执行件运动的作用。主调气缸1与微调气缸2的前端连接有关节轴承8，使用关节轴承8可兼容活塞杆的挠曲变形。关节轴承8与气缸活塞杆之间装有力传感器9，可实时监测力的变化，作为反馈信号传到控制系统实现闭环控制，两个气缸相互配合完成高精度打磨恒力柔性控制。关节轴承8通过螺栓与呈Z形的连接架7固连，活塞杆的运动通过连接架7实现运动的传递，带动自动换刀电主轴11运动。

主调气缸1与微调气缸2也可以由液压缸或是电动缸替代。

上述装置可高精度可实现单方向柔性打磨恒力控制。图2给出了本发明的运动原理示意图。工业机器人上的自动换刀电主轴11通过夹持装置12与本发明装置10上的支撑架4连接。支撑架4另一侧与滑块5连接，起支撑运动的作用。自动换刀电主轴11同时与连接架7连接。自动换刀电主轴11夹持打磨头13高速旋转，打磨头13对工件进行打磨。工业机器人带动整个装置沿工件侧壁按预定轨迹运行完成打磨。当工件轮廓尺寸有别于数模尺寸或有较大毛刺时，打磨头13受到的来自工件的反作用力会有所变化，该力会通过力传感器9测得并反馈给控制系统，控制系统经过运算驱动与主调气缸1和微调气缸2连接的电磁阀动作，通过主调气缸1与微调气缸2的综合作用，使打磨头13与工件侧壁的接触力(即打磨力)快速、精确趋向设定值。

控制系统通过驱动与两个气缸相连的电磁阀动作，实现主调气缸1与微调气缸2活塞杆的伸缩运动，活塞杆通过带动与之相连的关节轴承8及连接架7将运动传递给自动换刀电主轴11。自动换刀电主轴11通过夹持装置12与支撑架4相连，支撑架4与滑块5和直线导轨6共同构成了运动支撑装置。在连接架7带动自动换刀电主轴11运动时，运动支撑装置将同步运动，起到支撑运动的作用。

若将本发明看作一个模块，则单一模块可以实现单方向打磨力控制，如果需要沿轮廓法向与切向双向力控制，可将两个模块叠加安装达到要求。这种模块化可使本发明提高工艺系统的灵活性与适应性。

本发明的柔性打磨调整装置配合工业机器人进行零件打磨，通过双气缸的共同作用，精确、快速响应，完成打磨力控制，有效解决打磨过程中由于各种不确定因素造成打磨质量差、损伤零件、刀具寿命短等问题，为工厂提供了一种安全、稳定、高效的零件打磨方案。

Claims (4)

1.一种双执行器驱动的柔性打磨恒力控制装置，包括底板，其特征是：底板中部安装有并列的主调机构和微调机构，底板上在主调机构和微调机构的两侧设置有直线导轨，直线导轨上安装有滑块，主调机构和微调机构的活塞杆前端均连接有关节轴承，活塞杆与关节轴承之间设置有力传感器，关节轴承与连接架连接。

2.根据权利要求1所述的双执行器驱动的柔性打磨恒力控制装置，其特征是：所述滑块上设置有支撑架。

3.根据权利要求1所述的双执行器驱动的柔性打磨恒力控制装置，其特征是：所述主调机构和微调机构的侧壁设置有位移传感器。

4.根据权利要求1所述的双执行器驱动的柔性打磨恒力控制装置，其特征是：所述主调机构和微调机构采用气缸、液压缸或是电动缸。