CN107498467B - 一种恒力浮动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒力浮动系统，涉及工业自动化设备技术领域，包括有控制器、恒力浮动单元、电动伺服阀和力传感器，恒力浮动单元可实现恒力作业，力传感器可检测恒力大小并传送给控制器，控制器主动调整或者根据传感器信息做出决策控制电动伺服阀以实现对输入到恒力浮动单元的流量控制来调节恒力大小。本发明既可以通过控制器预设程序对恒力浮动单元的恒力大小实行主动控制，也可以根据使用时的反馈来进行实时调节，能够实现多种情景的作业，可控程度高、调节速度快，特别有助于实现精确打磨、切割等工艺加工。

Description

一种恒力浮动系统

技术领域

本发明涉及工业自动化设备技术领域，尤其涉及一种恒力浮动系统。

背景技术

在工业生产过程中，打磨是很常见的工序。铸件（如铸铁、铸铝、铸钢）的飞边和浇口以及焊接件中间的焊缝常需要打磨。目前多数是靠人力打磨，费时费力，且现场工作环境差（如粉尘很大），安全事故时有发生，使得打磨工作人员的工作环境相当恶劣。如今，使用机器人或其它自动化设备进行打磨逐渐成为趋势。

机器轴承基本都是刚性轴承，打磨过程中无法实现轴向伸缩，因此无法保证打磨过程中对加工器件施以恒力，对打磨的精度有很大的影响。传统方式往往在打磨过程中在轴向施力以实现打磨。但由于待打磨器件的表面形状、位置以及打磨方式等不同，因此对打磨工具的径向力的把控也很重要。现有的机器轴承基本都是刚性轴承，少部分能实现恒力收缩的也是在轴向的恒力浮动，而对于径向力，往往只是一些径向的柔性调整，还无法实现径向的恒力，使得一些需要径向恒力的工艺操作难以完成或者完成的效率、完成后工件的精度等都难以达到要求。

现有的机器人或其它自动化设备进行打磨，往往需要控制整个系统来进行协调作业。由于待打磨器件结构复杂，因此对整个系统的控制也很困难，尤其需要实现恒力的打磨，由于缺少恒力器件，且恒力控制实施效果不好，使得工业上难以实现恒力的打磨。

发明内容

针对以上不足，本发明提供一种恒力浮动系统，能够从整体上实现对整个系统的控制，以实现精确的恒力加工。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种恒力浮动系统，包括有控制器、恒力浮动单元、电动伺服阀和力传感器，

所述恒力浮动单元包括有径向浮动单元和/或轴向浮动单元，其中，

所述径向浮动单元包括有气缸筒、活塞、万向轴承、支承筒、承力爪、支撑座和加力爪，所述气缸筒套设于所述活塞外部并与所述活塞形成一个气腔，所述气缸筒上设置有第三进气口，所述第三进气口与所述气腔相连通，所述支撑座固定连接于所述气缸筒的底端；所述万向轴承设置在所述支撑座的中心，所述万向轴承内配套装有与所述万向轴承相匹配的所述支承筒；所述承力爪与所述支承筒固定连接，所述加力爪与所述活塞固定连接，所述承力爪与所述加力爪相接触；所述万向轴承内设置有限位块，所述限位块使得所述万向轴承只能进行径向的摆动；

所述轴向浮动单元包括有浮动轴、恒压外缸体、恒压内缸体和浮动活塞：所述恒压内缸体和浮动活塞分别套设于所述浮动轴的外部，所述恒压外缸体套设于所述恒压内缸体和浮动活塞的外部，所述恒压外缸体和恒压内缸体之间形成一腔室，所述浮动活塞一端与所述浮动轴固定连接，另一端位于所述腔室内并将所述腔室分隔为第一腔室和第二腔室，所述恒压外缸体的侧壁上设置有第一进气口和第二进气口，所述第一进气口与所述第一腔室相连通，所述第二进气口与所述第二腔室相连通；

所述力传感器设置于所述径向浮动单元和/或轴向浮动单元上，用于测量所述支承筒的径向力和/或所述浮动轴的轴向力；

所述电动伺服阀与所述径向浮动单元的第三进气口和/或与所述轴向浮动单元的第一进气口和/或第二进气口相连通，用于给所述径向浮动单元和/或轴向浮动单元提供气流；

所述控制器分别与所述力传感器和所述电动伺服阀相连，用于接收所述力传感器的测量信号并控制所述电动伺服阀。

作为本发明的一种改进，所述电动伺服阀包括有伺服电机、阀体和阀芯，所述伺服电机的输出轴与所述阀芯的一端固定连接，所述阀芯位于所述阀体内；

所述阀芯在周向上开设有第一通气凹槽，所述阀体上在过所述第一通气凹槽的横截面的位置上设置有第一伺服阀进气口和第一伺服阀出气口，在所述阀芯转至一定角度时，所述第一伺服阀进气口、第一通气凹槽和第一伺服阀出气口相连通。

作为本发明的一种改进，所述气缸筒的一端内侧套设有套筒，所述套筒位于所述气缸筒与所述活塞之间，所述套筒、气缸筒和活塞之间形成所述气腔；所述气缸筒和活塞之间和/或所述套筒和活塞之间设置有线性轴承；所述气缸筒和活塞之间设置有线性轴承。

作为本发明的一种改进，所述支承筒一端固定设置有延长筒，所述支承筒一端固定设置有延长筒，所述延长筒和支承筒为空心筒状结构。

作为本发明的一种改进，所述浮动轴为空心筒状结构，所述恒压内缸体端面开孔。

作为本发明的一种改进，当所述恒力浮动单元包括有径向浮动单元时，所述延长筒和/或支承筒上设置有配重块用于实现所述延长筒、支承筒和配重块以及固定在所述延长筒和支承筒上的外部器件所成的结构的重心与所述万向轴承的转动中心相重叠；当所述恒力浮动单元包括有径向浮动单元和轴向浮动单元时，所述延长筒和/或支承筒和/或轴向浮动单元上设置有配重块用于实现所述延长筒、支承筒、配重块和轴向浮动单元以及固定在所述延长筒和支承筒上的外部器件所成的结构的重心与所述万向轴承的转动中心相重叠。

作为本发明的一种改进，所述浮动轴和恒压内缸体之间设有直线导向机构，所述直线导向机构使得所述浮动轴和恒压内缸体之间只能进行轴向的直线运动；所述直线导向机构包括：设于所述浮动轴的外表面上的第一滑槽、设于所述恒压内缸体的内表面且与所述第一滑槽位置相对的第二滑槽以及设于所述第一滑槽和第二滑槽内的多个滚动体。

作为本发明的一种改进，所述恒力浮动单元包括用于测量所述活塞位移量的位移传感器和/或用于测量所述浮动轴位移量的位移传感器和/或用于测量所述恒力浮动单元倾斜度的倾角传感器。

作为本发明的一种改进，所述阀芯在周向上还开设有第二通气凹槽，所述阀体上在过所述第二通气凹槽的横截面的位置上设置有第二伺服阀进气口和第二伺服阀出气口，所述阀体上开设有进气总槽，所述第一伺服阀进气口和第二伺服阀进气口的端口同时位于所述进气总槽的槽底；在所述阀芯转至一定角度时，所述第二伺服阀进气口、第二通气凹槽和第二伺服阀出气口相连通；且当所述第二伺服阀进气口、第二通气凹槽和第二伺服阀出气口相连通时，所述第一伺服阀进气口、第一通气凹槽和第一伺服阀出气口不连通，当所述第一伺服阀进气口、第一通气凹槽和第一伺服阀出气口相连通时，所述第二伺服阀进气口、第二通气凹槽和第二伺服阀出气口不连通。

作为本发明的一种改进，所述阀芯在周向上开设有第一泄气凹槽和第二泄气凹槽，

所述阀体上在过所述第一泄气凹槽的横截面的位置上设置有第一大气通口和第一泄气口，在所述阀芯转至一定角度时，所述第一大气通口、第一泄气凹槽和第一泄气口相连通；所述阀体上开设有第一出气槽，所述第一伺服阀出气口和第一泄气口的端口同时位于所述第一出气槽的槽底；

所述阀体上在过所述第二泄气凹槽的横截面的位置上设置有第二大气通口和第二泄气口，在所述阀芯转至一定角度时，所述第二大气通口、第二泄气凹槽和第二泄气口相连通；所述阀体上开设有第二出气槽，所述第二伺服阀出气口和第二泄气口的端口同时位于所述第二出气槽的槽底；

当所述第一伺服阀进气口、第一通气凹槽和第一伺服阀出气口相连通时，所述第二大气通口、第二泄气凹槽和第二泄气口相连通，所述第一大气通口、第一泄气凹槽和第一泄气口不连通；当所述第二伺服阀进气口、第二通气凹槽和第二伺服阀出气口相连通时，所述第一大气通口、第一泄气凹槽和第一泄气口相连通，所述第二大气通口、第二泄气凹槽和第二泄气口不连通。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明具有恒力浮动单元，恒力浮动单元包括有径向浮动单元和/或轴向浮动单元，轴向浮动单元能够实现轴向的恒力浮动，径向浮动单元能够实现径向的恒力浮动，以实现一种恒力的柔性的打磨加工，其能够很人性化地吸收机械加工的路径与被加工毛坯材料的曲线偏差，使得安装在本发明的打磨器件等可以非常灵活的沿着被加工毛坯表面运转以实现打磨等工艺；

2、电动伺服阀通过伺服电机驱动以及阀体和阀芯来实现流量以及气路控制，能够实现高动作灵敏度、优异的流量调节动态性能以及气压调节以及气路换路一体化等性能，从而能够与恒力浮动单元精确配合以实现精确地气流控制从而保证恒力浮动单元的恒力浮动；

3、力传感器测量恒力浮动单元的恒力大小并反馈给控制器，控制器控制并调节电动伺服阀以实现电动伺服阀的流量控制，通过这种实时控制，结合电动伺服阀反应快的优点，能够实现电动伺服阀的快速反应以实现气流的快速调节；

4、本发明既可以通过控制器预设程序对恒力浮动单元的恒力大小实行主动控制，也可以根据使用时的反馈来进行实时调节。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的连接示意图；

图2为轴向浮动单元的结构示意图；

图3为法兰、力传感器、位移传感器和倾角传感器在轴向浮动单元上的位置示意图；

图4为电动伺服阀的结构示意图；

图5为图4中的电动伺服阀的实施例的主视图；

图6为图4中的电动伺服阀的俯视图；

图7为图4中的电动伺服阀的爆炸图；

图8为图4中的电动伺服阀的截面图；

图9为电动伺服阀具体的实施例的示意图；

图10为图9中的电动伺服阀在特定角度的剖视图；

图11为图9中的电动伺服阀在特定角度的剖视图；

图12为图9中的电动伺服阀在特定角度的剖视图；

图13为控制器的结构示意图；

图14为径向浮动单元的结构示意图；

图15为打磨头、力传感器和配重块在径向浮动单元上的位置示意图；

图16为径向浮动单元和轴向浮动单元的连接示意图。

其中，图中所示标记为：1：气缸筒；2：活塞；3：万向轴承；4：支承筒；5：承力爪；6：支撑座；7：加力爪；8：气腔；9：第三进气口；10：套筒；11：浮动轴；12：恒压外缸体；13：恒压内缸体；14：浮动活塞；15：第一腔室；16：第二腔室；17：第一进气口；18：第二进气口；19：线性轴承；20：延长筒；21：配重块；22：滚动体；23：位移传感器；24：限位块；25：打磨头；26：力传感器；27：控制器；28：倾角传感器；29：恒力浮动单元；30：触摸屏；31：传感器接口；32：伺服阀接口；33：法兰；100：电动伺服阀；110：伺服电机；120：阀体；130：阀芯；140：进气总槽；150：第一出气槽；160：第二出气槽；170：滚动轴承；180：连接件；121：第一伺服阀进气口；122：第一伺服阀出气口；123：第二伺服阀进气口；124：第二伺服阀出气口；125：第一大气通口；126：第一泄气口；127：第二大气通口；128：第二泄气口；131：第一通气凹槽；132：第二通气凹槽；133：第一泄气凹槽；134：第二泄气凹槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参照图1至图13，本发明提供一种恒力浮动系统，包括有控制器27、恒力浮动单元29、电动伺服阀100和力传感器26。

请参照图2，恒力浮动单元29为轴向浮动单元，轴向浮动单元包括有浮动轴11、恒压外缸体12、恒压内缸体13和浮动活塞14：恒压内缸体13和浮动活塞14分别套设于浮动轴11的外部，恒压外缸体12套设于恒压内缸体13和浮动活塞14的外部，恒压外缸体12和恒压内缸体13之间形成一腔室，浮动活塞14一端与浮动轴11固定连接，另一端位于腔室内并将腔室分隔为第一腔室15和第二腔室16，恒压外缸体12的侧壁上设置有第一进气口17和第二进气口18，第一进气口17与第一腔室15相连通，第二进气口18与第二腔室6相连通。

工作时，通过轴向浮动单元的第一进气口17或者第二进气口18向第一腔室15或者第二腔室16内充气，当通过第一进气口17向第一腔室15内充气时，浮动活塞14受气流作用向第二腔室16方向移动，由于浮动活塞14与浮动轴11固定连接，因此浮动活塞14带动浮动轴11一起运动，浮动轴11处于伸出的状态。当第一腔室15输入的气流一定时，浮动活塞14受力一定，因此通过浮动活塞14传递给浮动轴11的力是恒定的，即所说的轴向恒力浮动。当通过第二进气口18向第二腔室16内充气时，浮动活塞14受气流作用向第一腔室15方向移动，浮动活塞14带动浮动轴11一起运动，浮动轴11处于缩入的状态。当第二腔室16输入的气流一定时，浮动活塞14受力一定，因此通过浮动活塞14传递给浮动轴11的力也是恒定的。值得注意的是，由于浮动活塞14可在恒压外缸体12和恒压内缸体13形成的腔室内活动，因此第一腔室15和第二腔室16的界线并没有明显的界定。另外，还值得注意的是，浮动活塞14与恒压外缸体12并不一定是完全绝密的，因此当第一进气口17向第一腔室15内充气时，气体也可通过浮动活塞14与恒压外缸体12之间的缝隙以及第二进气口18排出；当第二进气口18向第二腔室16内充气时，气体也可通过浮动活塞14与恒压外缸体12之间的缝隙以及第一进气口17排出。通过上述的设置，可实现在轴向恒力浮动，这个恒力，可以是工作时对工件恒定下压的力，也可以是对工件恒定上拉的力，不管是哪种恒力，都能实现对加工器件的轴向恒力作用，从而起到恒力作用、保护器件、提高精度的目的。

进一步地，浮动轴11和恒压内缸体13之间设有直线导向机构，直线导向机构使得浮动轴11和恒压内缸体13之间只能进行轴向的直线运动。优选的，直线导向机构包括：设于浮动轴11的外表面上的第一滑槽、设于恒压内缸体13的内表面且与第一滑槽位置相对的第二滑槽以及设于第一滑槽和第二滑槽内的多个滚动体22。优选的，第一滑槽和第二滑槽为圆形滑槽，滚动体22为球体，优选为钢球，圆形滑槽以及钢球的设计均可以降低滚动体22与第一滑槽和第二滑槽的内壁摩擦，增加轴向恒力浮动装置的使用寿命。通过这种优选的设计，既能进一步限制浮动轴11只能进行轴向的直线运动，且保证了轴向的直线运动的流畅性。

浮动轴11为中空筒状结构，恒压内缸体13端面的中心开孔。在具体实施时，浮动轴11或恒压内缸体13上根据使用需求可能会安装、固定有外部器件，如动力源、打磨头等。浮动轴11为空心筒状结构以及恒压内缸体13端面开孔，可将这些外部器件分别安置于两头，如将动力源安装于恒压内缸体13一端，打磨头安装于浮动轴11一端，此时动力源的输出轴可通过浮动轴11和恒压内缸体13端面的开孔延伸至浮动轴11一端，给浮动轴11上的打磨头提供动力。当然，外部器件也可以集中安装固定于浮动轴11一头。

请参照图3，力传感器26设置于轴向浮动单元上，用于测量浮动轴11的轴向力。恒压内缸体13端面上安装有力传感器26和倾角传感器28。力传感器26用于检测实际的打磨力，倾角传感器28用于测量轴向浮动单元相对于水平面的倾斜角度。浮动轴11、浮动活塞14以及其它连接在两者上的部件的重量是轴向力的一部分。本发明处于不同倾角时，这些重量对浮动轴11轴向的分力不同。通过倾角传感器28测量轴向浮动单元的倾斜角度，即可获得重量对轴向力的影响，最终使得可以调节第一腔室15或第二腔室16内的压力来保证本发明在不同姿态下始终保持浮动轴11的轴向的恒力。力传感器26可以监控实际的打磨力，并反馈给控制器27以调节第一腔室15和第二腔室16的气压，以保持浮动轴11的轴向的恒力。

请参照图3，轴向浮动单元还包括用于测量浮动轴11位移量的位移传感器23。浮动轴11在连接有浮动活塞14的一端设置有连接件，恒压外缸体12的侧面上设置有斜面，位移传感器23的一端固定连接于连接件上，本实施例中连接件为法兰33，即位移传感器23的一端的通过法兰33固定连接于浮动轴11上，另一端活动连接于所述恒压外缸体12的斜面上，位移传感器23为应变式位移传感器，通过位移传感器23活动端的变化来实现位移的测量。

请参照图4至图8，电动伺服阀100包括有伺服电机110、阀体120和阀芯130，伺服电机110的输出轴与阀芯130的一端固定连接，阀芯130位于阀体120内；

阀芯130在周向上开设有第一通气凹槽131，阀体120上在过第一通气凹槽131的横截面的位置上设置有第一伺服阀进气口121和第一伺服阀出气口122，在阀芯130转至一定角度时，第一伺服阀进气口121、第一通气凹槽131和第一伺服阀出气口122相连通。

伺服电机110通过连接件180与阀体120连接，具体为连接件180通过螺栓连接方式与阀体120固定连接，然后伺服电机110通过螺栓连接方式与连接件180固定连接。连接件180中心开设有通孔以让阀芯130通过。阀芯130位于阀体120内，具体为阀体120内开设有镂空，阀芯130外壁与该镂空部分相匹配。

实施时，通过伺服电机110控制阀芯130转动，当阀芯130转至一定角度时，第一进气口121、第一通气凹槽131和第一出气口122相连通，此时可实现气流从第一进气口121进入、从第一出气口122排出以实现气流控制的目的。第一通气凹槽131开设于阀芯130的周向上，因此可通过调节阀芯130角度，来实现第一通气凹槽131和第一进气口121的连通通道截面面积，即第一通气凹槽131和第一进气口121的连通通道截面面积大，气流通量大，第一通气凹槽131和第一进气口121的连通通道截面面积小，气流通量小，因此可通过调节阀芯130角度来控制第一通气凹槽131和第一进气口121的连通通道截面面积以达到气流流量精确控制和优异的流量调节的目的。

请参照图4至图8，阀芯130在周向上还开设有第二通气凹槽132，阀体120上在过第二通气凹槽132的横截面的位置上设置有第二进气口123和第二出气口124，在阀芯130转至一定角度时，第二进气口123、第二通气凹槽132和第二出气口124相连通；且当第二进气口123、第二通气凹槽132和第二出气口124相连通时，第一进气口121、第一通气凹槽131和第一出气口122不连通，当第一进气口121、第一通气凹槽131和第一出气口122相连通时，第二进气口123、第二通气凹槽132和第二出气口124不连通。第二进气口123、第二通气凹槽132和第二出气口124地工作原理与第一进气口121、第一通气凹槽131和第一出气口122的工作原理相同，均是在芯130转至一定角度时导通以实现气流通过，且同样通过阀芯130角度来实现气流流量精确控制和优异的流量调节。第二进气口123、第二通气凹槽132和第二出气口124以及第一进气口121、第一通气凹槽131和第一出气口122没有同时导通的设置，能够实现气路换路。

请参照图4至图8，阀体120上开设有进气总槽140，第一进气口121和第二进气口123的端口同时位于进气总槽140的槽底。实施时，可通过外部进气管路直接与进气总槽140，然后再从进气总槽140分流到第一进气口121或第二进气口123，可实现一个外部进气管路进气。

请参照图4至图8，阀芯130在周向上开设有第一泄气凹槽133和第二泄气凹槽134，

阀体120上在过第一泄气凹槽133的横截面的位置上设置有第一大气通口125和第一泄气口126，在阀芯130转至一定角度时，第一大气通口125、第一泄气凹槽133和第一泄气口126相连通；阀体120上开设有第一出气槽150，第一出气口122和第一泄气口126的端口同时位于第一出气槽150的槽底；

阀体120上在过第二泄气凹槽134的横截面的位置上设置有第二大气通口127和第二泄气口128，在阀芯130转至一定角度时，第二大气通口127、第二泄气凹槽134和第二泄气口128相连通；阀体120上开设有第二出气槽160，第二出气口124和第二泄气口128的端口同时位于第二出气槽160的槽底；

当第一进气口121、第一通气凹槽131和第一出气口122相连通时，第二大气通口127、第二泄气凹槽134和第二泄气口128相连通，第一大气通口125、第一泄气凹槽133和第一泄气口126不连通；当第二进气口123、第二通气凹槽132和第二出气口124相连通时，第一大气通口125、第一泄气凹槽133和第一泄气口126相连通，第二大气通口127、第二泄气凹槽134和第二泄气口128不连通。

在现有的阀门控流设备中，不仅仅需要进行气流流量控制、气路切换，还需要同时进行气压调节。现有技术中往往是同时使用换向阀以及气压阀来实现气流流量控制、气路切换以及气压调节。但是同时使用两种设备，一方面成本较高，另一方面也不利于器件的集成以及器件间的互相配合。

本优选的实施例中，第一大气通口125、第一泄气凹槽133和第一泄气口126以及第二大气通口127、第二泄气凹槽134和第二泄气口128的设置，即为了仅使用本实施提供的电动伺服阀100就能实现气流流量控制、气路切换以及气压调节。具体实施时，第一出气槽150和第二出气槽160分别通过管路与待送气器件相连接；当阀芯130转至一定角度，此时第一进气口121、第一通气凹槽131和第一出气口122相连通，第二进气口123、第二通气凹槽132和第二出气口124不连通，第二大气通口127、第二泄气凹槽134和第二泄气口128相连通，第一大气通口125、第一泄气凹槽133和第一泄气口126不连通，因此可通过第一进气口121、第一通气凹槽131和第一出气口122向待送气器件送气（即起到流量控制的功能），而待送气器件又通过管道与第二大气通口127、第二泄气凹槽134和第二泄气口128相连通，又可实现排气（即起到气压调节的功能）；当阀芯130转至另外一定角度，此时第二进气口123、第二通气凹槽132和第二出气口124相连通，第一进气口121、第一通气凹槽131和第一出气口122不连通，第一大气通口125、第一泄气凹槽133和第一泄气口126相连通，第二大气通口127、第二泄气凹槽134和第二泄气口128不连通，因此可通过第二进气口123、第二通气凹槽132和第二出气口124向待送气器件送气（即起到流量控制的功能），而待送气器件又通过管道与第一大气通口125、第一泄气凹槽133和第一泄气口126相连通，又可实现排气（即起到气压调节的功能）；而通过这些进气、排气通道的转换，还实现了气路切换的功能。

请参照图4至图8，阀芯130的前端和后端通过滚动轴承170与阀体120相连接固定。滚动轴承170的设置一方面能够保证阀芯130转动的平稳、减少与阀体120的摩擦，另一方面也可以保证阀芯130能保持轴心转动以保证阀芯130与阀体120的致密配合。

请参照图9至图12，对电动伺服阀在A-A、B-B、C-C和D-D四个面上进行剖切，得到四个位置的剖视图。

图10为阀芯130在一特定角度下的A-A、B-B、C-C和D-D四个位置的剖视图，此时第一进气口121、第一通气凹槽131和第一出气口122不连通，第二进气口123、第二通气凹槽132和第二出气口124不连通，第二大气通口127、第二泄气凹槽134和第二泄气口128不连通，第一大气通口125、第一泄气凹槽133和第一泄气口126不连通，我们假设该角度为0°。

当阀芯130在0°下顺时针旋转80°时，如图11所示，此时第二进气口123、第二通气凹槽132和第二出气口124相连通，第一进气口121、第一通气凹槽131和第一出气口122不连通，第一大气通口125、第一泄气凹槽133和第一泄气口126相连通，第二大气通口127、第二泄气凹槽134和第二泄气口128不连通，此时可通过第二进气口123、第二通气凹槽132和第二出气口124向待送气器件送气（即起到流量控制的功能），而待送气器件又通过管道与第一大气通口125、第一泄气凹槽133和第一泄气口126相连通，又可实现排气（即起到气压调节的功能）。

当阀芯130在0°下逆时针旋转80°时，如图12所示，此时第一进气口121、第一通气凹槽131和第一出气口122相连通，第二进气口123、第二通气凹槽132和第二出气口124不连通，第二大气通口127、第二泄气凹槽134和第二泄气口128相连通，第一大气通口125、第一泄气凹槽133和第一泄气口126不连通，因此可通过第一进气口121、第一通气凹槽131和第一出气口122向待送气器件送气（即起到流量控制的功能），而待送气器件又通过管道与第二大气通口127、第二泄气凹槽134和第二泄气口128相连通，又可实现排气（即起到气压调节的功能）。

电动伺服阀100与轴向浮动单元的第一进气口17和第二进气口18相连通，用于给轴向浮动单元提供气流。具体为第一进气口17和第二进气口18分别通过输气管路与第一出气槽150和第二出气槽160相连通。因为浮动活塞14与恒压外缸体12并不一定是完全绝密的，因此当第一进气口17向第一腔室15内充气时，气体也可通过浮动活塞14与恒压外缸体12之间的缝隙以及第二进气口18排出；当第二进气口18向第二腔室16内充气时，气体也可通过浮动活塞14与恒压外缸体12之间的缝隙以及第一进气口17排出。根据上述对电动伺服阀100的具体结构以及功能的阐述可知，使用电动伺服阀100来进行气流提供，可实现轴向浮动单元的流量控制以及气压调节。

请参照图1，控制器27分别与力传感器26和电动伺服阀100相连，用于接收力传感器26的测量信号并控制电动伺服阀100。请参照图13，控制器27外部包括有触摸屏30、传感器接口31和伺服阀接口32，内部设置有用户交互模块、信号采集模块、伺服阀控制模块和分析及决策模块。用户交互模块包括触摸屏30、I/O、通信接口等，用户通过用户交互模块输入控制指令和参数，也可获得恒力浮动系统信息。信号采集模块与传感器接口31相连，用于采集力传感器26的信号。伺服阀控制模块与伺服阀接口32相连用于控制电动伺服阀100。分析及决策模块用于综合分析所有信号，发出控制指令，维持轴向浮动单元的轴向力恒定。实施时，如使用本发明进行打磨，则在浮动轴11上固定安装打磨头，打磨时，打磨头与待打磨器件接触，会受一（多）个力的作用（这个力会被力传感器26检测到并传送给控制器27），此时浮动轴11会有轴向运动的趋势（若浮动轴11运动时，浮动轴11位移量会被位移传感器23检测到并传送给控制器27），因此通过力传感器26和位移传感器23检测到的信号，可由控制器27做出调整，通过控制电动伺服阀100来实现对第一进气口17和/或第二进气口18的气流流量控制，通过气流控制来实现浮动轴11的轴向力恒定，以实现恒力打磨。当然，本发明也可以主动控制电动伺服阀100来实现对第一进气口17和/或第二进气口18的气流流量控制，恒力打磨。

实施例2

本实施例提供一种恒力浮动系统，与实施例1不同的是，本实施例中恒力浮动单元29为径向浮动单元。

请参照图14，径向浮动单元包括有气缸筒1、活塞2、万向轴承3、支承筒4、承力爪5、支撑座6和加力爪7，气缸筒1套设于活塞2外部并与活塞2形成一个气腔8，气缸筒1上设置有第三进气口9，第三进气口9与气腔8相连通，支撑座6固定连接于气缸筒1的底端；万向轴承3设置在支撑座6的中心，万向轴承3内配套装有与万向轴承3相匹配的支承筒4；承力爪5与支承筒4固定连接，加力爪7与活塞2固定连接，承力爪5与加力爪7相接触；万向轴承3内设置有限位块24，限位块24使得万向轴承3只能进行径向的摆动。

工作时，外部的打磨头25等安装于支承筒4上，外部的打磨头25等所受径向力（设为F1）使得支承筒4绕万向轴承3的转动中心摆动偏向一侧。F1所产生的摆动力矩M1=F1×L1（L1为力臂）。气腔8内有气体，活塞2承受气体压力（设为F2），F2传递给加力爪7并作用于承力爪5，阻止支承筒4绕万向轴承3的转动中心摆动。F2产生的阻力矩M2=F2×L2（L2为力臂）。当M1=M2时，浮动装置受力平衡，万向轴承3不摆动，此时F1= F2×L2 / L1。浮动装置摆动的过程中，若摆动幅度不大，L1、L2变化也不大，在工程上可认为是恒力浮动。同时，通过调节气腔8内的气压大小也能调节装置径向恒力的大小。径向浮动单元，能使打磨压力始终恒定，以实现径向的恒力浮动打磨加工。能够很人性化地吸收机械加工的路径与被加工毛坯材料的曲线偏差，使得安装在本发明的打磨器件等可以非常灵活的沿着被加工毛坯表面运转以实现打磨等工艺。

请参照图14，气缸筒1的一端内侧套设有套筒10，套筒10位于气缸筒1与活塞2之间，套筒10、气缸筒1和活塞2之间形成气腔8。套筒10的设置可以气缸筒1和活塞2的调整，如气缸筒1和活塞2致密性的调整、气缸筒1和活塞2相互作用力的调整以及气缸筒1和活塞2相互运动关系的调整等。进一步地，请参照图14，气缸筒1和活塞2之间和套筒10和活塞2之间设置有线性轴承19；气缸筒1和活塞2之间设置有线性轴承11。当支承筒4承受径向力时，万向轴承3摆动，在承力爪5、加力爪7作用下，活塞2会对气缸筒1和套筒10施以一定的侧向力，该侧向力与活塞2与气缸筒1和套筒10的互相运动轨迹并不平行，因此会使得活塞2与气缸筒1之间以及活塞2与套筒10之间容易造成磨损，不利于装置的使用。线性轴承19可以用来承受侧向力，降低活塞2与气缸筒1之间以及活塞2与套筒10之间的磨损，利于活塞2与气缸筒1和套筒10的互相运动。

用于测量活塞2偏移量的位移传感器23一端与气缸筒1固定连接，另一端与活塞2或者活塞2上固定连接的平板、法兰等固定连接或者活动连接。假设向气腔8充入的气体流量一定，则活塞2所受力一定，因此当知道活塞2的位置（位移量）。力传感器26安装于支承筒4一端用以测量径向力。

请参照图14和图15，支承筒4一端设置固定设置有延长筒20，延长筒20有助于安装、固定外部器件。延长筒20和支承筒4为空心筒状结构。在具体实施时，延长筒20和/或支承筒4上根据使用需求可能会安装、固定有外部器件，如动力源、打磨头25等。延长筒20和支承筒4为空心筒状结构，可将这些外部器件分别安置于两头，如将动力源安装于延长筒20一端，打磨头25安装于支承筒4一端，此时动力源的输出轴可通过延长筒20和支承筒4中空的内部延伸至支承筒4一端，给打磨头25等提供动力。当然，外部器件也可以集中安装固定于延长筒20或支承筒4一头。

本实施例在具体使用时会以不同的角度使用，因此延长筒20和支承筒4以及延长筒20和支承筒4上安装的各种器件（如轴向浮动单元、动力源、力传感器26、打磨头25以及安装这些器件所必需的零部件等）所具有的重力可能会对支承筒4及其上器件所受的径向作用力有一定影响，即这些重力可能会加重或者抵消一定的径向力，使得对待打磨器件的径向力大小并不一定为理想的、预设的大小。本发明中，可根据实际需要在延长筒20和/或支承筒4上设置有配重块21用以实现延长筒20、支承筒4、配重块21以及固定在延长筒20和支承筒4上的外部器件所成的结构的重心与万向轴承3的转动中心相重叠。在具体实施时，延长筒20或支承筒4上根据使用需求会安装、固定有外部器件，外部器件自带的重力可能会影响延长筒20、支承筒4以及固定在延长筒20和支承筒4上的外部器件所成的结构的重心，因此通过在延长筒20和/或支承筒4上添加配重块21，来调整延长筒20、支承筒4、配重块21以及固定在延长筒20和支承筒4上的外部器件所成的结构的重心与万向轴承3的转动中心相重叠，通过这种设计，能使得延长筒20和支承筒4以及延长筒20和支承筒4上安装的各种器件所具有的重力互相抵消、互相弥补，从而消除重力对径向力的影响，使得对待打磨器件的径向力大小与预设的大小一致。本优选的实施例中，请参照图15，力传感器26上装配有一个打磨头25，延长筒20上装配有一个配重块21。在值得注意的是，本优选的实施所示的配重块21的位置关系以及样式，只是一种优选的示例，具体实施时，可根据具体的使用情况来具体设置（位置以及样式）。

电动伺服阀100与径向浮动单元的第三进气口9相连通，用于给径向浮动单元提供气流。具体为第三进气口9通过输气管路第一出气槽150或第二出气槽160相连通，通过控制电动伺服阀100可实现对进入气腔8的气流流量的控制。实施时，如使用本实施例进行打磨，则在支承筒4上（之间有力传感器26）固定安装打磨头25，打磨时，打磨头25与待打磨器件接触，会受一（多）个力的作用（这个力会被力传感器26检测到并传送给控制器27），此时支承筒4会有径向摆动的趋势，因此通过力传感器26检测到的信号，可由控制器27做出调整，通过控制电动伺服阀100来实现对第三进气口9的气流流量控制，通过气流控制来实现支承筒4的径向力恒定，以实现恒力打磨。当然，本发明也可以主动控制电动伺服阀100来实现对第三进气口9的气流流量控制，恒力打磨。

实施例3

请参照图16，本实施例提供一种恒力浮动系统，与实施例1和实施例2不同的是，本实施例中恒力浮动单元29包括有轴向浮动单元和径向浮动单元，轴向浮动单元和径向浮动单元的具体连接关系为轴向浮动单元的浮动轴11通过法兰33等连接件固定安装于径向浮动单元的侧壁上。当然，本发明中轴向浮动单元和径向浮动单元的位置关系以及连接关系还有其他的样式，本实施例只是其中一种样式。电动伺服阀100有两个，分别给轴向浮动单元和径向浮动单元提供气流，电动伺服阀100的结构请参照实施例1。轴向浮动单元和径向浮动单元的具体结构以及其上的各部件的结构请分别参照实施例1和实施例2对轴向浮动单元和径向浮动单元的结构以及其上的各部件的结构的具体描述与限定。

实施时，如使用本实施例进行打磨，则在支承筒4上固定安装打磨头25（之间有一个力传感器26），打磨时，打磨头25与待打磨器件接触，会受一（多）个力的作用（径向力会被径向浮动单元上的力传感器26检测到，轴向力会被轴向浮动单元上的力传感器26检测到，并传送给控制器27），此时支承筒4会有径向摆动的趋势以及浮动轴11会有轴向运动的趋势，因此通过力传感器26检测到的信号，可由控制器27做出调整，通过控制电动伺服阀100来实现对第三进气口9和第一进气口17或第二进气口18的气流流量控制，通过气流控制来实现支承筒4的径向力恒定和轴向力恒定，以实现恒力打磨。当然，本发明也可以主动控制电动伺服阀100来实现对第三进气口9和第一进气口17或第二进气口18的气流流量控制，恒力打磨。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种恒力浮动系统，包括有控制器（27）、恒力浮动单元（29）、电动伺服阀（100）和力传感器（26），其特征在于：

所述恒力浮动单元（29）包括有径向浮动单元和/或轴向浮动单元，其中，

所述径向浮动单元包括有气缸筒（1）、活塞（2）、万向轴承（3）、支承筒（4）、承力爪（5）、支撑座（6）和加力爪（7），所述气缸筒（1）套设于所述活塞（2）外部并与所述活塞（2）形成一个气腔（8），所述气缸筒（1）上设置有第三进气口（9），所述第三进气口（9）与所述气腔（8）相连通，所述支撑座（6）固定连接于所述气缸筒（1）的底端；所述万向轴承（3）设置在所述支撑座（6）的中心，所述万向轴承（3）内配套装有与所述万向轴承（3）相匹配的所述支承筒（4）；所述承力爪（5）与所述支承筒（4）固定连接，所述加力爪（7）与所述活塞（2）固定连接，所述承力爪（5）与所述加力爪（7）相接触；所述万向轴承（3）内设置有限位块（24），所述限位块（24）使得所述万向轴承（3）只能进行径向的摆动；

所述轴向浮动单元包括有浮动轴（11）、恒压外缸体（12）、恒压内缸体（13）和浮动活塞（14）：所述恒压内缸体（13）和浮动活塞（14）分别套设于所述浮动轴（11）的外部，所述浮动轴（11）为空心筒状结构，所述恒压内缸体（13）端面开孔，所述恒压外缸体（12）套设于所述恒压内缸体（13）和浮动活塞（14）的外部，所述恒压外缸体（12）和恒压内缸体（13）之间形成一腔室，所述浮动活塞（14）一端与所述浮动轴（11）固定连接，另一端位于所述腔室内并将所述腔室分隔为第一腔室（15）和第二腔室（16），所述恒压外缸体（12）的侧壁上设置有第一进气口（17）和第二进气口（18），所述第一进气口（17）与所述第一腔室（15）相连通，所述第二进气口（18）与所述第二腔室（16）相连通；

所述力传感器（26）设置于所述径向浮动单元和/或轴向浮动单元上，用于测量所述支承筒（4）的径向力和/或所述浮动轴（11）的轴向力；

所述电动伺服阀（100）与所述径向浮动单元的第三进气口（9）和/或与所述轴向浮动单元的第一进气口（17）和/或第二进气口（18）相连通，用于给所述径向浮动单元和/或轴向浮动单元提供气流；

所述电动伺服阀（100）包括有伺服电机（110）、阀体（120）和阀芯（130），所述伺服电机（110）的输出轴与所述阀芯（130）的一端固定连接，所述阀芯（130）位于所述阀体（120）内；

所述阀芯（130）在周向上开设有第一通气凹槽（131），所述阀体（120）上在过所述第一通气凹槽（131）的横截面的位置上设置有第一伺服阀进气口（121）和第一伺服阀出气口（122），在所述阀芯（130）转至一定角度时，所述第一伺服阀进气口（121）、第一通气凹槽（131）和第一伺服阀出气口（122）相连通；

所述阀芯（130）在周向上还开设有第二通气凹槽（132），所述阀体（120）上在过所述第二通气凹槽（132）的横截面的位置上设置有第二伺服阀进气口（123）和第二伺服阀出气口（124），所述阀体（120）上开设有进气总槽（140），所述第一伺服阀进气口（121）和第二伺服阀进气口（123）的端口同时位于所述进气总槽（140）的槽底；在所述阀芯（130）转至一定角度时，所述第二伺服阀进气口（123）、第二通气凹槽（132）和第二伺服阀出气口（124）相连通；且当所述第二伺服阀进气口（123）、第二通气凹槽（132）和第二伺服阀出气口（124）相连通时，所述第一伺服阀进气口（121）、第一通气凹槽（131）和第一伺服阀出气口（122）不连通，当所述第一伺服阀进气口（121）、第一通气凹槽（131）和第一伺服阀出气口（122）相连通时，所述第二伺服阀进气口（123）、第二通气凹槽（132）和第二伺服阀出气口（124）不连通；

所述阀芯（130）在周向上开设有第一泄气凹槽（133）和第二泄气凹槽（134），

所述阀体（120）上在过所述第一泄气凹槽（133）的横截面的位置上设置有第一大气通口（125）和第一泄气口（126），在所述阀芯（130）转至一定角度时，所述第一大气通口（125）、第一泄气凹槽（133）和第一泄气口（126）相连通；所述阀体（120）上开设有第一出气槽（150），所述第一伺服阀出气口（122）和第一泄气口（126）的端口同时位于所述第一出气槽（150）的槽底；

所述阀体（120）上在过所述第二泄气凹槽（134）的横截面的位置上设置有第二大气通口（127）和第二泄气口（128），在所述阀芯（130）转至一定角度时，所述第二大气通口（127）、第二泄气凹槽（134）和第二泄气口（128）相连通；所述阀体（120）上开设有第二出气槽（160），所述第二伺服阀出气口（124）和第二泄气口（128）的端口同时位于所述第二出气槽（160）的槽底；

当所述第一伺服阀进气口（121）、第一通气凹槽（131）和第一伺服阀出气口（122）相连通时，所述第二大气通口（127）、第二泄气凹槽（134）和第二泄气口（128）相连通，所述第一大气通口（125）、第一泄气凹槽（133）和第一泄气口（126）不连通；当所述第二伺服阀进气口（123）、第二通气凹槽（132）和第二伺服阀出气口（124）相连通时，所述第一大气通口（125）、第一泄气凹槽（133）和第一泄气口（126）相连通，所述第二大气通口（127）、第二泄气凹槽（134）和第二泄气口（128）不连通；

所述控制器（27）分别与所述力传感器（26）和所述电动伺服阀（100）相连，用于接收所述力传感器（26）的测量信号并控制所述电动伺服阀（100）。

2.根据权利要求1所述的恒力浮动系统，其特征在于：所述气缸筒（1）的一端内侧套设有套筒（10），所述套筒（10）位于所述气缸筒（1）与所述活塞（2）之间，所述套筒（10）、气缸筒（1）和活塞（2）之间形成所述气腔（8）；所述气缸筒（1）和活塞（2）之间和/或所述套筒（10）和活塞（2）之间设置有线性轴承（19）；所述气缸筒（1）和活塞（2）之间设置有线性轴承（19）。

3.根据权利要求1所述的恒力浮动系统，其特征在于：所述支承筒（4）一端固定设置有延长筒（20），所述延长筒（20）和支承筒（4）为空心筒状结构。

4.根据权利要求3所述的恒力浮动系统，其特征在于：当所述恒力浮动单元（29）包括有径向浮动单元时，所述延长筒（20）和/或支承筒（4）上设置有配重块（21）用于实现所述延长筒（20）、支承筒（4）和配重块（21）以及固定在所述延长筒（20）和支承筒（4）上的外部器件所成的结构的重心与所述万向轴承（3）的转动中心相重叠；当所述恒力浮动单元（29）包括有径向浮动单元和轴向浮动单元时，所述延长筒（20）和/或支承筒（4）和/或轴向浮动单元上设置有配重块（21）用于实现所述延长筒（20）、支承筒（4）、配重块（21）和轴向浮动单元以及固定在所述延长筒（20）和支承筒（4）上的外部器件所成的结构的重心与所述万向轴承（3）的转动中心相重叠。

5.根据权利要求1所述的恒力浮动系统，其特征在于：所述浮动轴（11）和恒压内缸体（13）之间设有直线导向机构，所述直线导向机构使得所述浮动轴（11）和恒压内缸体（13）之间只能进行轴向的直线运动，所述直线导向机构包括：设于所述浮动轴（11）的外表面上的第一滑槽、设于所述恒压内缸体（13）的内表面且与所述第一滑槽位置相对的第二滑槽以及设于所述第一滑槽和第二滑槽内的多个滚动体（22）。

6.根据权利要求1所述的恒力浮动系统，其特征在于：所述恒力浮动单元（29）包括用于测量所述活塞（2）位移量的位移传感器（23）和/或用于测量所述浮动轴（11）位移量的位移传感器（23）和/或用于测量所述恒力浮动单元倾斜度的倾角传感器（28）。