CN109807931A - 一种机械补偿型恒力执行机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械补偿型恒力执行机构，包括主推力机构、辅助推力机构、恒力输出机构和基座，恒力输出机构设有设于基座上的滑台，主推力机构包括主推力调节弹簧座、主推力弹簧和主推力输出弹簧座，主推力调节弹簧座可移动地设于基座上，主推力输出弹簧座与滑台固连，两个辅助推力机构对称设于滑台两侧，辅助推力机构包括辅助调节弹簧座、辅助推力弹簧和辅助输出弹簧座，其中辅助调节弹簧座包括转动相连的上座体和下座体，下座体可移动地设于基座上，辅助推力弹簧设于所述上座体和辅助输出弹簧座之间，辅助输出弹簧座与所述滑台转动连接。本发明保证恒力输出且恒力值可调，成本低、精度高且使用简单。

Description

一种机械补偿型恒力执行机构

技术领域

本发明涉及一种机械补偿型恒力执行机构。

背景技术

随着科技发展，机器人在自动化加工领域已经得到广泛应用，其中机器人在磨抛领域的发展尤为迅速。机器人在磨抛领域主要用来替代传统人工对工件的打磨抛光工作，比如工件表面的打磨、棱角去毛刺、焊缝打磨、内腔内孔去毛刺、孔口螺纹口加工等等，机器人磨抛适用于卫浴五金、IT、汽车零部件、工业零件、医疗器械、木材建材家具制造、民用产品等多个行业，采用机器人打磨具有可长期打磨、高效率、高质量和高稳定性的特点。

但现有技术中，机器人磨抛设备经过较为复杂的机器人加工试教工作后，由于机器人精度以及工件差异等因素影响，往往很难保证恒力输出磨抛，进而影响磨抛质量。针对以上问题，人们开发了具有补偿功能的恒力执行装置，但现有技术中的具有补偿功能的恒力执行装置一般由低阻力气缸、伺服比例阀、位移传感器、加速度传感器、导向装置等部件组成，虽然具有补偿功能且可实现恒力输出，但控制算法复杂，需要供电并使用压缩空气，价格非常昂贵。因此设计一种成本低、精度高且使用简单的机械补偿型恒力执行机构是本技术领域人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械补偿型恒力执行机构，保证恒力输出且恒力值可调，成本低、精度高且使用简单。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种机械补偿型恒力执行机构，包括主推力机构、辅助推力机构、恒力输出机构和基座，其中恒力输出机构设有滑台，且所述滑台可移动地设置于基座上，所述主推力机构包括主推力调节弹簧座、主推力弹簧和主推力输出弹簧座，所述主推力弹簧设置于所述主推力调节弹簧座和主推力输出弹簧座之间，所述主推力调节弹簧座可移动地设置于基座上，所述主推力输出弹簧座与所述滑台固连，两个辅助推力机构对称设置于所述滑台两侧，所述辅助推力机构包括辅助调节弹簧座、辅助推力弹簧和辅助输出弹簧座，其中所述辅助调节弹簧座包括转动相连的上座体和下座体，所述下座体可移动地设置于基座上，所述辅助推力弹簧设置于所述上座体和辅助输出弹簧座之间，所述辅助输出弹簧座与所述滑台转动连接。

所述主推力机构设有固定支撑座和主推力调节螺栓，所述固定支撑座设置于主推力弹簧下方且固装于所述基座上，所述主推力调节螺栓穿过所述主推力调节弹簧座后与所述固定支撑座螺纹连接。

所述主推力调节螺栓的螺帽与主推力调节弹簧座之间设有双耳止动垫圈。

所述主推力调节弹簧座和主推力输出弹簧座相邻一侧均设有弹簧导向柱，所述主推力弹簧两端分别套装于两侧的弹簧导向柱上。

所述辅助推力机构设有调节支撑座、调节顶丝和防松螺母，调节支撑座固定在基座上，调节顶丝穿过所述调节支撑座后与所述辅助调节弹簧座的下座体相抵，在所述调节顶丝外端设有防松螺母。

所述辅助调节弹簧座的上座体和下座体之间通过销轴和轴承实现转动连接。

所述辅助输出弹簧座包括上端的弹簧座体和下端的弹簧座连接板，在所述上座体上设有导柱，所述辅助推力弹簧一端套装在所述导柱上，另一端套装在所述弹簧座体上，所述弹簧座连接板与滑台转动连接。

所述辅助推力弹簧内设有导向杆，所述导向杆一端与所述上座体固连，另一端穿过所述辅助输出弹簧座，且所述辅助输出弹簧座上供所述导向杆穿过的圆孔与所述导向杆为间隙配合。

所述基座中部设有滑轨，所述滑轨两侧对称设有导向滑槽，所述主推力调节弹簧座下侧设有与所述滑轨配合的弹簧座滑块，所述滑台下侧设有与所述滑轨配合的滑台滑块，两个辅助推力机构的下座体分别置于不同的导向滑槽中。

所述恒力输出机构包括滑台和设置于所述滑台上的输出法兰，所述基座上设有护罩，所述护罩包括罩体和法兰护板，且所述输出法兰穿过所述法兰护板后与负载连接。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明在一定行程内可提供恒力输出且恒力值可调，并且在恒力输出方向上具有一定的位置补偿功能，尤其适合作为机器人末端执行器并应用于机器人恒力磨抛领域，

2、本发明为机械式补偿，具有成本低、精度高且使用简单的特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图2为图1中本发明安装保护罩后的示意图，

图3为图1中本发明的俯视图，

图4为图3中的A-A剖视图，

图5为图3中的B-B剖视图，

图6为图1中的基座示意图。

其中，1为主推力机构，11为主推力弹簧，12为主推力调节弹簧座，121为弹簧座滑块，13为固定支撑座，14为主推力输出弹簧座，15为主推力调节螺栓，16为双耳止动垫圈，17为弹簧导向柱；2为辅助推力机构，21为辅助推力弹簧，22为辅助调节弹簧座，221为上座体，222为导柱，223为导向杆，224为销轴，225为轴承，226为下座体，23为辅助输出弹簧座，231为弹簧座体，232为连接销轴，233为支撑轴承，234为弹簧座连接板，24为调节支撑座，25为调节顶丝，26为防松螺母，3为恒力输出机构，31为滑台，32为输出法兰，33为滑台滑块，4为基座，41为导向滑槽，42为滑轨，43为限位杆，44为滑轨安装槽，5为护罩，51为罩体，52为法兰护板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～6所示，本发明包括主推力机构1、辅助推力机构2、恒力输出机构3和基座4，其中恒力输出机构3设有滑台31，且所述滑台31可移动地设置于基座4上，所述主推力机构1包括主推力调节弹簧座12、主推力弹簧11和主推力输出弹簧座14，所述主推力弹簧11设置于所述主推力调节弹簧座12和主推力输出弹簧座14之间用于主推力的输出，所述主推力调节弹簧座12可移动地设置于基座4上，所述主推力输出弹簧座14与所述滑台31固连，两个辅助推力机构2设置于所述滑台31两侧，所述辅助推力机构2包括辅助调节弹簧座22、辅助推力弹簧21和辅助输出弹簧座23，所述辅助调节弹簧座22包括转动连接的上座体221和下座体226，所述下座体226可移动地设置于基座4上，所述辅助推力弹簧21设置于所述上座体221和辅助输出弹簧座23之间用于辅助推力的输出，所述辅助输出弹簧座23与所述滑台31转动连接。

如图1和图3～4所示，所述主推力机构1包括主推力调节弹簧座12、主推力弹簧11、主推力输出弹簧座14、固定支撑座13和主推力调节螺栓15，其中所述主推力调节弹簧座12与所述基座4滑动连接，在所述基座4中部设有滑轨42，在所述主推力调节弹簧座12下侧设有与所述滑轨42配合的弹簧座滑块121，所述固定支撑座13设置于主推力弹簧11下方且固装于所述基座4上，所述主推力调节螺栓15穿过所述主推力调节弹簧座12后与所述固定支撑座13螺纹连接，通过旋拧所述主推力调节螺栓15即可推动所述主推力调节弹簧座12移动，进而调节主推力弹簧11的主推力大小。

如图3～4所示，在所述主推力调节弹簧座12和主推力输出弹簧座14相邻一侧均设有弹簧导向柱17，且所述主推力弹簧11两端分别套装于两侧的弹簧导向柱17上。

如图3～4所示，在所述主推力调节螺栓15的螺帽与主推力调节弹簧座12之间设有双耳止动垫圈16，所述双耳止动垫圈16用于防止机构在进行磨抛工作时由于震动引起主推力调节螺栓15出现松动现象，保证机构输出恒力的稳定性和输出恒力的准确性。

如图1、图3和图5所示，所述辅助推力机构2包括辅助调节弹簧座22、辅助推力弹簧21、辅助输出弹簧座23、调节支撑座24、调节顶丝25和防松螺母26，如图6所示，在所述基座4两侧分别设有导向滑槽41，所述辅助调节弹簧座22的下座体226置于所述导向滑槽41中并沿着所述导向滑槽41移动，调节支撑座24固定在基座4上，所述调节顶丝25穿过所述调节支撑座24后与所述辅助调节弹簧座22的下座体226相抵，所述调节顶丝25用于调节机构所需的辅助推力，并固定辅助调节弹簧座22在所述导向滑槽41中的位置，在所述调节顶丝25外端设有防松螺母26，所述放松螺母26用于防止机构在进行磨抛工作时由于震动引起调节顶丝25出现松动现象，保证输出恒力的稳定性和准确性。

如图5所示，所述辅助调节弹簧座22的上座体221和下座体226之间通过销轴224和轴承225实现转动连接，其中所述销轴224垂直设置，所述上座体221可绕所述销轴224旋转。

如图5所示，所述辅助输出弹簧座23包括上端的弹簧座体231和下端的弹簧座连接板234，所述辅助推力弹簧21设置于辅助调节弹簧座22的上座体221与辅助输出弹簧座23的弹簧座体231之间，在所述上座体221上设有导柱222，所述弹簧座体231上设有凸块，所述辅助推力弹簧21一端套装在所述导柱222上，另一端套装在所述弹簧座体231的凸块上，在所述辅助推力弹簧21内设有导向杆223，且所述导向杆223一端与所述上座体221固连，另一端穿过所述辅助输出弹簧座23，且辅助输出弹簧座23上供所述导向杆223穿过的圆孔与所述导向杆223为间隙配合，以保证导向杆223能够在所述圆孔中自由移动。

如图5所示，所述辅助输出弹簧座23下端的弹簧座连接板234通过连接销轴232和支撑轴承233实现与滑台31的转动连接，其中所述连接销轴232垂直设置，所述辅助输出弹簧座23可绕着所述连接销轴232旋转。

如图1～4所示，所述恒力输出机构3包括滑台31和输出法兰32，其中所述滑台31下侧设有两个与基座4上的滑轨42相配合的滑台滑块33，所述输出法兰32固装于所述滑台31远离所述主推力机构1一端，所述输出法兰32即用于恒定推力的输出。所述输出法兰32具有三个精加工面可与所述滑台31配合并紧固，以确保机构的绝对精度，另外所述输出法兰32的输出端具有负载安装定位止口和定位销孔，可以确保负载与机构的定位精度。

如图1和图3所示，所述滑台31两侧分别设有一个限位槽，在所述基座4上设有两个限位杆43，且所述两个限位杆43分别置于两个限位槽中，从而限定主推力机构1行程，另外如图6所示，基座4上的两个导向滑槽41为两个对称的U形槽以限定所述下座体226行程，进而限定辅助推力机构2行程。

如图1～2所示，本机构使用时需安装护罩5起到保护作用，所述护罩5设置于基座4上，所述护罩5包括罩体51和法兰护板52，其中所述输出法兰32穿过所述法兰护板52后与负载连接。

本发明的工作原理为：

本发明工作时，设定图1中所示位置为恒力初始位置，其中有以下几个参数会影响机构行程范围内恒力值：初始位置时主推力弹簧11压缩量、主推力弹簧11刚度系数、主推力弹簧11刚度系数误差、初始位置时辅助推力弹簧21压缩量、辅助推力弹簧21刚度系数、辅助推力弹簧21刚度系数误差以及恒力输出机构3的行程范围。本发明工作时需通过主推力调节弹簧座12来控制主推力弹簧11压缩量，通过辅助调节弹簧座22来控制辅助推力弹簧21压缩量，通过计算和恒力大小需求来选择合适的主推力弹簧11刚度系数和辅助推力弹簧21刚度系数，并通过调整初始位置时辅助推力弹簧21压缩量来减小主推力弹簧11刚度系数误差和辅助推力弹簧21刚度系数误差对恒力值误差的影响，本发明的恒力输出端沿着恒力输出方向位置变化时，主推力机构1输出的主推力也随着变化，主推力的变化量通过两侧辅助推力机构2输出的辅助推力来进行补偿，满足主推力和两侧辅助推力的合力为一恒定值，实现本发明机械补偿型恒力执行机构恒力输出的功能，并且根据恒力输出机构3的行程范围通过计算调整可使本发明的恒力值误差最小控制在0.3％以内。

Claims (10)

1.一种机械补偿型恒力执行机构，其特征在于：包括主推力机构(1)、辅助推力机构(2)、恒力输出机构(3)和基座(4)，其中恒力输出机构(3)设有滑台(31)，且所述滑台(31)可移动地设置于基座(4)上，所述主推力机构(1)包括主推力调节弹簧座(12)、主推力弹簧(11)和主推力输出弹簧座(14)，所述主推力弹簧(11)设置于所述主推力调节弹簧座(12)和主推力输出弹簧座(14)之间，所述主推力调节弹簧座(12)可移动地设置于基座(4)上，所述主推力输出弹簧座(14)与所述滑台(31)固连，两个辅助推力机构(2)对称设置于所述滑台(31)两侧，所述辅助推力机构(2)包括辅助调节弹簧座(22)、辅助推力弹簧(21)和辅助输出弹簧座(23)，其中所述辅助调节弹簧座(22)包括转动相连的上座体(221)和下座体(226)，所述下座体(226)可移动地设置于基座(4)上，所述辅助推力弹簧(21)设置于所述上座体(221)和辅助输出弹簧座(23)之间，所述辅助输出弹簧座(23)与所述滑台(31)转动连接。

2.根据权利要求1所述的机械补偿型恒力执行机构，其特征在于：所述主推力机构(1)设有固定支撑座(13)和主推力调节螺栓(15)，所述固定支撑座(13)设置于主推力弹簧(11)下方且固装于所述基座(4)上，所述主推力调节螺栓(15)穿过所述主推力调节弹簧座(12)后与所述固定支撑座(13)螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的机械补偿型恒力执行机构，其特征在于：所述主推力调节螺栓(15)的螺帽与主推力调节弹簧座(12)之间设有双耳止动垫圈(16)。

4.根据权利要求1所述的机械补偿型恒力执行机构，其特征在于：所述主推力调节弹簧座(12)和主推力输出弹簧座(14)相邻一侧均设有弹簧导向柱(17)，所述主推力弹簧(11)两端分别套装于两侧的弹簧导向柱(17)上。

5.根据权利要求1所述的机械补偿型恒力执行机构，其特征在于：所述辅助推力机构(2)设有调节支撑座(24)、调节顶丝(25)和防松螺母(26)，调节支撑座(24)固定在基座(4)上，调节顶丝(25)穿过所述调节支撑座(24)后与所述辅助调节弹簧座(22)的下座体(226)相抵，在所述调节顶丝(25)外端设有防松螺母(26)。

6.根据权利要求1所述的机械补偿型恒力执行机构，其特征在于：所述辅助调节弹簧座(22)的上座体(221)和下座体(226)之间通过销轴(224)和轴承(225)实现转动连接。

7.根据权利要求1所述的机械补偿型恒力执行机构，其特征在于：所述辅助输出弹簧座(23)包括上端的弹簧座体(231)和下端的弹簧座连接板(234)，在所述上座体(221)上设有导柱(222)，所述辅助推力弹簧(21)一端套装在所述导柱(222)上，另一端套装在所述弹簧座体(231)上，所述弹簧座连接板(234)与滑台(31)转动连接。

8.根据权利要求7所述的机械补偿型恒力执行机构，其特征在于：所述辅助推力弹簧(21)内设有导向杆(223)，所述导向杆(223)一端与所述上座体(221)固连，另一端穿过所述辅助输出弹簧座(23)，且所述辅助输出弹簧座(23)上供所述导向杆(223)穿过的圆孔与所述导向杆(223)为间隙配合。

9.根据权利要求1所述的机械补偿型恒力执行机构，其特征在于：所述基座(4)中部设有滑轨(42)，所述滑轨(42)两侧对称设有导向滑槽(41)，所述主推力调节弹簧座(12)下侧设有与所述滑轨(42)配合的弹簧座滑块(121)，所述滑台(31)下侧设有与所述滑轨(42)配合的滑台滑块(33)，两个辅助推力机构(2)的下座体(226)分别置于不同的导向滑槽(41)中。

10.根据权利要求1所述的机械补偿型恒力执行机构，其特征在于：所述恒力输出机构(3)包括滑台(31)和设置于所述滑台(31)上的输出法兰(32)，所述基座(4)上设有护罩(5)，所述护罩(5)包括罩体(51)和法兰护板(52)，且所述输出法兰(32)穿过所述法兰护板(52)后与负载连接。