CN109834728B - 一种多功能力控制关节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能力控制关节，其集成了内置的电动打磨/抛光工具和力控制和除尘功能，包括底座部分、弹性机构组件、气动肌肉组件、位移传感器、电动调速打磨/抛光工具组件、除尘工具、导轨部分和输出端，其特征在于两组对称布置的弹性机构组件输出推力，气动肌肉组件输出的拉力，两者的合力用来共同控制关节的输出力。位移传感器实时监测关节的当前变形量，以便后续数据处理以及关节输出力的实时控制。打磨/抛光工具转矩稳定、转速可调，可通过更换末端打磨盘快速完成不同工具的切换。除尘工具令工作环境整洁，并降低粉尘污染和爆炸风险。本发明对打磨时的力控制进行精确的接触力控制，能够自适应曲面等复杂形貌的工具。

Description

一种多功能力控制关节

技术领域

本发明涉及一种多功能力控制关节，属于机器人领域。

背景技术

工业的发展要求产品质量不断提高。传统机床加工中，由于刀具磨损和零件表面不平整等原因，导致刀具与零件之间的接触力不稳定，使得实际加工出的零件出现较大圆柱度误差，影响零件质量。之前的力控制关节虽然基本解决了上述问题，但是集成化程度低，结构不够紧凑，重量较大，不便于应用在对灵活性、重量等要求较高的机器人打磨等领域。因此，迫切需要提升力控制关节的集成化程度，以满足更高的工作要求。

发明内容

本发明提出了一种多功能力控制关节，集成了打磨、力控制和除尘功能。集成化程度高，结构紧凑，重量小，对打磨时的接触力进行精确控制，能够自适应曲面等复杂形貌的工具打磨，并且对打磨过程多种工艺参数如转速，接触力等进行调节。

根据本发明的一个方面，提供了一种多功能力控制关节，其特征在于包括：

输出端，

导轨部分，

弹性机构组件，

位移传感器，

气动肌肉组件，

底座部分，

其中，

底座部分为导轨部分、位移传感器、以及气动肌肉组件提供支持，并调节气动肌肉组件的气压，

弹性机构组件和气动肌肉组件共同作用来控制力控制关节的输出力，

导轨部分与上方的输出端连接，导轨部分的光杆与固定导向柱配合使导轨部分和输出端可以沿力控制关节轴线移动，

输出端内置了打磨盘和集尘工具，使得力控制关节集成了打磨、力控制和除尘功能，结构紧凑，重量小，便于应用在对灵活性、重量等要求较高的机器人领域，

位移传感器用于实时测量力控制关节的关节变形量，以用于后续的数据处理以及输出力的实时控制。

根据本发明的另一个方面，提供了一种多功能力控制关节，其特征在于包括：

输出端、导轨部分、弹性机构组件、位移传感器、气动肌肉组件和底座，

其中，

底座为位移传感器、气动肌肉组件以及导轨部件提供支撑，并且通过底座上的压力阀对气动肌肉组件内压进行调节。

弹性机构组件和气动肌肉组件共同作用来控制力控制关节的输出力。

位移传感器用于测量力控制关节的关节变形量，以进行后续数据的处理以及输出力的实时控制。

输出端内置了打磨和除尘工具，使得力控制关节集成了打磨、力控制和除尘功能，结构紧凑，重量小，便于应用在对灵活性、重量等要求较高的机器人领域。

附图说明

图1A－1C是根据本发明的一个实施例的力控制关节的整体结构图。其中，图1A为力控制关节整体的正，图1B为力控制关节整体的右视图，图1C为力控制关节整体的等轴测图。

图2是图1C的所示的力控制关节按功能组件拆分的组件示意图。

图3是根据本发明的一个实施例的输出端的结构图。

图4是根据本发明的一个实施例的力控制关节的弹性机构组件和导轨部分的结构图。

图5是根据本发明的一个实施例的力控制关节的位移传感器结构图。

图6是根据本发明的一个实施例的底座部分的结构图。

具体实施方式

图1和图2所示的，是根据本发明的一个实施例的一种多功能力控制关节，包括：

输出端(1)、导轨部分(2)、弹性机构组件(3)、位移传感器(4)、气动肌肉组件(5)、底座部分(6)，

其中：

底座部分(6)为弹性机构组件(3)、位移传感器(4)以及气动肌肉组件(5)提供支撑，并用于调节气动肌肉组件(5)内的气压；

弹性机构组件(3)和气动肌肉组件(5)共同作用，从而控制力控制关节的输出；

位移传感器(4)用于测量力控制关节的关节变形量，以进行后续数据的处理以及输出力的实时控制；

输出端(1)内置了打磨盘(7)和集尘工具(8)，在转矩稳定的打磨同时进行除尘工作。

另一方面，根据本发明的一个实施例的力控制关节可被认为是包括一个主动部分和一个被动部分。主动部分包括气动肌肉组件(5)，被动部分包括一个经过特殊设计的弹性机构组件(3)。弹性机构组件(3)和气动肌肉组件(5)两者的输出力的差值就是力控制关节的输出力。根据本发明的具体实施例的弹性机构组件(3)和气动肌肉组件(5)的输出力具有相似的随着变形量的改变而变化的趋势。这样在不同的变形量上，两者的差值，也就是力控制关节的输出力，会维持基本上较为平缓的变化，在理想状况下甚至是维持在恒定值。力控制关节的输出力F_输等于弹性机构组件(3)F_推与气动肌肉组件输出力(5)F_气之差；

即，F_输＝F_推-F_气，

图3是根据本发明的一个实施例的输出端(1)的结构图，其中，输出端(1)包括打磨盘(7)、集尘工具(8)、电机固定器(9)和无刷电机(10)，

其中：

电机固定器(9)分别与导轨部分(2)的光杆(15)、传感器(4)的上端、气动肌肉组件(5)的上端以及弹性机构组件(3)的曲面连杆(11)固连，

打磨盘(7)由无刷电机(10)驱动，其转速可通过调速电路调整，

无刷电机(10)输出转矩稳定，并不会随接触状态的改变而变化，从而达到稳定的磨削效果，并可通过更换末端的打磨盘(7)，快速完成不同类型工具(如不同的目数的砂纸、抛光轮等)的切换，

内置的打磨盘(7)体积小，重量轻，

集尘工具(8)，通过旋转叶盘结合多孔状打磨盘(7)，将打磨/抛光过程中的细微颗粒，导入集尘工具(8)的通道，并可通过外界的吸尘装置，令除尘效果加倍。令工作环境更加整洁，同时降低了粉尘的污染及爆炸的危险。

图4是根据本发明的一个实施例的力控制关节的弹性机构组件(3)和导轨部分(2)的结构图，其中：

弹性机构组件(3)受到了轻量化处理，

连杆质量轻且结构紧凑，并包括曲面连杆(11)、短拉杆(12)、短轴(13)、短拉杆轴(14)、弧形连杆(17)、弹簧槽轴(18)、弹簧(19)、弹簧长槽轴(20)，

弧形连杆(17)与导轨部分(2)的两个固定导向柱(16)通过轴承连接，

弹簧(19)左右对称，一端通过弹簧长槽轴(20)与弧形连杆(17)连接，另一端与弹簧槽轴(18)连接，

弹簧槽轴(18)与固定导向柱(16)通过轴承连接，

短拉杆(12)通过短轴(13)与弧形连杆(17)连接，

曲面连杆(11)的下端通过短拉杆轴(14)与短拉杆(12)连接，上端通过螺栓与输出端(1)的电机固定器(9)连接。

图6是根据本发明的一个实施例的底座部分(6)的结构图，包括连接管(23)、比例阀(24)、底座(25)、底盖(26)，航插孔(27)，

其中：

连接管(23)一端与比例阀(24)相连，另一端用气管通过气动肌肉组件下方连接处与气动肌肉组件(5)相连，

比例阀(24)被设置在底座(25)上，固定在底座(25)上，

底座(25)与位移传感器(4)和气动肌肉组件(5)连接，提供支持，导轨部分(2)的固定导向柱(16)固定在底座(25)上。航插孔(27)用于电源和控制信号的接入。

根据本发明的多功能力控制关节集成了力控制、打磨和除尘功能，在打磨时通过外接的控制器对接触力和转速等进行精确控制，并且在打磨同时进行除尘。

本发明的有益效果包括：

1)多功能力控制关节装置高度集成化，不仅将弹性机构组件轻量化，结构紧凑化，而且将打磨工具，除尘工具与力控制关节集成在一起，有别于传统的外加打磨工具的形式，让其打磨工具系统更加的轻量化和灵活，便于应用在对灵活性、重量等要求较高的机器人打磨等领域；

2)打磨工具可以通过更换末端的打磨盘，快速完成不同类型工具的切换，如不同的目数的砂纸、抛光轮等；

3)除尘工具令工作环境更加整洁，同时降低了粉尘的污染及爆炸的危险。

以上通过参考在附图中表示的示例性实施例对本发明做了特别的展示和说明，对本领域的技术人员来说，应该明白，在不背离本发明的思想和范围下做出在形式上和细节上的各种修改和改变，都将是对本发明专利的侵犯。因此本发明要保护的真正思想和范围由所附的权利要求书来限定。

Claims (9)

1.一种多功能力控制关节，其特征在于包括：

输出端（1），

导轨部分（2），

弹性机构组件（3），

位移传感器（4），

气动肌肉组件（5），

底座部分（6），

其中，

底座部分（6）为导轨部分（2）、位移传感器（4）、以及气动肌肉组件（5）提供支持，并调节气动肌肉组件（5）的气压，

弹性机构组件（3）和气动肌肉组件（5）共同作用来控制力控制关节的输出力，

导轨部分（2）与上方的输出端（1）连接，导轨部分（2）的光杆（15）与固定导向柱（16）配合使导轨部分（2）和输出端可以沿力控制关节轴线移动，

输出端（1）内置了打磨盘（7）和集尘工具（8），使得力控制关节集成了打磨、力控制和除尘功能，

位移传感器（4）用于实时测量力控制关节的关节变形量，以用于后续的数据处理以及输出力的实时控制，

所述弹性机构组件（3）作轻量化处理，连杆质量轻，结构紧凑，并包括曲面连杆（11）、短拉杆（12）、短轴（13）、短拉杆轴（14）、弧形连杆（17）、弹簧槽轴（18）、弹簧（19）、弹簧长槽轴（20），

其中，

弧形连杆（17）与导轨部分的两个固定导向柱（16）通过轴承连接，

弹簧（19）左右对称，一端通过弹簧长槽轴（20）与弧形连杆（17）连接，另一端与弹簧槽轴（18）连接，

弹簧槽轴（18）与固定导向柱（16）通过轴承连接，

短拉杆（12）通过短轴（13）与弧形连杆（17）连接，

曲面连杆（11）的下端通过短拉杆轴（14）与短拉杆（12）连接，曲面连杆（11）的上端通过螺栓与输出端（1）的电机固定器（9）连接。

2.根据权利要求1所述的多功能力控制关节，其特征在于：

所述底座部分（6）包括连接管（23）、比例阀（24）、底座（25）、底盖（26）、航插孔（27），

其中，

连接管（23）一边与比例阀（24）相连一边用气管通过气动肌肉组件下方连接处与气动肌肉组件（5）相连，

比例阀（24）放在底座（25）上，通过螺栓固定，

底座（25）与位移传感器（4）和气动肌肉组件（5）连接，提供支持，与导轨部分（2）的固定导向柱（16）通过螺栓连接，

航插孔（27）用于电源和控制器力控制关节控制与装置连接。

3.根据权利要求1所述的多功能力控制关节，其特征在于：

所述导轨部分（2）使输出端（1）沿力控制关节的轴线移动，包括光杆（15）和固定导向柱（16），光杆（15）上端与输出端（1）的电机固定器（9）通过螺栓连接，

固定导向柱（16）下端与底座部分（6）通过螺栓固定。

4.根据权利要求2所述的多功能力控制关节，其特征在于：

所述气动肌肉组件（5）通过气动肌肉组件下方连接处与底座（25）连接，气动肌肉组件（5）通过气动肌肉组件上方连接处实现了与输出端（1）的电机固定器（9）连接。

5.根据权利要求2所述的多功能力控制关节，其特征在于：

所述位移传感器（4）通过传感器支架（22）与底座（25）上的比例阀（24）固定在一起，位移传感器（4）的上端与输出端（1）的电机固定器（9）连接。

6.根据权利要求1所述的多功能力控制关节，其特征在于：

所述输出端（1），包括打磨盘（7）、集尘工具（8）、电机固定器（9）和无刷电机（10），

其中，

无刷电机（10）用于驱动打磨盘（7）进行打磨工作，

电机固定器（9）分别与导轨部分（2）的光杆（15）、位移传感器（4）和气动肌肉组件（5）连接，

打磨盘（7）由无刷电机驱动，转速通过调速电路调整，末端的打磨盘是可更换的，从而快速完成不同类型工具的切换，

集尘工具（8），通过旋转叶盘结合多孔状打磨盘（7），将打磨/抛光过程中的细微颗粒，导入除尘通道。

7.根据权利要求1所述的多功能力控制关节，其特征在于：

弹性机构组件（3）沿关节轴线方向输出推力，气动肌肉组件（5）沿关节轴线方向输出为拉力，

当推力大于拉力时，力控制关节的净输出力为推力，弹性机构组件与气动肌肉组件呈对抗式布局结构。

8.根据权利要求7所述的多功能力控制关节，其特征在于：

弹性机构组件（3）对输出端施加的推力随着关节变形量的增大而减小，即弹性机构组件（3）的刚度随关节变形量的增大而减小，

气动肌肉组件（5）对输出端施加的拉力也随关节变形量的增大而减小，即气动肌肉组件（5）的刚度随关节变形量的增大而减小，

在一定的输入气压下，气动肌肉组件（5）的输出力-关节变形量的曲线与弹性机构组件的输出力-关节变形量的曲线近似成平行等距曲线。

9.根据权利要求6所述的多功能力控制关节，其特征在于：

所述不同类型工具包括从不同目数的砂纸、抛光轮中选出的至少一种，

所述除尘通道适合于通过外加的吸尘装置进行附加除尘。

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