CN110202453B - 一种高阶切触包络式磨抛加工装置及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能磨抛加工制造技术领域，并公开了一种高阶切触包络式磨抛加工装置及其加工方法。所述装置包括支架模块、运动模块、砂带驱动模块、砂带以及控制模块，支架模块包括呈对称布置且结构相同的两个支架单元，每个所述支架单元均包括第一支撑架以及柔性从动单元；运动模块设于两个所述第一支撑架之间，砂带驱动模块包括依次设于所述滑块上方的三维力传感器、柔性主动单元以及旋转编码器，砂带套设在两个所述柔性从动单元及所述柔性主动单元的外表面以实现对工件的高阶切触包络式磨抛加工。本发明还公开了相应的方法。本发明实现了对凸自由曲面进行高阶切触式宽行磨抛加工，使得工件的尺寸可控性较高，型面精度及表面一致性较好。

Description

一种高阶切触包络式磨抛加工装置及其加工方法

技术领域

本发明属于智能磨抛加工制造技术领域，更具体地，涉及一种高阶切触包络式磨抛加工装置及其加工方法。

背景技术

随着科学技术的发展，复杂曲面在航空航天、汽车、船舶等领域的应用日益广泛。这些曲面不能由初等解析曲面组成，难以获得自由复杂曲面的精确解析解，因此复杂曲面的精加工是亟待解决的制造难题。

现阶段自由曲面的表面精加工主要有手工研磨和自动化抛光两种方式。前者劳动强度较大、加工效率低、磨抛余量不均匀、零件表面一致性受工人技术熟练程度影响很大。并且在实际工作过程中，技术工人采用检测样板来规划磨抛加工余量及评估磨抛加工质量，样品检测效率低，通用性差。后者主要采用接触轮式或自由式砂带磨抛：接触轮的弹性变形不仅破坏了原本磨削路径规划时的一阶切接触而且导致接触面受力不均；自由式砂带磨抛虽然对凸自由曲面形成包覆式高阶切接触的理想接触面，但行业缺乏对其包覆理论的研究。

相应地，本领域亟待一种高阶切触包络式磨抛加工装置及相应的加工方法，以实现智能加工制造中对凸自由曲面进行高阶切触式宽行磨抛加工。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高阶切触包络式磨抛加工装置及其加工方法，其通过砂带对凸自由曲面进行高阶切触式宽行磨抛加工，并通过相互配合使用的运动模块、砂带驱动模块以及控制模块，相应的可实现加工过程中各参数的实时监测和调控，从而保证工件稳定顺应的磨抛加工，实现了对凸自由曲面进行高阶切触式宽行磨抛加工，使得工件的尺寸可控性较高，型面精度及表面一致性较好，且工件加工质量不受人为因素影响。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种高阶切触包络式磨抛加工装置，包括支架模块、运动模块、砂带驱动模块、砂带以及控制模块，其中，

所述支架模块包括设于其上方的多个柔性从动单元；

所述运动模块设于所述支架模块上，该运动模块包括滑块以及用于驱动所述滑块做往复进给的运动驱动单元；

所述砂带驱动模块包括依次设于所述滑块上方的三维力传感器、柔性主动单元以及旋转编码器，所述旋转编码器用于检测所述柔性主动单元的转速，并将该转速反馈给所述控制模块，所述柔性主动单元与多个柔性从动单元形成平面结构，所述三维力传感器用于检测工件与所述砂带的接触力，并将该接触力反馈给所述控制模块，所述控制模块根据所述接触力实时调整所述运动模块的顺应进给量；

所述砂带套设在多个柔性从动单元及所述柔性主动单元的外表面，并在所述运动驱动单元的顺应运动中与对工件进行高阶切触包络，进而在所述柔性主动单元的驱动下转动以实现对工件的高阶切触包络式磨抛加工。

进一步的，所述柔性主动单元包括联轴器和驱动机组，所述联轴器设于所述旋转编码器与所述驱动机组，用于连接所述旋转编码器与所述驱动机组。

进一步的，所述驱动机组包括驱动轮、设于所述驱动轮内部的轮毂电机以及用于连接所述驱动轮和所述轮毂电机的轮毂电机附件组。

进一步的，所述砂带驱动模块还包括用于支撑所述柔性主动单元的安装板组件，所述安装板组件包括设于所述旋转编码器下方的第一安装板、用于支撑所述驱动机组的第二安装板以及设于所述三维力传感器下方的第二安装板。

进一步的，所述运动驱动单元还包括滚珠丝杠以及伺服电机，所述滚珠丝杠一端与所述滑块连接，另一端与所述伺服电机连接。

进一步的，所述运动驱动单元还包括设于所述滑块下方的基座，且所述基座与所述滑块可滑动的连接。

进一步的，所述柔性从动单元包括从动轮、设于所述从动轮里面的轴承以及将所述从动轮和所述从动轮固定在所述支架模块上的连接件。

进一步的，所述支架模块包括呈对称布置且结构相同的两个支架单元，每个所述支架单元均包括第一支撑架以及设于第一支撑架上方的柔性从动单元；

所述第一支撑架为L形结构，所述柔性从动单元与所述柔性主动单元分别设于所述L形结构的两端，以保证两个所述柔性从动单元与所述柔性主动单元不共线；

两个所述第一支撑架通过设于两个所述第一支撑架下方的第二支撑架固定连接；

所述支架模块还包括设于所述第一支撑架与所述柔性从动单元之间，用于支撑所述柔性从动单元的支撑架组件。

按照本发明的另一个方面，提供一种高阶切触包络式磨抛加工方法，采用上述装置实现，包括以下步骤：

S1对工件表面进行曲面划分，得到多个扇形柱面，并获取各个所述扇形柱面的加工位姿、包络角和磨抛量；

S2选择其中一个扇形柱面，由所述控制模块控制机械手夹持工件运动, 使得所述扇形柱面调整到其对应的加工位姿，并保持所述加工位姿与所述砂带接触；

S3所述控制模块根据所述扇形柱面的加工位姿，调整运动模块进行顺应运动，避免力冲击，直至当所述扇形柱面与所述砂带形成所述包络角；

S4所述柔性主动单元驱动所述砂带运动，以进行磨抛加工；同时，所述旋转编码器实时测量所述柔性主动单元的转速，并将该转速反馈给所述控制模块以获取砂带的线速度；

S5所述三维力传感器实时测量工件与所述砂带的接触力并反馈给所述控制模块，所述控制模块根据所述接触力调整所述运动模块进行顺应运动，使得磨抛加工过程中，所述砂带与所述扇形柱面的接触力不变；

S6当所述扇形柱面的材料去除量达到磨抛量时，进入下一个扇形柱面的磨抛加工；

S7重复S2-S6,直至整个工件磨抛加工完成。

进一步的，步骤S1中所述曲面划分的方法包括一下步骤：

S11根据工件表面的曲率线将工件表面参数化，得到曲面(u,ω)；

S12任取一条u向线上的线段L₁，且该线段L₁上任意相邻点P_i、P_i+1满足第一约束条件：

其中,k_1,i中为点P_i的曲率，k_1,i+1中为点P_i+1的曲率，P_o,i为P_i点做方向沿其曲率矢量、距离为其曲率半径的平移所得到得点，P_o,i+1为P_i+1点做方向沿其曲率矢量、距离为其曲率半径的平移所得到得点，n₁，m₁分别为线段L₁的起始点和终止点，δ₁和ξ₁为常数；

S13取ω向，且过线段L₁上任意点的线段L₂，且该线段L₂上任意相邻点 P_j、P_j+1满足第二约束条件：

其中,k_2,j中为点P_j的曲率，k_2,j+1中为点P_j+1的曲率，P_o,j为P_j点做方向沿其曲率矢量、距离为其曲率半径的平移所得到得点，P_o,j+1为P_j+1点做方向沿其曲率矢量、距离为其曲率半径的平移所得到得点，n₂，m₂分别为线段L₂的起始点和终止点，δ₂和ξ₂为常数；

S14在线段L₁、L₂的区域内重复步骤S12和步骤S13，直至线段L₁、L₂的终点或约束不满足点终止，以获取u向线上的一组线段和ω向线上的一组线段，取所述u向线上的一组线段和ω向线上的一组线段的公共区域，得到扇形柱面。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明通过砂带对凸自由曲面进行高阶切触式宽行磨抛加工，并通过相互配合使用的运动模块、砂带驱动模块以及控制模块，以实现对工件加工过程中工件与砂带的接触力、砂带的转速以及材料去除量的实时监测和调控，从而保证工件稳定顺应的磨抛加工，实现了智能加工制造中对凸自由曲面进行高阶切触式宽行磨抛加工，使得工件的尺寸可控性较高，型面精度及表面一致性较好。

2.本发明所述旋转编码器实时测量所述柔性主动单元的转速，并将该转速反馈给所述控制模块以获取砂带的线速度，同时所述三维力传感器实时测量工件与所述砂带的接触力并反馈给所述控制模块，所述控制模块根据所述接触力调整所述运动模块进行顺应运动，使得磨抛加工过程中，所述砂带的张紧力、所述砂带与所述圆弧柱面的接触力不变，实现砂带对接触区域的材料定量去除，使得工件的尺寸可控性较高，型面精度及表面一致性好。

3.本发明运动模组用于带动所述砂带驱动单元在X方向运动，以实现所述砂带与待加工的工件之间的柔性接触，避免刚性接触所存在的加工冲击；同时通过力反馈来实现抛光过程中的力检测，通过变阻抗力控算法来调整平台的进给量，从而保证稳定顺应的抛光过程。

4.本发明方法实现对凸自由曲面进行高阶切触式宽行磨抛加工，提高了工作效率，控制简单，具有强撸棒性和高冗余性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种高阶切触包络式磨抛加工装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的砂带驱动模块的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的驱动机组的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的支架模块的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的运动模块的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的曲率线参数化曲面示意图；

图7是本发明实施例提供的扇形柱面示意图；

图8为本发明实施例提供的砂带对凸自由曲面进行高阶切触式宽行磨抛加工示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中： 1-砂带驱动模块，2-支架模块，3-运动模块，4-砂带，5-工件，101-旋转编码器，102-第一安装板，103-联轴器，104-驱动机组，105-第二安装板， 106-第三安装板，107-三维力传感器，108-第四安装板，1041-六角螺母， 1042-第三轮毂电机附件，1043-驱动轮，1044-第一十字槽螺钉，1045-第二轮毂电机附件，1046-轮毂电机，1047-第一轮毂电机附件，1048-第二十字槽螺钉,201-第一圆柱头螺钉，202-第二圆柱头螺钉，203-轴承，204-从动轮，205-套筒，206-第三支撑架，207-第四支撑架，208-第三圆柱头螺钉，209-栓接结构，210-第四圆柱头螺钉，211-第一支撑架，212-第二支撑架，301-滑块，302-滚珠丝杠，303-基座，304-伺服电机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明实施例提供的一种高阶切触包络式磨抛加工装置, 其包括支架模块2，设于支架模块2上且与支架模块2滑动连接的砂带驱动模块1、设于支架模块2上并用于驱动砂带驱动模块1往复运动的运动模块 3、用于连接砂带驱动模块1和支架模块2且用于加工工件的砂带4以及用于控制砂带驱动模块1、运动模块3及支架模块2的控制模块。运动模块3 带动砂带驱动模块1直线运动，进而顺应由工业机器人夹持，且根据自身曲面信息进行姿态调整的工件沿X轴的进给，工件与砂带4接触，并通过砂带对其进行打磨抛光处理，同时通过力传感器实时反馈工件与砂带这之间的接触力，并反馈给控制模块，该控制模块根据力的反馈信号实时对工件凸自由表面与砂带之间的接触力进行控制调节，实现对工件尤其是凸自由曲面工件的自适应打磨抛光作业。本发明的加工装置，结合三维力传感器能够实现加工时接触力的反馈，由此实现打磨、抛光过程中的力检测，通过自适应阻抗力控来调整运动模块的进给量以及通过材料去除率模型来规划砂带磨抛线速度，实现了稳定顺应的凸自由曲面进行高阶切触式宽行磨抛加工过程。

如图2和图3所示，砂带驱动模块1包括依次设于所述滑块301上方的三维力传感器107、柔性主动单元以及旋转编码器101，所述旋转编码器 101用于检测所述柔性主动单元的转速，并将该转速反馈给所述控制模块，所述三维力传感器107用于检测工件与所述砂带4的接触力，并将该接触力反馈给所述控制模块，所述控制模块根据所述接触力实时调整所述运动模块3的顺应进给量；砂带驱动模块1还包括用于支撑所述柔性主动单元的安装板组件，所述安装板组件包括设于所述旋转编码器101下方的第一安装板102、用于支撑所述驱动机组104的第二安装板105以及设于所述三维力传感器107下方的第二安装板108。其中，柔性主动单元包括联轴器103和驱动机组104，所述联轴器103设于所述旋转编码器101与所述驱动机组104，用于连接所述旋转编码器101与所述驱动机组104。所述驱动机组104包括驱动轮1043、设于所述驱动轮1043内部的轮毂电机1046以及用于连接所述驱动轮1043和所述驱动轮1043的轮毂电机附件组。轮毂电机附件组包括六角螺母1041，第三轮毂电机附件1042，第一十字槽螺钉 1044，第二轮毂电机附件1045，第一轮毂电机附件1047，第二十字槽螺钉 1048,其中，第三轮毂电机附件1042通过螺母1041与所述第一安装板102 的上部连接，所述第一轮毂电机附件1047通过第二十字槽螺钉1048与第三安装板106连接，第二安装板105为U型，其两边分别通过螺钉与第一安装板102和第三安装板106连接，用于支撑所述驱动机组104。

如图4所示，支架模块2包括呈对称布置且结构相同的两个支架单元，每个所述支架单元均包括第一支撑架211以及设于第一支撑架211上方的柔性从动单元。两个所述第一支撑架211通过设于两个所述第一支撑架211下方的第二支撑架212固定连接；所述支架模块2还包括设于所述第一支撑架211与所述柔性从动单元之间，用于支撑所述柔性从动单元的支撑架组件。该支架组件包括第三支撑架206和第四支撑架207。其中，各个支撑架之间通过圆柱头螺钉固定。所述第一支撑架211为L形结构，所述柔性从动单元与所述柔性主动单元分别设于所述L形结构的两端，以保证两个所述柔性从动单元与所述柔性主动单元不共线。

如图5所示，运动模块3设于两个所述第一支撑架211之间，其包括滑块301以及用于驱动所述滑块301做往复进给的运动驱动单元；运动驱动单元包括滚珠丝杠302以及伺服电机304，所述滚珠丝杠302一端与所述滑块301连接，另一端与所述伺服电机304连接。运动驱动单元还包括设于所述滑块301下方的基座303，且所述基座303与所述滑块301可滑动的连接。运动模块3用于驱动砂带驱动模块1的进给，进而调整砂带4与工件的包络角，同时还用于控制加工过程中砂带4与工件的接触力。

砂带4依次套设在驱动轮1043以及两个从动轮204上，以形成与水平面平行的三角形结构，并在所述柔性主动单元的驱动下转动以实现对工件的高阶切触包络式磨抛加工。

具体而言，运动模组3分别连接所述砂带驱动单元1和所述支架单元组2，所述砂带4缠绕在所述驱动电机组104和两个所述从动轮204上，所述控制组件分别连接于所述伺服电机304、所述旋转编码器101和所述三维力传感器107。所述砂带驱动单元主要用以实现砂带磨抛线速度的无级调节以及驱动轮轴的力反馈和砂带的线速度反馈。

所述旋转编码器101固定于第一安装板102上并通过所述联轴器103 与驱动电机组104连接，用以实现对轮毂电机1046的转速反馈；所述驱动电机组通过第三安装板106与三维力传感器107的测量部件相固连，用以实现磨抛过程中力的检测；所述三维力传感器107通过第四安装板108与所述运动模组的滑块301相连接。

所述驱动电机组，其所述轮毂电机1046的定子同所述第一轮毂电机附件1047固连，转子与所述第二轮毂电机附件二1044固连，所述驱动轮 1043与轮毂电机转子部分过盈配合并通过所述第三轮毂电机附件三1042及螺母来紧固。

所述支架单元组主要实现各功能部件的固定与连接。所述砂带4通过驱动轮1043和两个从动轮204实现张紧和缠绕；所述从动轮与所述轴承 203的外圈过盈配合并通过螺栓、所述套筒205和螺母与所述第三支撑架 206实现连接。

本发明实施例的加工装置，其工作原理如下：

S1根据工件的曲面几何信息将工件的表面分解为多个圆弧柱面，并获取各个所述圆弧柱面的加工位姿、包络角和磨抛量；

S2选择其中一个圆弧柱面，由所述控制模块控制机械手夹持工件运动, 使得所述圆弧柱面调整到其对应的加工位姿，并保持所述加工位姿与所述砂带4接触；

S3所述控制模块根据所述圆弧柱面的加工位姿，调整运动模块3进行顺应运动，直至当所述圆弧柱面与所述砂带4形成所述包络角；

S4所述柔性主动单元驱动所述砂带4运动，以进行磨抛加工；同时，所述旋转编码器101实时测量所述柔性主动单元的转速，并将该转速反馈给所述控制模块以获取砂带4的线速度；

S5所述三维力传感器107实时测量工件与所述砂带4的接触力并反馈给所述控制模块，所述控制模块根据所述接触力调整所述运动模块3进行顺应运动，使得磨抛加工过程中，所述砂带4与所述圆弧柱面的接触力不变；

S6当所述圆弧柱面的材料去除量达到磨抛量时，进入下一个圆弧柱面的磨抛加工；

S7重复S2-S6,直至整个工件磨抛加工完成。

下面以凸自由表面示意工件5的磨抛为例对所述一种砂带对凸自由曲面进行高阶切触式宽行高阶切触包络式磨抛加工装置与方法进行进一步的详细说明。

首先，判断曲面是否为凸自由表面，其中凸自由表面的解析如下：

二元函数z＝f(x,y)可以表示一张曲面s。

其中，H(x,y)是二元函数f(x,y)在点(x,y)处的Hessian矩阵。

若Hessian矩阵负正定，则函数函数的二阶偏导数恒为负，其变化率(斜率)即一阶导数始终处于递减状态，也就是说该函数为凸。其在几何意义上来说，该函数表征的曲面为凸曲面。

其次根据曲面论基本公式，用曲率线构建曲面上的一张正交网：

若以s表示曲面上曲线的弧长，则曲面上的曲线表达式为

r＝r(u(s),w(s))＝(x(s),y(s),z(s))

曲面的第一基本公式(弧长微分公式)和曲面的第二基本公式分别为 (ds)²＝(dr)²＝E(du)²+2Fdudω+G(dω)²

k cosφds²＝Ldu²+2Mdudω+Ndω²

式中，

n为曲面单位法矢。

相应的法曲率为

设λ＝dω/du则上式可化简为

一般情况下，k随λ变化而变化，法曲率k(λ)是有理二次函数，其极值是方程(EG-F²)k²(λ)-(GL-EN)k(λ)+(FL-M²)＝0的根。λ₁,λ₂分别对应极值k₁,k₂，且在(u,ω)平面内定义了曲线的走向，曲面上与其对应的切平面的方向称为主方向。若曲面上一条曲线的每点处，其切线总是沿着该点的一个主方向，则称该曲线为曲面上的曲率线。曲率线构成曲面上的一张正交网，可用于曲面参数化(当F＝M＝0时)。

如图6和图7所示，具体而言，对工件表面进行曲面划分的方法包括一下步骤：

步骤1，为表述统一，仍然选用u,ω作为参数，根据工件表面的曲率线将工件表面参数化(F＝M＝0)，得到曲面(u,ω)；

步骤2，取一条u向线段L₁，将线上的点P_i做方向沿其曲率矢量，距离为曲率半径的平移，得到点P_o,i。对相邻近的P_o,i点，设

δ₁和ξ₁为常数，且分别足够小时，P_o,i点将聚集在一极小圆o内，L₁可视为一半径为r₁的圆弧。其圆心o₁由点P_o,i根据权值决定，其半径由k_1,i根据权值决定，其弧长s₁由k_1,i,du_i及权值决定，端点由n,m决定。

步骤3，在过u向线段L₁上的某点，取一ω向线段L₂，将线上的点P_j做方向沿其曲率矢量，距离为曲率半径的平移，得到点P_o,j。对相邻近的P_o,j点，设

δ₂和ξ₂为常数，且分别足够小时，L₂可视为长度为l₂的线段。其长度由 k_2,j,dω_i及权值决定，端点由角标n₂，m₂决定。

步骤4，在线段L₁、L₂的区域内重复步骤S12和步骤S13，直至线段L₁、 L₂的终点或约束不满足点终止，以获取u向线上的一组线段和ω向线上的一组线段，取所述u向线上的一组线段和ω向线上的一组线段的公共区域，得到扇形柱面。

此时，选定曲面可视为一扇形柱面，如图7所示。角度为α＝s₁/r₁，半径为r₁，高为l₂。

此时，砂带对凸自由曲面进行高阶切触式宽行磨抛加工示意，如图8 所示。l₂对应砂带宽度；设砂带周长l，且不可伸缩；驱动轮可沿两从动轮圆心连线的中垂线做受约束的直线运动。此时：

其中，R1为驱动轮1043的半径；R2为所述扇形柱面的包络角所在的包络圆的半径；α为0.5倍的包络角；β为述扇形柱面的包络角所在的包络圆圆心与从动轮圆心连线所在的直线及驱动轮与从动轮圆心连线所形成的的夹角。由上式可得，当机器人或机床夹持工件，并变换位姿使得近似扇形柱面如图8 所示，做进给运动时：主动控制量为x₃，顺应控制量为x₂，因变量γ。

在进行磨抛加工时，通常是将具有一定余量的工件去料加工到满足精度要求的范围内。

加工后几何形状的保证:

假设余量均匀分布，且通过控制x₃保证γ(对应图7的α/2)的前提下，将R₁由状态R₁ ⁰(工件初始状态)去料至状态R₁ ⁿ(工件期待加工成的状态)，与之相对应的为x₂由状态x₃ ⁰运动至状态x₃ ⁿ。此时，若R₁ ⁿ在精度要求范围内，即可表明加工后几何形状得到了保证。

加工表面受力保证：

在进行磨抛加工时，控制器根据力传感器对驱动电机轴受力的反馈，进过算法处理后，对运动模组进行运动控制，用以张紧或松弛砂带，来保证砂带包覆区域的法向正压力。

在其他实施方式中，在保证机构功能前提下，尺寸可以进行一定范围内的变化，以适应不同规格的待加工件。

在其他实施方式中，所述三维力传感器可以采用两个正交设置的一维拉压传感器。

本发明的磨抛方法，通过对凸自由曲面工件进行高阶切触式宽行高阶切触包络式划分为多个圆柱面，并结合三维力传感器实时测量反馈工件与砂带间的接触力，通过控制模块控制运动模块的运动参数及工件的运动姿态，实现对工件的宽行加工，提高了工作效率，控制简单，具有强撸棒性和高冗余性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高阶切触包络式磨抛加工装置，其特征在于，包括支架模块(2)、运动模块(3)、砂带驱动模块(1)、砂带(4)以及控制模块，其中，

所述支架模块(2)包括设于其上方的多个柔性从动单元；

所述运动模块(3)设于所述支架模块(2)上，该运动模块(3)包括滑块(301)以及用于驱动所述滑块(301)做往复进给的运动驱动单元；

所述砂带驱动模块(1)包括依次设于所述滑块(301)上方的三维力传感器(107)、柔性主动单元以及旋转编码器(101)，所述旋转编码器(101)用于检测所述柔性主动单元的转速，并将该转速反馈给所述控制模块，所述柔性主动单元与多个柔性从动单元形成平面结构，所述三维力传感器(107)用于检测工件与所述砂带(4)的接触力，并将该接触力反馈给所述控制模块，所述控制模块根据所述接触力实时调整所述运动模块(3)的顺应进给量；

所述砂带(4)套设在多个柔性从动单元及所述柔性主动单元的外表面，并在所述运动驱动单元的顺应运动中与对工件进行高阶切触包络，进而在所述柔性主动单元的驱动下转动以实现对工件的高阶切触包络式磨抛加工。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述柔性主动单元包括联轴器(103)和驱动机组(104)，所述联轴器(103)设于所述旋转编码器(101)与所述驱动机组(104)，用于连接所述旋转编码器(101)与所述驱动机组(104)。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述驱动机组(104)包括驱动轮(1043)、设于所述驱动轮(1043)内部的轮毂电机(1046)以及用于连接所述驱动轮(1043)和所述轮毂电机(1046)的轮毂电机附件组。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述砂带驱动模块(1)还包括用于支撑所述柔性主动单元的安装板组件，所述安装板组件包括设于所述旋转编码器(101)下方的第一安装板(102)、用于支撑所述驱动机组(104)的第二安装板(105)以及设于所述三维力传感器(107)下方的第四安装板(108)。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述运动驱动单元还包括滚珠丝杠(302)以及伺服电机(304)，所述滚珠丝杠(302)一端与所述滑块(301)连接，另一端与所述伺服电机(304)连接。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述运动驱动单元还包括设于所述滑块(301)下方的基座(303)，且所述基座(303)与所述滑块(301)可滑动的连接。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述柔性从动单元包括从动轮(204)、设于所述从动轮(204)里面的轴承(203)以及将所述从动轮(204)和所述从动轮(204)固定在所述支架模块(2)上的连接件。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述支架模块(2)包括呈对称布置且结构相同的两个支架单元，每个所述支架单元均包括第一支撑架(211)以及设于第一支撑架(211)上方的柔性从动单元；所述第一支撑架(211)为L形结构，所述柔性从动单元与所述柔性主动单元分别设于所述L形结构的两端，以保证两个所述柔性从动单元与所述柔性主动单元不共线；两个所述第一支撑架(211)通过设于两个所述第一支撑架(211)下方的第二支撑架(212)固定连接；

所述支架模块(2)还包括设于所述第一支撑架(211)与所述柔性从动单元之间，用于支撑所述柔性从动单元的支撑架组件。

9.一种高阶切触包络式磨抛加工方法，采用权利要求1-8任一项所述的装置实现，其特征在于，包括以下步骤：

S1对工件表面进行曲面划分，得到多个扇形柱面，并获取各个所述扇形柱面的加工位姿、包络角和磨抛量；

S2选择其中一个扇形柱面，由控制模块控制机械手夹持工件运动,使得所述扇形柱面调整到其对应的加工位姿，并保持所述加工位姿与所述砂带(4)接触；

S3所述控制模块根据所述扇形柱面的加工位姿，调整运动模块(3)进行顺应运动，避免力冲击，直至当所述扇形柱面与砂带(4)形成所述包络角；

S4柔性主动单元驱动所述砂带(4)运动，以进行磨抛加工，同时，旋转编码器(101)实时测量所述柔性主动单元的转速，并将该转速反馈给所述控制模块以获取所述砂带(4)的线速度；

S5三维力传感器(107)实时测量工件与所述砂带(4)的接触力并反馈给所述控制模块，所述控制模块根据所述接触力调整所述运动模块(3)进行顺应运动，使得磨抛加工过程中，所述砂带(4)与所述扇形柱面的接触力不变；

S6当所述扇形柱面的材料去除量达到磨抛量时，进入下一个扇形柱面的磨抛加工；

S7重复S2-S6,直至整个工件磨抛加工完成。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤S1中所述曲面划分的方法包括以下步骤：

S11根据工件表面的曲率线将工件表面参数化，得到曲面(u,ω)；

S12任取一条u向线上的线段L₁，且该线段L₁上任意相邻点P_i、P_i+1满足第一约束条件：

其中,k_1,i中为点P_i的曲率，k_1,i+1中为点P_i+1的曲率，P_o,i为P_i点做方向沿其曲率矢量、距离为其曲率半径的平移所得到的点，P_o,i+1为P_i+1点做方向沿其曲率矢量、距离为其曲率半径的平移所得到的点，n₁，m₁分别为线段L₁的起始点和终止点，δ₁和ξ₁为常数；

S13取ω向，且过线段L₁上任意点的线段L₂，且该线段L₂上任意相邻点P_j、P_j+1满足第二约束条件：

其中,k_2,j中为点P_j的曲率，k_2,j+1中为点P_j+1的曲率，P_o,j为P_j点做方向沿其曲率矢量、距离为其曲率半径的平移所得到的点，P_o,j+1为P_j+1点做方向沿其曲率矢量、距离为其曲率半径的平移所得到的点，n₂，m₂分别为线段L₂的起始点和终止点，δ₂和ξ₂为常数；

S14在线段L₁、L₂的区域内重复步骤S12和步骤S13，直至线段L₁、L₂的终点或约束不满足点终止，以获取u向线上的一组线段和ω向线上的一组线段，取所述u向线上的一组线段和ω向线上的一组线段的公共区域，得到扇形柱面。

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