CN111136543B - 一种磨抛力控末端执行装置 - Google Patents

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Abstract

本发明一种磨抛力控末端执行装置，包括外壳、气动主轴、砂轮、气缸、移动活塞、拉压力传感器、第一限位部和第二限位部；气动主轴竖直贯穿外壳，与外壳不固定；气动主轴的末端露在外壳外，与固定有砂轮，气动主轴的进气端与外部气罐或气泵密封连接；移动活塞套装在气动主轴的缸筒上，移动活塞位于外壳内；气缸位于外壳内部，气缸的伸缩杆上固定有拉压力传感器，气缸的伸缩杆的末端能对移动活塞施加水平方向和竖直方向的力；外壳的侧壁上开有弧形方孔，外壳在弧形方孔的位置设有外罩；第一限位部和第二限位部分别对移动活塞进行水平和竖直方向的限位。该装置通过一个气缸实现移动活塞水平和竖直两个方向的运动，进而实现对砂轮两个维度的力控。

Description

一种磨抛力控末端执行装置
技术领域
本发明涉及机器人自动化磨抛设备领域，具体是一种磨抛力控末端执行装置。
背景技术
打磨和抛光作为工件生产的重要环节，合金工件的制造过程中，打磨、抛光加工直接决定了工件最终的表面质量。目前打磨和抛光工作仍以人工作业为主，劳动强度大、工作环境恶劣，人力成本的增加和招工难正严重制约本领域企业的生产和发展。而要实现自动化、智能化的磨抛技术，关键问题之一就在于对磨抛力的控制。现有的力控末端执行装置，也存在着自由度少、结构复杂、精度低、力控过程中容易产生干涉等问题。
申请号为201510522550.4的文献公开了一种工业机器人抛磨作业的力控法兰、及抛磨方法，包括上基座、下基座、空气弹簧和比例阀，通过比例阀对空气弹簧内的压强进行调节；由于空气弹簧只能在竖直方向上伸缩调节，只具有一个自由度，不能实现磨抛刀具侧面磨抛力的调节，而且空气弹簧很容易在磨抛过程中引起不必要的震动。
申请号为201910386435.7的文献公开了一种气电混合驱动的刚柔混合型力控末端执行器，包括定平台、动平台以及位于两个平台之间的三个结构相同的PPS支链，每条PPS支链包括由音圈电机驱动的主动关节和由柔性铰链组成的被动关节；该执行器可以实现与工件之间的恒定接触力的控制；但是该末端执行器也是只能实现竖直方向上的单自由度的力控，而且结构复杂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种磨抛力控末端执行装置；该执行装置主要采用气缸推动移动活塞在水平或竖直方向上移动，使砂轮水平或竖直移动，实现磨抛过程中水平和竖向两个方向的力控，提升了磨抛的质量。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，一种磨抛力控末端执行装置，其特征在于，包括外壳、气动主轴、砂轮、气缸、移动活塞、拉压力传感器、第一限位部和第二限位部；
所述外壳通过法兰与机械臂的末端固连；气动主轴竖直贯穿外壳，与外壳不固定；气动主轴的末端露在外壳外，末端固定有砂轮，气动主轴的进气端通过转接头和导气管与外部气罐或气泵密封连接；移动活塞套装在气动主轴的缸筒上，移动活塞位于外壳内；气缸位于外壳内部，与外壳的顶部固连；气缸的伸缩杆上固定有拉压力传感器，气缸的伸缩杆的末端能对移动活塞施加水平方向和竖直方向的力，使移动活塞水平和竖直滑动；外壳的侧壁上开有弧形方孔，弧形方孔的高度大于或等于移动活塞的高度；外壳在弧形方孔的位置设有外罩，使移动活塞与外罩之间形成用于移动活塞水平滑动的空腔；第一限位部对移动活塞进行水平方向的限位，第二限位部对移动活塞进行竖直方向的限位。
所述移动活塞上未安装气动主轴的区域设有斜切面，斜切面上开有沿斜切面切向的滑槽，滑槽恰好处于气缸的正下方，滑槽内设有滑块，滑块固定在气缸的伸缩杆的末端。
所述滑块为斜四棱柱，气缸的伸缩杆垂直于滑块的上表面，滑块的倾斜侧面能与滑槽底面接触。
所述滑槽的开口上固定有滑块盖板，气缸的伸缩杆穿透滑块盖板连接滑块。
所述第一限位部包括横向电磁锁、横向电磁锁安装板和横向限位板，横向电磁锁安装板固定在外壳的外表面，横向电磁锁固定在横向电磁锁安装板上，横向电磁锁与外接电源电连接；横向电磁锁的输出轴穿过外罩，伸入外壳内；横向限位板固定在横向电磁锁的输出轴的末端。
所述第二限位部包括竖向电磁锁和竖向限位板；竖向电磁锁固定在外壳的内壁上，竖向电磁锁与外接电源电连接；竖向电磁锁的输出轴上固定有竖向限位板，竖向限位板能上下移动。
所述移动活塞的外壁和外壳的内壁均为圆形，移动活塞的外径等于外壳的内径。
移动活塞由左、右两部分构成，左、右两部分分别开有凹槽。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)本发明通过一个气缸就可以实现移动活塞水平和竖直两个方向的运动，进而实现对砂轮两个维度的力控，避免了常规磨抛末端采用两个动力机构实现两个方向的力控容易产生的干涉问题，结构更加简单。
(2)本发明结构紧凑，气缸的伸缩杆与气动主轴均安装在移动活塞上，减小了气缸的伸缩杆与气动主轴之间的横向距离，可以大大减小磨抛过程中发生偏载对磨抛质量的影响。
(3)本发明将与机械臂末端连接的位置设置在外壳的中部，可以大大减少磨抛过程中所产生的倾覆力矩。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明去掉外壳后的结构示意图；
图3是本发明去掉外壳后的左视图；
图4是本发明图1中位置I的局部放大图；
图5是本发明的移动活塞的结构示意图；
图6是本发明的滑块的结构示意图；
图7是本发明的外壳的结构示意图；
附图标记说明：1.滑槽；2.转接头；3.外壳；4.横向电磁锁；5.横向电磁锁安装板；6.气动主轴；7.砂轮；8.竖向电磁锁；9.法兰；10.气缸；11.移动活塞；12.横向限位板；13.竖向限位板；14.滑块盖板；15.滑块；16.拉压力传感器；17.外罩；18.空腔；19.限位槽；20.通孔； 21.凹槽。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请的保护范围。
本发明提供了一种磨抛力控末端执行装置(简称执行装置，参见图1-7)，包括外壳3、气动主轴6、砂轮7、气缸10、移动活塞11、拉压力传感器16、第一限位部和第二限位部；
所述外壳3为中空型，底部开口，外壳3的中部通过法兰9与机械臂的末端固连；气动主轴6竖直贯穿外壳3，与外壳3不固定；气动主轴6的末端露在外壳3外且固定有砂轮7，气动主轴6的顶部通过转接头2和导气管与外部气罐或气泵密封连接；移动活塞11上设有竖直的通孔20，气动主轴6的缸筒穿过通孔20与移动活塞11固定，移动活塞11位于外壳 3内；气缸10位于外壳3内部，与外壳3的顶部固连；气缸10的伸缩杆上固定有拉压力传感器16，气缸10的伸缩杆的末端能在移动活塞11上滑动，能对移动活塞11施加水平方向或竖直方向的力，使移动活塞11能在外壳3内水平或竖直滑动；第一限位部的一端能对移动活塞11进行水平方向的限位；第二限位部能对移动活塞11进行竖直方向的限位。
所述第一限位部包括横向电磁锁4、横向电磁锁安装板5和横向限位板12，横向电磁锁安装板5固定在外壳3的外侧，横向电磁锁4固定在横向电磁锁安装板5上，横向电磁锁4与外接电源电连接；横向电磁锁4的输出轴的末端穿过外壳连接横向限位板12；横向电磁锁4通电，横向电磁锁4的输出轴伸长，通过横向限位板12对移动活塞11进行水平限位。
所述第二限位部包括竖向电磁锁8和竖向限位板13；外壳3内壁的下部设有竖向的限位槽19，竖向电磁锁8固定在外壳3的限位槽19内，竖向电磁锁8的输出轴竖直，竖向电磁锁8与外接电源电连接；竖向电磁锁8的输出轴上固定有竖向限位板13，竖向限位板13与竖向电磁锁8的输出轴垂直；竖向限位板13的一侧位于外壳3的限位槽19内，竖向限位板 13能在限位槽19内滑动；竖向电磁锁8通电，竖向电磁锁8的输出轴伸长，竖向限位板13 向上滑动对移动活塞11进行竖直限位。
所述气缸10的伸缩杆的末端固定有滑块15，移动活塞11上设有斜切面，斜切面上设有与滑块15配合的滑槽1；滑槽1的开口上固定有滑块盖板14，对滑块15进行限位；气缸10的伸缩杆穿透滑块盖板14，带动滑块15在滑槽1内滑动。
所述滑块15为斜四棱柱，滑块15位于滑槽1内，使滑块15的底面水平，保证气缸10对移动活塞11施加竖直方向的力。
所述移动活塞11的外壁和外壳3的内壁均为圆形，移动活塞11的外壁与外壳3的内壁接触；外壳3的外壁上开有弧形方孔，弧形方孔的高度大于或等于移动活塞11的高度；外壳3在弧形方孔的位置焊接有外罩17，外罩17的底面与弧形方孔的下檐平齐，使移动活塞11能沿着外罩17的底面水平滑动，初始位置时移动活塞11的底面与弧形方孔的下檐平齐；外罩17与外壳3的外壁之间具有空腔18，空腔18用于移动活塞11的水平滑动，空腔18的厚度与外壳3的壁厚即为移动活塞11水平滑动的距离。
为了方便安装，移动活塞11由左、右两部分构成，两部分通过螺钉固定且两部分在中间形成通孔20；左、右两部分上分别开有凹槽21，以减轻移动活塞11的重量；左半部分避开凹槽的区域上设有斜切面。
所述横向限位板12呈圆弧形状，与移动活塞11的外壁相适应，与移动活塞11形成面接触，增加稳定性。
所述拉压力传感器16的型号为欧路达AT8202-100N；横向电磁锁4和竖向电磁锁8采用赛瑞LY-01型电磁锁。
本发明的工作原理和工作流程是：
本执行装置能对砂轮7的侧面以及底部进行两个方向的力控，当利用砂轮7的侧面进行磨抛时，则需要砂轮7的侧面对待磨抛面施加力，需要控制移动活塞11水平运动，带动砂轮7水平运动，竖向电磁锁8通电伸长，竖向限位板13向上移动且顶着移动活塞11的底部，对移动活塞11进行竖直限位，使移动活塞11只能水平运动；此时横向电磁锁4不工作，横向限位板12与移动活塞11之间无作用力，第一限位部退回到初始位置(横向电磁锁收回状态)，为水平移动提供空间；然后气缸10的伸缩杆伸长，通过滑块15对移动活塞11施加力，使移动活塞11水平移动，带动气动主轴6水平移动，使砂轮7的侧面与待磨抛面接触并对待磨抛面施加力；若忽略移动活塞11水平运动的摩擦力，已知移动活塞11斜切面的倾角，则可以根据拉压力传感器16测得的数值，换算出砂轮7侧面磨抛力的大小；通过气缸 10的伸缩杆的伸缩长度，调节砂轮7磨抛力的大小，以实现砂轮7侧面的力控；
当利用砂轮7的底面进行磨抛时，需要砂轮7的底面对待磨抛面施加力，则需要控制移动活塞11竖直移动，带动砂轮7上下运动，此时横向电磁锁4通电伸长，横向限位板12向左移动且顶着移动活塞11的侧面，移动活塞11进行水平限位，使移动活塞11只能竖向移动；此时竖向电磁锁8不工作，竖向限位板13与移动活塞11之间无作用力，第二限位部退回到初始位置(竖向电磁锁收回状态)，为竖直移动提供空间；气缸10的伸缩杆伸长，通过滑块15对移动活塞11施加力，使移动活塞11竖直移动，带动气动主轴6竖直移动，使砂轮7 的底面与待磨抛面接触并对待磨抛面施加力；若忽略移动活塞11竖直运动的摩擦力，已知移动活塞11斜切面的倾角，则可以根据拉压力传感器16测得的数值，换算出砂轮7底面磨抛力的大小；通过气缸10的伸缩杆的伸缩长度，调节砂轮7磨抛力的大小，以实现砂轮7 底面的力控。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (9)

1.一种磨抛力控末端执行装置，其特征在于，包括外壳、气动主轴、砂轮、气缸、移动活塞、拉压力传感器、第一限位部和第二限位部；
所述外壳通过法兰与机械臂的末端固连；气动主轴竖直贯穿外壳，与外壳不固定；气动主轴的末端露在外壳外，末端固定有砂轮，气动主轴的进气端通过转接头和导气管与外部气罐或气泵密封连接；移动活塞套装在气动主轴的缸筒上，移动活塞位于外壳内；气缸位于外壳内部，与外壳的顶部固连；气缸的伸缩杆上固定有拉压力传感器，气缸的伸缩杆的末端能对移动活塞施加水平方向和竖直方向的力，使移动活塞水平和竖直滑动；外壳的侧壁上开有弧形方孔，弧形方孔的高度大于或等于移动活塞的高度；外壳在弧形方孔的位置设有外罩，使移动活塞与外罩之间形成用于移动活塞水平滑动的空腔；第一限位部对移动活塞进行水平方向的限位，第二限位部对移动活塞进行竖直方向的限位；
所述移动活塞上未安装气动主轴的区域设有斜切面，斜切面上开有沿斜切面切向的滑槽，滑槽恰好处于气缸的正下方，滑槽内设有滑块，滑块固定在气缸的伸缩杆的末端。
2.根据权利要求1所述的磨抛力控末端执行装置，其特征在于，所述滑块为斜四棱柱，气缸的伸缩杆垂直于滑块的上表面，滑块的倾斜侧面能与滑槽底面接触。
3.根据权利要求1所述的磨抛力控末端执行装置，其特征在于，所述滑槽的开口上固定有滑块盖板，气缸的伸缩杆穿透滑块盖板连接滑块。
4.根据权利要求1所述的磨抛力控末端执行装置，其特征在于，所述第一限位部包括横向电磁锁、横向电磁锁安装板和横向限位板，横向电磁锁安装板固定在外壳的外表面，横向电磁锁固定在横向电磁锁安装板上，横向电磁锁与外接电源电连接；横向电磁锁的输出轴穿过外罩，伸入外壳内；横向限位板固定在横向电磁锁的输出轴的末端。
5.根据权利要求1所述的磨抛力控末端执行装置，其特征在于，所述第二限位部包括竖向电磁锁和竖向限位板；竖向电磁锁固定在外壳的内壁上，竖向电磁锁与外接电源电连接；竖向电磁锁的输出轴上固定有竖向限位板，竖向限位板能上下移动。
6.根据权利要求5所述的磨抛力控末端执行装置，其特征在于，所述外壳内壁的下部设有竖向的限位槽，竖向电磁锁固定在限位槽内，竖向限位板的一侧位于限位槽内，竖向限位板能在限位槽内滑动。
7.根据权利要求1所述的磨抛力控末端执行装置，其特征在于，所述移动活塞的外壁和外壳的内壁均为圆形，移动活塞的外径等于外壳的内径。
8.根据权利要求1所述的磨抛力控末端执行装置，其特征在于，所述移动活塞由左、右两部分构成，左、右两部分分别开有凹槽。
9.根据权利要求1所述的磨抛力控末端执行装置，其特征在于，该执行装置能对砂轮的侧面以及底部进行两个方向的力控，当利用砂轮的侧面进行磨抛时，则需要砂轮的侧面对待磨抛面施加力，需要控制移动活塞水平运动，带动砂轮水平运动，第二限位部对移动活塞进行竖直限位，使移动活塞只能水平运动；第一限位部与移动活塞之间无作用力；然后气缸的伸缩杆伸长，通过滑块对移动活塞施加力，使移动活塞水平移动，带动气动主轴水平移动，使砂轮的侧面与待磨抛面接触并对待磨抛面施加力；
当利用砂轮的底面进行磨抛时，需要砂轮的底面对待磨抛面施加力，则需要控制移动活塞竖直移动，带动砂轮上下运动，此时第一限位部顶着移动活塞的侧面，移动活塞进行水平限位，使移动活塞只能竖向移动；此时第二限位部与移动活塞之间无作用力；气缸的伸缩杆伸长，通过滑块对移动活塞施加力，使移动活塞只能竖直移动，带动气动主轴竖直移动，使砂轮的底面与待磨抛面接触并对待磨抛面施加力。
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