CN113427399A - 末端执行器 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护的末端执行器,包括定平台、设于定平台上的三个气电混合驱动组件、及动平台，三个气电混合驱动组件以环形阵列的方式地设置在定平台上，其中每个气电混合驱动组件的伸缩部分别通过传动机构与动平台连接，以使三个气电混合驱动组件配合能够驱动动平台在三个方向上作相对于定平台的运动。本发明的末端执行器工作时能够实现3个方向的自动度，以稳定由该末端执行器带动的抛光工具与工件表面之间的接触力，对工件的表面达到均匀抛光的目的，进而使得应用有该末端执行器的抛光机器人适用于对表面具有不规则变化的连续曲面的工件的抛光，以满足企业的使用需求。

Description

末端执行器

技术领域

本发明属于抛光加工相关的技术领域，特别是涉及一种末端执行器。

背景技术

在机械加工制造和模具生产过程中，加工得到的工件表面通常会出现一些问题，例如表面粗糙、表面划伤和边缘毛刺等，这些问题严重地影响了工件的表面质量，从而降低产品的品质，严重地甚至会导致产品的报废。为此，针对于工件表面存在的上述问题，通常采用的方法是对加工后得到的工件表面进行抛光。

目前，现有的对工件表面抛光的方法主要为手动抛光、数控机床抛光和工业机器人抛光。传动的手动抛光加工效率低，不仅人工成本高，手动抛光的工作环境差，容易对抛光工人造成身体伤害，而且抛光质量不均匀，抛光精度过分地依赖于工人的工作经验和作业的熟练程度，难以满足企业对于工件表面抛光的使用需求；而数控机床抛光可以实现自动化，能有效减轻工人体力劳动，但是其工作空间小，灵活性差，数控机床的设备成本高，中小型企业难以接受其巨额成本。机器人抛光具备数控机床抛光的优点，同时还具有工作空间大，灵活性好，成本低等优点，所以采用机器人抛光是目前抛光打磨行业的主要发展趋势。

目前，现有的抛光机器人中用于力输出的末端执行器通常为直驱式，而待抛光工件的表面根据不同的使用需求会存在一些不规则变化的连续曲面，这样采用上述的末端执行器带动抛光工具与工件接触并抛光作业时，容易导致抛光工具与工件表面之间的接触力存在一定的变化，从而导致经由该末端执行器驱动的抛光工具的抛光作业的工件的表面出现过抛或者欠抛的现象，最终影响工件表面的质量。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中存在的技术问题，提供一种末端执行器。

具体地，一种末端执行器，包括定平台、设于所述定平台上的三个气电混合驱动组件、及动平台，三个所述气电混合驱动组件以环形阵列的方式地设置在所述定平台上，其中每个所述气电混合驱动组件的伸缩部分别通过传动机构与所述动平台连接，以使三个所述气电混合驱动组件配合能够驱动所述动平台在三个方向上作相对于所述定平台的运动。

在本发明中，通过三个气电混合驱动组件合理的结构设置，使得该末端执行器工作时能够利用三个气电混合驱动组件之间的配合达到对动平台三个方向上的运动驱动，以此实现该末端执行器工作时具有3个方向的自动度，以稳定由该末端执行器带动的抛光工具与工件表面之间的接触力，对工件的表面达到均匀抛光的目的，进而使得应用有该末端执行器的抛光机器人适用于对表面具有不规则变化的连续曲面的工件的抛光，以满足企业的使用需求。

作为本发明的优选方案，所述传动机构包括电机座、及用于连接所述电机座与所述动平台的连杆组件，所述电机座固定在所述气电混合驱动组件的伸缩部上，所述连杆组件的两端分别转动地连接于所述电机座及所述动平台。

在本发明中，将传动机构设为上述的结构，以此实现气电混合驱动组件的伸缩部与动平台之间的连接，使得每个气电混合驱动组件均能够通过传动机构达到对动平台运动的驱动，具有简化结构，便于该末端执行器整体结构的装配。

作为本发明的优选方案，所述连杆组件的数量为两个，两个所述连杆组件设置在所述电机座上位于所述动平台外围部分的两相对侧。

在本发明中，将连杆组件的数量设为两个，以此提高电机座与动平台之间连接的稳定性，进而具有提高气电混合驱动组件工作时对动平台运动驱动的稳定性的作用；同时两个连杆组件采用上述的位置设置，具有提高电机座伸缩运动时通过连杆组件驱动动平台运动的最大幅度的作用，以进一步满足对表面具有不规则变化的连续曲面的工件的抛光需求。

作为本发明的优选方案，所述连杆组件包括固接于所述电机座的第一虎克铰、固接于所述动平台的第二虎克铰、及用于连接所述第一虎克铰与所述第二虎克铰的连杆。

在本发明中，通过将连杆组件设为上述的结构设置，以此实现电机座与动平台之间连接，使得电机座能够通过连杆组件对动平台任意方向的运动驱动；而且虎克铰能够就地取材，起到降低该连杆组件生产成本的作用。

作为本发明的优选方案，所述气电混合驱动组件包括音圈电机、及设于所述音圈电机内的空气弹簧，所述音圈电机的动子设置为所述气电混合驱动组件的伸缩部，所述空气弹簧设置在所述音圈电机的中心位置，并且所述空气弹簧的缸体部及伸缩杆部分别与所述音圈电机的动子及所述定平台连接固定。

在本发明中，通过上述的结构设置，具体实现该气电混合驱动组件的结构设置，具有简化结构，便于装配连接的作用；同时该气电混合驱动组件工作时，空气弹簧能够辅助音圈电机的伸缩运动，以降低音圈电机的工作负载。

作为本发明的优选方案，所述气电混合驱动组件还包括两个拉伸弹簧，两个所述拉伸弹簧分居在所述音圈电机的两侧，并且每个所述拉伸弹簧的两端分别与所述电机座及定平台连接固定，用以对所述动平台进行重力平衡。

在本发明中，通过上述拉伸弹簧的结构设置，能够对动平台起到重力平衡的作用，使得该气电混合驱动组件对动平台的运动控制，不受该末端执行器安装方向的影响，具有进一步确保该末端执行器工作时对动平台运动控制的稳定。

作为本发明的优选方案，所述电机座上固接有连接凸耳，所述拉伸弹簧的一端通过所述连接凸耳固定在所述电机座上；及/或，所述定平台上螺接有连接螺杆，所述拉伸弹簧的另一端通过所述连接螺杆固定在所述定平台上。

在本发明中，通过上述的结构设置，具体实现该拉伸弹簧与电机座及定平台之间的连接固定，具有便于将拉伸弹簧装配至电机座与定平台上的作用；同时可利用连接螺杆与定平台之间的螺纹连接结构，对拉伸弹簧的松紧度进行调整，以进一步确保该拉伸弹簧对动平台的重力平衡。

作为本发明的优选方案，所述气电混合驱动组件还包括导轨组件，所述气电混合驱动组件通过所述导轨组件与所述定平台滑动连接，以对所述音圈电机上动子的伸缩运动进行导向限位。

在本发明中，利用上述的导轨组件对气电混合驱动组件工作时的伸缩运动的进行导向限位，确保音圈电机上动子工作时伸缩运动的直线性，以此提高该末端执行器工作时对三个气电混合驱动组件配合控制的精准度，具有进一步提高由该末端执行器带动的抛光工具与工件表面之间接触力的稳定性。

作为本发明的优选方案，所述气电混合驱动组件还包括光栅尺传感器，所述光栅尺传感器能够检测所述音圈电机上动子的移动速度及实时位置。

在本发明中，利用光栅尺传感器的结构特性，实现对音圈电机上动子的移动速度及实时位置的准确检测，以便于该末端执行器工作时对三个音圈电机的控制。

作为本发明的优选方案，所述气电混合驱动组件还包括三个限位开关，三个所述限位开关能够检测所述音圈电机上动子伸缩运动时的最大上行位置、零点初始位置和最大下行位置。

在本发明中，通过上述的结构设置，实现对该音圈电机上动子运动的最大上行位置、零点初始位置及最大下行位置进行检测并反馈信号，以满足该末端执行器工作时三个音圈电机控制的使用需求。

附图说明

图1为本发明一实施方式所提供的末端执行器的结构示意图。

图2为本发明一实施方式所提供的末端执行器另一视角的结构示意图。

图3为图2中A-A剖视图。

图4为图3中B-B剖视图。

图5为本发明中定平台的结构示意图。

其中，10、定平台；11、连接螺杆；20、气电混合驱动组件；21、音圈电机；211、动子；22、空气弹簧；23、拉伸弹簧；24、导轨组件；25、光栅尺传感器；26、限位开关；30、动平台；40、传动机构；41、电机座；411、连接凸耳；42、连杆组件；421、第一虎克铰；422、第二虎克铰；423、连杆。

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做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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本发明请求保护的末端执行器应用于抛光机器人上，能够实现对由该末端执行器驱动的抛光工具在三个方向的运动驱动，亦即实现该末端执行器3个自由度的控制。需要说明的是，上述所述的三个方向具体为X轴方向、Y轴方向及Z轴方向。

请参阅图1-图5，本发明一实施方式所提供的末端执行器，包括定平台10、设于定平台10上的三个气电混合驱动组件20、及动平台30。

在本实施方式中，本实施方式的三个气电混合驱动组件20以环形阵列的方式设置在定平台10上，其中每个气电混合驱动组件20的伸缩部分别通过传动机构40与动平台30连接，以使三个气电混合驱动组件20配合能够驱动动平台30在三个方向上作相对于定平台10的运动。

可以理解，本实施方式的末端执行器通过三个气电混合驱动组件20合理的结构设置，使得该末端执行器工作时能够利用三个气电混合驱动组件20之间的配合达到对动平台30三个方向上的运动驱动，以此实现该末端执行器工作时具有3个方向的自动度，以稳定由该末端执行器带动的抛光工具(图未示)与工件(图未示)表面之间的接触力，对工件的表面达到均匀抛光的目的，进而使得应用有该末端执行器的抛光机器人适用于对表面具有不规则变化的连续曲面的工件的抛光，以满足企业的使用需求。需要说明的是，该末端执行器应用于抛光机器人中，抛光工具设置在末端执行器上动平台30上，使得抛光机器人工作时，末端执行器能够通过动平台30带动抛光工具与工件接触并抛光作业。

其中，本实施方式的传动机构40包括电机座41、及用于连接电机座41与动平台30的连杆组件42，电机座41固定在气电混合驱动组件20的伸缩部上，连杆组件42的两端分别转动地连接于电机座41及动平台30，以此实现气电混合驱动组件20的伸缩部与动平台30之间的连接，使得每个气电混合驱动组件20均能够通过传动机构40达到对动平台30运动的驱动，具有简化结构，便于该末端执行器整体结构的装配。

具体地，本实施方式的连杆组件42的数量为两个，两个连杆组件42设置在电机座41上位于动平台30的两相对侧。

可以理解，本实施方式的末端执行器将连杆组件42的数量设为两个，以此提高电机座41与动平台30之间连接的稳定性，进而具有提高气电混合驱动组件20工作时对动平台30运动驱动的稳定性；同时将两个连杆组件42与电机座41相连接的部位设置在电机座41位于动平台30外围的位置，具有提高电机座41伸缩运动时通过连杆组件42驱动动平台30的最大幅度的作用，以进一笔步满足对表面具有不规则变化的连续曲面的工件的抛光需求。

其中，本实施方式的连杆组件42包括固接于电机座41的第一虎克铰421、固接于动平台30的第二虎克铰422、及用于连接第一虎克铰421与第二虎克铰422的连杆423。以此实现电机座41与动平台30之间连接，使得电机座41能够通过连杆组件42对动平台30任意方向的运动驱动；而且虎克铰能够就地取材，起到降低该连杆组件42生产成本的作用。需要说明的是，本实施方式的连杆组件42不局限采用虎克铰的连接方式，对本领域技术人员来说，可采用球铰链、柔性铰链的连接的方式，在此就不展开阐述。

在本实施方式中，本实施方式的气电混合驱动组件20包括音圈电机21、及设于音圈电机21内的空气弹簧22，音圈电机21的动子211设置为气电混合驱动组件20的伸缩部，空气弹簧22设置在音圈电机21的中心位置，并且空气弹簧22的缸体部及伸缩杆部分别与音圈电机21的动子211及定平台10连接固定。以此实现该气电混合驱动组件20的具体结构设置，具有简化结构，便于装配连接的作用；同时该气电混合驱动组件20工作时，空气弹簧22能够辅助音圈电机21的伸缩运动，以降低音圈电机21的工作负载。需要说明的是，本实施方式的气电混合驱动组件20的结构不局限为图示所示，对本领域技术人员来说，可将音圈电机21设为直线驱动电机，将空气弹簧22的数量设为多个，多个空气弹簧22的中心线设置在音圈电机21的中心位置，在此就不展开阐述。

作为本发明的优选方案，本实施方式的气电混合驱动组件20还包括两个拉伸弹簧23，两个拉伸弹簧23分居在音圈电机21的两侧，并且每个拉伸弹簧23的两端分别与电机座41及定平台10连接固定，用以对动平台30进行重力平衡。也就是说，本实施方式的末端执行器利用拉伸弹簧23对电机座41作相对于定平台10的弹性拉动，使得该气电混合驱动组件20对动平台30的运动控制，不受该末端执行器安装方向的影响，具有进一步确保该末端执行器工作时对动平台30运动控制的稳定。当然，拉伸弹簧23的数量也不局限为图示所示的两个，对本领域技术人员来说，可将拉伸弹簧23的数量设为三个、四个、甚至更多个，且多个拉伸弹簧23的中心线设置在音圈电机21的中心线上。

本实施方式的电机座41上固接有连接凸耳411，拉伸弹簧23的一端通过连接凸耳411固定在电机座41上；及/或，定平台10上螺接有连接螺杆11，拉伸弹簧23的另一端通过连接螺杆11固定在定平台10上。以此实现该拉伸弹簧23与电机座41及定平台10之间的连接固定，具有便于将拉伸弹簧23装配至电机座41与定平台10上的作用；同时可利用连接螺杆11与定平台10之间的螺纹连接结构，对拉伸弹簧23的松紧度进行调整，以进一步确保该拉伸弹簧23对动平台30的重力平衡。

其中，本实施方式的气电混合驱动组件20还包括导轨组件24，气电混合驱动组件20通过导轨组件24与所述定平台10滑动连接，以对音圈电机21上动子211的伸缩运动进行导向限位。以此确保音圈电机21上动子211工作时伸缩运动的直线性，以此提高该末端执行器工作时对三个气电混合驱动组件20配合控制的精准度，具有进一步提高由该末端执行器带动的抛光工具与工件表面之间接触力的稳定性。

具体地，本实施方式的导轨组件24包括固接于电机座41两侧的滑块(图未示)、及设于定平台10上的滑轨(图未示)，滑块滑动地连接于定平台10的滑轨，利用滑块与滑轨之间的配合，实现该定平台10对音圈电机21上动子211带动电机座41的伸缩运动进行导向限位。需要说明的是，每个滑轨配合的滑块的数量为两个，在确保音圈电机21上动子211带动电机座41伸缩运动直线性的基础上，提高了该气电混合驱动组件20运动的响应灵敏度的作用。

另外，本实施方式的气电混合驱动组件20还包括光栅尺传感器25，光栅尺传感器25能够检测音圈电机21上动子211的移动速度及实时位置。使得该末端执行器能够利用光栅尺传感器25的结构特性，实现对音圈电机21上动子211的移动速度及实时位置的准确检测，以便于该末端执行器工作时对三个音圈电机21的控制。其中，本实施方式的光栅尺传感器25上光栅尺具体固定在电机座41上，而光栅尺传感器25的读数头则固定在定平台10上。

且，本实施方式的气电混合驱动组件20还包括三个限位开关26，三个限位开关26能够检测音圈电机21上动子211伸缩运动时的最大上行位置、零点初始位置和最大下行位置，使得该末端执行器工作时，实现对该音圈电机21上动子211运动的最大上行位置、零点初始位置及最大下行位置进行检测并反馈信号，并配合上述的光栅尺传感器25使用，以满足该末端执行器工作时三个音圈电机21控制的使用需求。

具体地，本实施方式的限位开关26具体为激光位移传感器，三个激光位移传感器依次间隔设置，且电机座41具有匹配于激光位移传感器的信号板，并通过信号板途经激光位移传感器时被激光位移传感器检测到并阐述反馈信号，在此就不展开阐述。

另外，需要说明的是，为了便于电机座41与音圈电机21上动子211、导轨组件24、光栅尺传感器25及限位开关26之间的装配连接，具体可将电机座41设置为匹配于音圈电机21上动子211的结构，并在该电机座41的两相对侧分别向下延伸并形成有延伸凸部，导轨组件24、光栅尺传感器25及限位开关26具体可通过与电机座41上延伸凸部之间的配合达到相应的功能，在此就不展开阐述。

本实施方式的电机座41具体固定在音圈电机21的动子211上，且电机座41具体通过导轨组件24与定平台10滑动连接，光栅尺传感器25具体可通过电机座41实现对音圈电机21上动子211的运动控制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种末端执行器，其特征在于，包括定平台(10)、设于所述定平台(10)上的三个气电混合驱动组件(20)、及动平台(30)，三个所述气电混合驱动组件(20)以环形阵列的方式地设置在所述定平台(10)上，其中每个所述气电混合驱动组件(20)的伸缩部分别通过传动机构与所述动平台(30)连接，以使三个所述气电混合驱动组件(20)配合能够驱动所述动平台(30)在三个方向上作相对于所述定平台(10)的运动。

2.根据权利要求1所述的末端执行器，其特征在于，所述传动机构包括电机座(41)、及用于连接所述电机座(41)与所述动平台(30)的连杆组件(42)，所述电机座(41)固定在所述气电混合驱动组件(20)的伸缩部上，所述连杆组件(42)的两端分别转动地连接于所述电机座(41)及所述动平台(30)。

3.根据权利要求2所述的末端执行器，其特征在于，所述连杆组件(42)的数量为两个，两个所述连杆组件(42)设置在所述电机座(41)上位于所述动平台(30)外围部分的两相对侧。

4.根据权利要求2或3所述的末端执行器，其特征在于，所述连杆组件(42)包括固接于所述电机座(41)的第一虎克铰(421)、固接于所述动平台(30)的第二虎克铰(422)、及用于连接所述第一虎克铰(421)与所述第二虎克铰(422)的连杆(423)。

5.根据权利要求2所述的末端执行器，其特征在于，所述气电混合驱动组件(20)包括音圈电机(21)、及设于所述音圈电机(21)内的空气弹簧(22)，所述音圈电机(21)的动子(211)设置为所述气电混合驱动组件(20)的伸缩部，所述空气弹簧(22)设置在所述音圈电机(21)的中心位置，并且所述空气弹簧(22)的缸体部及伸缩杆部分别与所述音圈电机(21)的动子(211)及所述定平台(10)连接固定。

6.根据权利要求5所述的末端执行器，其特征在于，所述气电混合驱动组件(20)还包括两个拉伸弹簧(23)，两个所述拉伸弹簧(23)分居在所述音圈电机(21)的两侧，并且每个所述拉伸弹簧(23)的两端分别与所述电机座(41)及定平台(10)连接固定，用以对所述动平台(30)进行重力平衡。

7.根据权利要求6所述的末端执行器，其特征在于，所述电机座(41)上固接有连接凸耳(411)，所述拉伸弹簧(23)的一端通过所述连接凸耳(411)固定在所述电机座(41)上；及/或，所述定平台(10)上螺接有连接螺杆(11)，所述拉伸弹簧(23)的另一端通过所述连接螺杆(11)固定在所述定平台(10)上。

8.根据权利要求5所述的末端执行器，其特征在于，所述气电混合驱动组件(20)还包括导轨组件(24)，所述气电混合驱动组件(20)通过所述导轨组件(24)与所述定平台(10)滑动连接，以对所述音圈电机(21)上动子(211)的伸缩运动进行导向限位。

9.根据权利要求5所述的末端执行器，其特征在于，所述气电混合驱动组件(20)还包括光栅尺传感器(25)，所述光栅尺传感器(25)能够检测所述音圈电机(21)上动子(211)的移动速度及实时位置。

10.根据权利要求5所述的末端执行器，其特征在于，所述气电混合驱动组件(20)还包括三个限位开关(26)，三个所述限位开关(26)能够检测所述音圈电机(21)上动子(211)伸缩运动时的最大上行位置、零点初始位置和最大下行位置。

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