CN208084111U - 自适应法兰acf - Google Patents

Abstract

自适应法兰ACF，金属壳体为抽屉式结构，磁环式位移传感器、倾角传感器和压力传感器的信号输出端子分别和数字信号处理器的信号输入端子连接，数字信号处理器的信号输出端子分别和第一、二流量调节阀的信号输入端子连接。压力传感器装设在气缸上，气缸上的活塞杆左侧通过第一管路和外设的恒压力气源的一个出气口连通,气缸上的活塞杆右侧通过第二管路和外设的恒压力气源的另一个出气口连通,第一流量调节阀装设在第一管路上，第二流量调节阀装设在第二管路上。本装置可以应用在工业自动化中接触作业的主动式操作装置中，保持加工工具与被加工工件表面具有恒定的接触力，此接触力可预先设置。

Description

自适应法兰ACF

技术领域

本实用新型属于法兰领域，特别一种自适应法兰ACF。

背景技术

对于机器代替人工的自动化表面作业处理，例如表面磨削，为确保整个工艺过程的加工质量，需要恒力进行加工或按沿加工轨迹进行期望力跟踪。传统的人工方式，技术工人凭经验来保证质量，同时具有人力成本高，工作环境危害大，加工质量一致性差等缺点。

对于现代的力输出控制系统，在安装于机器人手臂上的机具与被接触表面都会产生一种具有冲击波性状的接触力。对于低端加工，此问题可忽略。但对于加工精度要求较高或被加工表面或工件较为敏感的情况下，会造成被加工表面出现瑕疵或者工件破损的情况。因此这种接触时产生的冲击力是理所应当被消除的。

现有的输出力控制系统在高频率干扰的情况下，往往缺乏快速反映特性，因为其可调节的机构具有一定的惯性，需要相应的反映时间。对于标准的工业机器人，属于刚性系统，轨迹调整过程中即使产生微小的误差，也会造成接触力巨大的偏差，产生不被期望的后果。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种自适应法兰ACF，为机械臂或其他可能的自动化装置提供一种主动式的力补偿装置，使加工工具可以在零冲击的情况下接触到被加工表面，同时在整个加工过程中对接触力进行恒定补偿，或可以根据力指令进行缓慢的变化补偿。

采用的技术方案是：

自适应法兰ACF，包括金属壳体、控制机构和执行机构，控制机构为已知技术，控制机构包括数字信号处理器，数字信号处理器安装在电路板上，电路板安装在金属壳体内，其特征在于：

金属壳体为抽屉式结构，控制机构和执行机构按照设计要求装设在金属壳体内的设定位置上。

执行机构，包括压力传感器、磁环式位移传感器、倾角传感器、数字信号处理器、气缸、第一流量调节阀和第二流量调节阀，磁环式位移传感器、倾角传感器和压力传感器的信号输出端子分别和数字信号处理器的信号输入端子连接，数字信号处理器的信号输出端子分别和第一流量调节阀和第二流量调节阀的信号输入端子连接。压力传感器装设在气缸上，气缸上的活塞杆左侧通过第一管路和外设的恒压力气源的一个出气口连通, 气缸上的活塞杆右侧通过第二管路和外设的恒压力气源的另一个出气口连通,第一流量调节阀装设在第一管路上，第二流量调节阀装设在第二管路上。

在金属壳体的外壁上装设有一个控制线接插件。

气缸是本装置的气动执行机构，通过两个流量调节阀来控制流入气缸两侧的压缩空气气体流量，恒压力气源是整个装置的压缩空气来源。压力传感器检测加工工具和被加工工件之间的压力。

数字信号处理器分别通过线性调节两个流量阀，来控制气缸两侧的气缸气体密度，进而控制气缸两侧的压力差行程输出拉力或者推力，同时数字信号处理器通过读取压力传感器反馈量来对装置输出力大小进行闭环控制。

装置内部设计选用了双流量调节阀设计，每个流量调节阀分别与气缸一侧相连，对气缸两侧压力实现了同时独立控制，以此保证了装置极高的动态响应特性和稳态精度。利用非线性控制方法，使整个装置保证了很高的动态特性。

数字信号处理器为本实用新型装置的计算处理单元、执行全部装置内部的逻辑和判断，及参数的存储，采集各个传感器的反馈信息，包括压力传感器、倾角传感器和位移传感器，数字信号处理器将采集各个反馈数据，进行计算，生成控制量发送给两个流量控制阀，保证气缸两侧的气体压力差，形成正确的输出力来跟踪力指令。

其优点在于：金属壳体通过类似抽屉式的推拉结构，可使整个装置具备很高的载荷自重比，可承受较大扭矩，同时又保证较为轻便的重量设计。本装置可以应用在工业自动化中接触作业的主动式操作装置中，主要工作内容是保持加工工具与被加工工件表面具有恒定的接触力，此接触力可预先设置。例如磨削领域中，使用机器人遵循编程轨迹对表面进行作业处理，在打磨工具处于快速旋转的情况下，仍然可以保证打磨工具同被加工工件或表面具有良好的恒定接触力。本装置的外观结构是全金属材质的长方型结构，将整个装置密封起来，使之具备IP54的防护等级。

附图说明

图1 为本装置的一个具体使用实例结构示意图。

图2 为装置内部主要器件布局图。

图3 为整个装置结构示意图。

具体实施方式

自适应法兰ACF，包括金属壳体1、控制机构和执行机构，控制机构为已知技术，控制机构包括数字信号处理器7，数字信号处理器7安装在电路板13上。电路板13安装在金属壳体1内，其特征在于：

金属壳体1为抽屉式结构，控制机构和执行机构按照设计要求装设在金属壳体1内的设定位置上。

执行机构，包括压力传感器2、磁环式位移传感器3、倾角传感器6、气缸8、第一流量调节阀4和第二流量调节阀5，磁环式位移传感器3、倾角传感器6和压力传感器2的信号输出端子分别和数字信号处理器7的信号输入端子连接，电路板13固设在金属壳体1内部的一个角上，以此来达到优化空间的目的，同时利用壳体的矩形结构，电路板13可以得到很好的固定。数字信号处理器7的信号输出端子分别和第一流量调节阀4和第二流量调节阀5的信号输入端子连接。压力传感器2装设在气缸8上，气缸8上的活塞杆左侧通过第一管路10和外设的恒压力气源9的一个出气口连通, 气缸8上的活塞杆右侧通过第二管路11和外设的恒压力气源9的另一个出气口连通,第一流量调节阀4装设在第一管路10上，第二流量调节阀5装设在第二管路11上。气缸8安装在金属壳体1内部的中间位置，中间位置的安放有助于内部气路长度优化。磁环式位移传感器3安装在气缸8的侧面，有助于准确得到位移数据；第一流量调节阀4和第二流量调节阀5分别安装在气缸8的两侧，倾角传感器6安置在第一流量调节阀4和第二流量调节阀5的中间，负责采集当前装置在重力方向上的夹角。

在金属壳体1的外壁上装设有一个控制线接插件14。

六轴工业机器人的手臂15通过转接法兰16与自适应法兰ACF17相紧固在一起，工具侧法兰18与加工工具19紧固相连。机器人通过预先编程，使机械臂15沿着预定的轨迹在被加工工件20上移动，移动过程中所造成的倾角变化，以及被加工工件20表面的凹凸变化所造成的接触力变化，均由自适应法兰ACF17予以补偿。在加工工具19刚接触到被加工工件20表面的时候，会无法避免的在产生一定冲击力，这样的冲击力很难得到良好的控制，精确的接触力控制对工业机器人来讲，受限于机器人自身的控制。本装置可以很好的解决这个问题。自适应法兰ACF17始终被安装在机械臂15轴法轴线垂直的平面上，具备一定行程范围的位移补偿能力。其目的在于当机械臂15存在移动误差或者被加工工件20表面凹凸不平时，通过调节自身位移来实现恒力补偿功能。

还有一个内嵌有微控制器的PCB电路板及相应的减震设计；实现了整个装置对加工工具的自动称重功能，装置沿机械臂轴向按预设的接触力接触到被加工表面，并在工作期间按照预设的工作力进行恒力补偿，或是按指令变化进行缓慢的力指令跟踪。上电后对工具法兰侧所安装的加工设备具有自动称重功能。其目的在于当操作人员在两次加工任务期间，对加工工具进行置换；或者加工工具在长时间加工后出现质量损耗既重量变化，譬如打磨、抛光领域，打磨头会随着加工过程质量发生变化，本实用新型可以自动感知工具重量变化，保证在工作期间所施加的接触力准确。

Claims (2)

1.自适应法兰ACF，包括金属壳体(1)、控制机构和执行机构，控制机构包括数字信号处理器(7)，数字信号处理器(7)安装在电路板(13)上，电路板(13)安装在金属壳体(1)内，其特征在于：

金属壳体(1)为抽屉式结构，控制机构和执行机构装设在金属壳体(1)内的设定位置上；

执行机构，包括压力传感器(2)、磁环式位移传感器(3)、倾角传感器(6)、气缸(8)、第一流量调节阀(4)和第二流量调节阀(5)，磁环式位移传感器(3)、倾角传感器(6)和压力传感器(2)的信号输出端子分别和数字信号处理器(7)的信号输入端子连接，数字信号处理器(7)的信号输出端子分别和第一流量调节阀(4)和第二流量调节阀(5)的信号输入端子连接；压力传感器(2)装设在气缸(8)上，气缸(8)上的活塞杆左侧通过第一管路(10)和外设的恒压力气源(9)的一个出气口连通, 气缸(8)上的活塞杆右侧通过第二管路(11)和外设的恒压力气源(9)的另一个出气口连通,第一流量调节阀(4)装设在第一管路(10)上，第二流量调节阀(5)装设在第二管路(11)上。

2.根据权利要求1所述的自适应法兰ACF,其特征在于：

上述电路板(13)固设在金属壳体(1)内部的一个角上；气缸(8)安装在金属壳体(1)内部的中间位置；磁环式位移传感器(3)安装在气缸(8)的侧面；第一流量调节阀(4)和第二流量调节阀(5)分别安装在气缸(8)的两侧，倾角传感器(6)安置在第一流量调节阀(4)和第二流量调节阀(5)的中间。