CN210524700U - 一种高集成力控磨抛系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种高集成力控磨抛系统，其包括气动马达装置(100)，所述高集成力控磨抛系统还包括与所述气动马达装置(100)固定连接的第一机械接口(200)以及与所述第一机械接口(200)相连的力控装置(300)。所述力控装置(300)包括力控装置运动机构(310)，所述力控装置运动机构(310)与所述第一机械接口(200)相连。本实用新型的高集成力控磨抛系统，将主动式接触力控制器集成于力控装置内部，减少了所需的额外设备数量与线缆数量，提升了使用的方便程度。

Description

一种高集成力控磨抛系统

技术领域

本实用新型涉及气动磨抛领域，特别涉及一种高集成力控磨抛系统。

背景技术

磨抛设备在工业生产中也就有着很广泛的应用，航空航天、汽车零部件、卫浴五金等不同行业的零件加工过程中均会涉及磨抛工序。随着用户对产品质量要求的日益提高，产品的磨抛质量也越来越受到重视。然而，目前很多零件的打磨仍然主要依靠人工进行磨抛作业，存在效率低、打磨质量难以保证等诸多问题。机器人磨抛在逐渐成为一种发展趋势，并已越来越多的应用于工业领域中。

在机器人磨抛过程中，打磨头与工件之间大都未考虑接触力和磨抛速度的控制措施或者仅采取了简单的被动式控制。此种情况下，磨抛过程中的实际接触力和磨抛速度并没有得到准确的控制，工件与安装于机器人末端的磨抛片之间很容易会发生失控的刚性接触，从而导致过抛问题的发生。

为了解决过抛问题，现有的机器人磨抛过程中加入了主动式接触力控制装置，使磨抛过程中的实际接触力和磨抛速度得到准确的控制，但现有的主动式接触力控制器是一个独立于力控磨抛装置的单独设备，存在着体积大、线缆较多、使用起来不方便的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种高集成力控磨抛系统，将主动式接触力控制器集成于力控装置内部，减少了所需的额外设备数量与线缆数量，提升了使用的方便程度。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提出了一种高集成力控磨抛系统，其包括气动马达装置，所述高集成力控磨抛系统还包括与所述气动马达装置固定连接的第一机械接口以及与所述第一机械接口相连的力控装置，所述力控装置包括力控装置运动机构，所述力控装置运动机构与所述第一机械接口相连。

进一步地，所述力控装置还包括力控装置壳体，所述力控装置壳体内设置有所述力控装置运动机构以及分别与所述力控装置运动机构相连的控制电路和电磁阀机构，所述控制电路和电磁阀机构相连。

进一步地，所述力控装置运动机构包括气缸、安装在所述气缸活塞输出端的连接件以及通过所述连接件固定在所述气缸活塞输出端的力传感器，所述力传感器与所述控制电路相连。

进一步地，所述力控装置运动机构还包括设置于所述气缸旁用于测量所述气缸活塞输出端位移量的位移传感器，所述位移传感器测量轴端通过所述连接件固定在所述力传感器上。

进一步地，所述力传感器与所述第一机械接口之间设有曲柄连接件，所述力传感器通过所述曲柄连接件与所述第一机械接口相连。

进一步地，所述力控装置壳体上设置有导向装置，所述导向装置包括直线导轨和安装在所述直线导轨上的滑块，所述第一机械接口安装在所述滑块上。

进一步地，所述电磁阀机构包括分别与所述控制电路相连的电磁比例调压阀和电磁换向阀，所述力控装置壳体上开设有进气端，所述电磁比例调压阀的气体输入端与所述进气端相连，所述电磁比例调压阀的气体输出端与所述电磁换向阀的气体输入端相连，所述电磁换向阀的气体输出端与所述气缸的气口相连。

进一步地，所述控制电路连接有机器人控制器或计算机和外部电源，所述控制电路包括运算处理模块以及分别与所述运算处理模块连接的电源模块、通信模块、数据采集模块、传感模块以及指令发送模块，所述电源模块与所述外部电源相连，所述通信模块与所述机器人控制器或计算机相连，所述数据采集模块分别与所述传感模块、力控装置运动机构以及所述气动马达装置相连，所述指令发送模块分别与所述电磁阀机构和所述气动马达装置相连。

进一步地，所述力控装置运动机构包括力传感器和位移传感器，所述气动马达装置包括霍尔传感器，所述数据采集模块分别与所述力传感器、位移传感器以及霍尔传感器相连；所述电磁阀机构包括电磁比例调压阀和电磁换向阀，所述气动马达装置包括电磁比例调速机构，所述指令发送模块分别与所述电磁比例调压阀、电磁换向阀以及电磁比例调速机构相连。

进一步地，所述气动马达装置包括气动马达装置壳体，所述气动马达装置壳体侧壁上设置有气源接口和排线孔，所述第一机械接口上设有气源通道和第一排线通道，所述气源通道与气源接口连接，所述第一排线通道与排线孔连接。

进一步地，所述力控装置包括控制电路，所述气动马达装置包括设置在所述气动马达装置壳体内的电磁比例调速机构、与所述电磁比例调速机构连通的驱动机构以及安装在所述驱动机构上的测速机构，所述电磁比例调速机构与所述气源接口相连，并与所述控制电路相连，所述测速机构与所述控制电路相连。

进一步地，所述高集成力控磨抛系统还包括与所述气动马达装置相连的磨抛装置。

相比于现有技术，本实用新型优点在于：

(1)将主动式接触力控制器集成于力控装置内部，减少了所需的额外设备数量与线缆数量，提升了使用的方便程度；

(2)智能可靠的主动式接触力控制，通过重力补偿提升力控精度，根据集成于产品装置内置传感模块与力传感器的信号自动计算出磨抛装置等的重量，方便快捷，计算准确，自动化与智能化程度高，进一步简化了产品装置的操作流程；

(3)速度可控，通过合理的控制电路结构设计，以基于以太网或工业总线的方式实现信号传输，以霍尔传感器检测到的转速信息为反馈量，通过基于比例-积分控制算法的速度反馈控制方式进行速度控制，实现了气动马达的全数字化速度控制功能。

附图说明

图1是本实用新型中高集成力控磨抛系统的结构示意图。

图2是本实用新型中气动马达装置内部的结构示意图。

图3是本实用新型中气动马达装置内部具体的结构示意图。

图4是本实用新型中气动马达装置外部的结构示意图。

图5是本实用新型中力控装置内部的结构示意图

图6是本实用新型中导向装置的结构示意图。

图7是本实用新型中第一机械接口的结构示意图。

图8是本实用新型中控制电路的原理结构图。

具体实施方式

以下结合较佳实施例及其附图对本实用新型技术方案作进一步非限制性的详细说明。

如图1所示，对应于本实用新型一种较佳实施例的高集成力控磨抛系统，其包括气动马达装置100、与气动马达装置100相连的磨抛装置600以及与气动马达151相连的力控装置300，力控装置300上设置有第一机械接口200和第二机械接口700，第一机械接口200连接在气动马达装置100与力控装置300之间，第二机械接口700连接在机器人末端。

如图2至图4所示，气动马达装置100包括气动马达装置壳体110以及设置在气动马达装置壳体110内的电磁比例调速机构140、驱动机构150以及测速机构160。具体地，气动马达装置壳体110包括上盖板111、与上盖板111相连的上壳体112、与上壳体112相连的中间板113以及与中间板113相连的下壳体114。上壳体112内开设有调节槽1121，电磁比例调速机构140安装在调节槽1121内，并与上盖板111形成磁路闭环。上壳体112侧壁设置有气源接口120和排线孔130，电磁比例调速机构140与气源接口120连通，气源接口120用于与外部供气装置相连。

上壳体112内设置有马达盖板1122，驱动机构150安装在马达盖板1122内，驱动机构150包括气动马达151和安装在气动马达151上的马达转轴152，气动马达固定安装在中间板113上。马达盖板1122与调节槽1121之间开设有进气通道，电磁比例调速机构140设置在进气通道上，可控制进气通道的开放程度，电磁比例调速机构140与控制电路320相连，控制电路320通过调节电磁比例调速机构140中线圈电流的大小控制进气通道的开放程度，以此控制外部气体输入驱动机构150的流量，从而控制气动马达151转速。

测速机构160设置在下壳体114内，测速机构160包括霍尔传感器161、设置在马达转轴152上的磁铁162以及固定霍尔传感器161的轴套163，轴套163套设在马达转轴152外，通过霍尔传感器161与磁铁162配合对马达转轴152的转速进行实时测量，即实现了对气动马达151转速的实时测量。

如图5至图8所示，第一机械接口200上设有气源通道210和第一排线通道220，气源通道210与气源接口120连接，第一排线通道220与排线孔130连接，用于将外部气体及电线线路由力控装置300引入气动马达装置100。气动马达装置壳体110外侧设置有与排线孔130连通的第二排线通道115，电磁比例调速机构140和霍尔传感器161的线缆布置在第二排线通道115内，并与力控装置300连接，进行信号传递。力控装置300包括力控装置壳体301，力控装置壳体301内设置有力控装置运动机构310以及分别与力控装置运动机构310相连的控制电路320和电磁阀机构330，电磁阀机构330与控制电路320相连。

力控装置运动机构310包括气缸311、位移传感器314以及力传感器313。其中，气缸311具体为一双作用气缸。气缸311通过两个气缸安装夹具3111可拆卸地固定在力控装置壳体301上。气缸311用于带动第一机械接口200进行同步运动。

位移传感器314设置在力控装置壳体301内，位于气缸311旁边，并与控制电路320连接，用于实时测量气缸311的位移，通过将测得的位移信息传递至控制电路320，这样可将力控装置300的初始位置控制在其行程的中间位置，以方便于机器人位姿控制。

力传感器313设置在力控装置壳体301内，并与控制电路320连接。连接件312安装在气缸311活塞输出端，力传感器313通过连接件312固定在气缸311的活塞输出端与位移传感器314测量轴端，而力传感器313通过曲柄连接件318与第一机械接口200连接，这样，当气缸311的活塞进行伸缩运动时，位移传感器314的测量轴端、连接件312、力传感器313、曲柄连接件318以及第一机械接口200都可随气缸311的活塞杆一起同步运动，并且由于力传感器313连接在气缸311的活塞输出端与第一机械接口200之间，力传感器313可以直接测得作用在力控装置运动机构310上的力的大小和方向数据，并将检测到的数据发送给控制电路320。

在力控装置壳体301上设置有导向装置315，导向装置315包括直线导轨316和安装在直线导轨316上的滑块317，在本实施例中，设置有两根直线导轨316和四个滑块317，每根直线导轨316上安装有两个滑块317，直线导轨316安装在力控装置壳体301上设置有第一机械接口200一侧，第一机械接口200安装在四个滑块317上，通过导向装置315可以实现第一机械接口200的导向与抗扭转功能。

导向装置315具体还可以是滚珠花键或者具备抗扭转功能的其他类型直线轴承。

电磁阀机构330包括电磁比例调压阀331和电磁换向阀332，力控装置壳体301上开设有进气端，进气端连接有外部气体，电磁比例调压阀331的气体输入端与进气端相连，电磁比例调压阀331的气体输出端与电磁换向阀332的气体输入端相连，电磁换向阀332的气体输出端与气缸311的气口相连。控制电路320分别与电磁比例调压阀331和电磁换向阀332相连，电磁比例调压阀331根据控制电路320的输出指令控制气缸311内的气体压力，电磁换向阀332根据控制电路320的输出指令控制气缸311中活塞的运动方向。其中电磁换向阀332具体可以是一个二位五通电磁换向阀或由两个二位三通电磁阀组合而成。

另外，电磁阀机构330具体也可以为电磁比例换向阀，力控装置壳体301上开设有进气端，电磁比例换向阀分别连接进气端、气缸311和控制电路320，电磁比例换向阀根据控制电路320的输出指令控制外部气体的流速及运动方向，进而实现对气缸311的活塞运动速度与运动方向的控制，通过力反馈控制，可以实现对磨抛装置600双向接触力的控制。其中，输出指令具体为电磁比例换向阀的外部气体流速的指令电压信号。

控制电路320通过安装壳3201直接集成在力控装置壳体301内，控制电路320是整个高集成力控磨抛系统的控制终端，分别连接机器人控制器或计算机400、位移传感器314、力传感器313、电磁阀机构330、电磁比例调速机构140以及霍尔传感器161。控制电路320通过通信总线接收机器人控制器或计算机发来的控制指令，并对接收到的位移传感器314、力传感器313以及霍尔传感器161发送来的数据进行计算和分析，得到对应的控制指令，然后将控制指令发送给电磁阀机构330，从而调节气缸311的输出压力和输出方向；将控制指令发送给电磁比例调速机构140，从而调节气动马达151的转速。

控制电路320具体包括电源模块322、通信模块323、数据采集模块324、传感模块325、运算处理模块321以及指令发送模块326。

电源模块322连接外部电源，并分别与通信模块323、数据采集模块324、传感模块325、运算处理模块321、指令发送模块326以及电磁比例调速机构140相连接，用于为整个高集成力控磨抛系统供电。

通信模块323分别与机器人控制器或计算机400和运算处理模块321连接，用于实现机器人控制器或计算机400与运算处理模块321之间的通信，具体地，通信模块323用于接收机器人控制器或计算机400发送的控制指令并将控制指令发送给运算处理模块321；或用于接收运算处理模块321计算分析后发送的数据信息并将数据信息发送给机器人控制器或计算机400。

数据采集模块324分别连接运算处理模块321、位移传感器314、力传感器313、霍尔传感器161以及传感模块325，数据采集模块324用于采集位移传感器314、力传感器313、霍尔传感器161以及传感模块325发送来的信息数据，并将信息数据统一发送给运算处理模块321进行计算分析。

在整个高集成力控磨抛系统中，力控装置运动机构310以及安装在力控装置运动机构310上的气动马达装置100和磨抛装置600均受到重力的作用，重力在力控装置300运动方向上的分量作用在力传感器313上，会影响对磨抛装置600与工件之间接触力的测量结果，在控制电路320中设置传感模块325可以实时测算出重力在力控装置300运动方向上的分量，通过对重力分量进行实时补偿，可以提升接触力测量与控制的精确性。传感模块325具体可以是芯片式的单轴或多轴加速传感器，也可以是芯片式的陀螺仪或者倾角传感器。

运算处理模块321与指令发送模块326相连接，指令发送模块326分别与电磁阀机构330和电磁比例调速机构140相连接，运算处理模块321根据数据采集模块324发送来的信息数据进行计算和分析，得到控制指令，并将控制指令发送给指令发送模块326，指令发送模块326再将控制指令发送给电磁阀机构330和电磁比例调速机构140，控制电磁阀机构330调节气缸311的输出压力和输出方向，实现对磨抛装置所受到的接触力的准确控制；控制电磁比例调速机构140调节外部气体进入驱动机构150的大小，实现对气动马达151转速的精确控制。

本实用新型的一种高集成力控磨抛系统，将主动式接触力控装置集成于磨抛系统中，减少了所需的额外设备数量与线缆数量，提升了使用的方便程度；智能可靠的主动式接触力控制，通过重力补偿提升力控精度，根据集成于产品装置内置传感模块与力传感器的信号自动计算出磨抛装置等的重量，方便快捷，计算准确，自动化与智能化程度高，进一步简化了产品装置的操作流程；速度可控，通过合理的控制电路结构设计，以基于以太网或工业总线的方式实现信号传输，以霍尔传感器检测到的转速信息为反馈量，通过基于比例-积分控制算法的速度反馈控制方式进行速度控制，实现了气动马达的全数字化速度控制功能。

需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种高集成力控磨抛系统，其包括气动马达装置(100)，其特征在于：所述高集成力控磨抛系统还包括与所述气动马达装置(100)固定连接的第一机械接口(200)以及与所述第一机械接口(200)相连的力控装置(300)，所述力控装置(300)包括力控装置运动机构(310)，所述力控装置运动机构(310)与所述第一机械接口(200)相连。

2.按照权利要求1所述高集成力控磨抛系统，其特征在于：所述力控装置(300)还包括力控装置壳体(301)，所述力控装置壳体(301)内设置有所述力控装置运动机构(310)以及分别与所述力控装置运动机构(310)相连的控制电路(320)和电磁阀机构(330)，所述控制电路(320)和电磁阀机构(330)相连。

3.按照权利要求2所述高集成力控磨抛系统，其特征在于：所述力控装置运动机构(310)包括气缸(311)、安装在所述气缸(311)活塞输出端的连接件(312)以及通过所述连接件(312)固定在所述气缸(311)活塞输出端的力传感器(313)，所述力传感器与所述控制电路(320)相连。

4.按照权利要求3所述高集成力控磨抛系统，其特征在于：所述力控装置运动机构(310)还包括设置于所述气缸(311)旁用于测量所述气缸(311)活塞输出端位移量的位移传感器(314)，所述位移传感器(314)测量轴端通过所述连接件(312)固定在所述力传感器(313)上。

5.按照权利要求3所述高集成力控磨抛系统，其特征在于：所述力传感器(313)与所述第一机械接口(200)之间设有曲柄连接件(318)，所述力传感器(313)通过所述曲柄连接件(318)与所述第一机械接口(200)相连。

6.按照权利要求2所述高集成力控磨抛系统，其特征在于：所述力控装置壳体(301)上设置有导向装置(315)，所述导向装置包括直线导轨(316)和安装在所述直线导轨(316)上的滑块(317)，所述第一机械接口(200)安装在所述滑块(317)上。

7.按照权利要求3所述高集成力控磨抛系统，其特征在于：所述电磁阀机构(330)包括分别与所述控制电路(320)相连的电磁比例调压阀(331)和电磁换向阀(332)，所述力控装置壳体(301)上开设有进气端，所述电磁比例调压阀(331)的气体输入端与所述进气端相连，所述电磁比例调压阀(331)的气体输出端与所述电磁换向阀(332)的气体输入端相连，所述电磁换向阀(332)的气体输出端与所述气缸(311)的气口相连。

8.按照权利要求2所述高集成力控磨抛系统，其特征在于：所述控制电路(320)连接有机器人控制器或计算机(400)和外部电源(500)，所述控制电路(320)包括运算处理模块(321)以及分别与所述运算处理模块(321)连接的电源模块(322)、通信模块(323)、数据采集模块(324)、传感模块(325)以及指令发送模块(326)，所述电源模块(322)与所述外部电源(500)相连，所述通信模块(323)与所述机器人控制器或计算机(400)相连，所述数据采集模块(324)分别与所述传感模块(325)、力控装置运动机构(310)以及所述气动马达装置(100)相连，所述指令发送模块(326)分别与所述电磁阀机构(330)和所述气动马达装置(100)相连。

9.按照权利要求8所述高集成力控磨抛系统，其特征在于：所述力控装置运动机构(310)包括力传感器(313)和位移传感器(314)，所述气动马达装置(100)包括霍尔传感器(161)，所述数据采集模块(324)分别与所述力传感器(313)、位移传感器(314)以及霍尔传感器(161)相连；所述电磁阀机构(330)包括电磁比例调压阀(331)和电磁换向阀(332)，所述气动马达装置(100)包括电磁比例调速机构(140)，所述指令发送模块(326)分别与所述电磁比例调压阀(331)、电磁换向阀(332)以及电磁比例调速机构(140)相连。

10.按照权利要求1所述高集成力控磨抛系统，其特征在于：所述气动马达装置(100)包括气动马达装置壳体(110)，所述气动马达装置壳体(110)侧壁上设置有气源接口(120)和排线孔(130)，所述第一机械接口(200)上设有气源通道(210)和第一排线通道(220)，所述气源通道(210)与气源接口(120)连接，所述第一排线通道(220)与排线孔(130)连接。

11.按照权利要求10所述高集成力控磨抛系统，其特征在于：所述力控装置(300)包括控制电路(320)，所述气动马达装置(100)包括设置在所述气动马达装置壳体(110)内的电磁比例调速机构(140)、与所述电磁比例调速机构(140)连通的驱动机构(150)以及安装在所述驱动机构(150)上的测速机构(160)，所述电磁比例调速机构(140)与所述气源接口(120)相连，并与所述控制电路(320)相连，所述测速机构(160)与所述控制电路(320)相连。

12.按照权利要求1所述高集成力控磨抛系统，其特征在于：所述高集成力控磨抛系统还包括与所述气动马达装置(100)相连的磨抛装置(600)。

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