CN217619918U

CN217619918U - 一种末端主动力控磨抛装置

Info

Publication number: CN217619918U
Application number: CN202221377655.7U
Authority: CN
Inventors: 黄海滨; 傅亭硕; 王同特; 程华康; 熊琼; 王旭东
Original assignee: Xiamen University of Technology
Current assignee: Xiamen University of Technology
Priority date: 2022-06-02
Filing date: 2022-06-02
Publication date: 2022-10-21
Anticipated expiration: 2032-06-02

Abstract

本实用新型公开了一种末端主动力控磨抛装置，包括连接法兰、两个导向组件、可反馈音圈电机位置的位移传感器、磨抛模块以及用于检测该磨抛模块接触力和力矩的力传感器；所述音圈电机包括定子和动子；所述导向组件对称分布在所述音圈电机的两侧，该导向组件包括导轨安装板、导轨及与该导轨滑动配合的滑块，所述导轨及滑块安装在该导轨安装板上；所述连接法兰下端同时与音圈电机的定子和导轨安装板连接，所述音圈电机的动子与所述滑块直接或间接连接；所述位移传感器设置在导向组件上，所述力传感器的一端连接音圈电机的动子，另一端连接所述磨抛模块。本实用新型能对机器人位置进行补偿，确保运动平稳度与位移精度，保证装置响应速度与力控精度。

Description

一种末端主动力控磨抛装置

技术领域

本实用新型涉及末端磨抛装置技术领域，具体涉及一种机器人末端主动式力控磨抛装置。

背景技术

随着复杂曲面工件表面质量要求不断提高，磨抛过程复杂化伴随着越来越高的精度水平要求。目前，人工磨抛存在作业效率低，成本高，加工精度也无法保障的问题。此外，磨抛操作环境嘈杂多尘，也容易引起职业病甚至人身伤害。工业机器人在磨抛加工前，需要先根据准确的工件的三维模型进行轨迹规划，而在磨抛过程中需要动态地高频调整接触应力，以适应工件表面曲率的突然变化，此外，工业机器人自身尺寸大和重量大的特点，使得在控制过程中动态响应通常较为缓慢，此时机器人由于自身拥有较大惯性，运动中末端的打磨工具会对工件产生较大的冲击力，容易造成打磨工具或工件的损坏，系统在高带宽下变得不稳定。力控末端磨抛装置是一种在机床或机器人连续接触式作业过程中用于控制工具头与工件间接触力大小和方向的末端执行器，作为机器人力—位混合控制与连续接触式作业的关键部件，其性能对于提升机器人作业质量和拓展应用范围具有重要影响。

专利CN202011024169.2公开了一种机器人力控末端执行器及其控制方法，该机器人力控末端执行器包括连接法兰、音圈电机模块和打磨模块，音圈电机模块中直线导轨和音圈电机的定子均固装在支架上，音圈电机的动子与直线导轨上的滑块固装。该机器人力控末端执行器采用了音圈电机驱动和电主轴打磨的方式，提高力控精度和响应速度的同时降低了机器人力控末端执行器整体质量。但该机器人力控末端执行器的直线导轨是单个固装在音圈电机动子的一侧，音圈电机做往复直线运动时不能确保其运动的平稳度与位移精度，进而影响了该装置的响应速度与力控精度。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种末端主动力控磨抛装置，该装置能够对机器人位置进行补偿，确保运动的平稳度与位移精度，保证装置的响应速度与力控精度。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术解决方案是：一种末端主动力控磨抛装置，包括连接法兰、音圈电机、定子安装板、动子安装板、两个对所述音圈电机的运动进行导向的导向组件、可反馈音圈电机位置的位移传感器、磨抛模块以及用于检测该磨抛模块接触力和力矩的力传感器；所述音圈电机包括定子和动子；所述导向组件对称分布在所述音圈电机的两侧，该导向组件包括导轨安装板、导轨及与该导轨滑动配合的滑块，所述导轨及滑块安装在该导轨安装板上；所述连接法兰下端连接所述定子安装板，该定子安装板下端同时与音圈电机的定子和导轨安装板连接，所述音圈电机的动子与所述动子安装板固定连接，所述动子安装板与所述滑块直接或间接连接；所述位移传感器设置在导向组件上，所述力传感器的一端连接音圈电机的动子，另一端连接所述磨抛模块。

优选的，所述导轨安装板通过导轨连接件与所述定子安装板固定连接；所述导轨连接件与导轨安装板都呈L型，二者相连形成面向所述音圈电机的槽，所述导轨和滑块都置于该槽内。

优选的，所述导轨的上下两端都安装有保护装置的限位块。

优选的，所述滑块与动子安装板之间通过滑块安装板固定连接。

优选的，所述滑块安装板的上下两端对称设置有弹簧；所述弹簧一端固定连接在所述滑块上，另一端固定连接在所述导向组件上。

优选的，所述位移传感器是光栅传感器，其通过位移传感安装板与其中一侧所述的导轨安装板固定连接。

优选的，所述磨抛模块包括磨抛电机上安装板、磨抛电机、磨抛电机下安装板、联轴器、磨抛主轴和磨抛盘；所述磨抛电机安装在磨抛电机上安装板和磨抛电机下安装板之间，该磨抛电机通过所述联轴器与磨抛主轴相连，所述磨抛主轴连接磨抛盘。

优选的，所述磨抛主轴与联轴器外侧设有方形防护罩，所述磨抛电机及该方形防护罩外侧设置有磨抛电机防护罩。

优选的，还设置有整体防护罩，该整体防护罩的上部与所述连接法兰相连，其下部设有开口可容磨抛模块伸出。

优选的，所述力传感器为六维力传感器，其固定在动子安装板下端。

采用上述方案后，本实用新型至少具有以下有益效果：

1．本实用新型由音圈电机实现主动力控制，对磨抛加工工件的三维模型精度要求降低，通过音圈电机可对机器人进行相应位置补偿；并且设置了对称分布的双导轨对音圈电机的运动进行导向，保证了位移的精度和运动的平稳性，进而实现高精度力控和高速度响应，安全性高，抗冲击，可适应多种复杂金属曲面元件的磨削与抛光。

2．本实用新型在滑块安装板上下两端对称设置了矩形弹簧，进行重力补偿，可提高各姿态下的加工稳定性。

3．本实用新型将力传感器设计在音圈电机动子下方，避免了音圈电机的往复运动导致整体装置的重心变化而对力传感器重力补偿产生影响，保证了重力补偿的准确性，使得读取值为实际磨抛压力值。

附图说明

图1是本实用新型的内部结构示意图一；

图2是本实用新型的内部结构示意图二；

图3是本实用新型带磨抛电机防护罩时的立体图；

图4是本实用新型带整体防护罩时的立体图。

图中：1-连接法兰；2-定子安装板；3-音圈电机；4-导轨连接件；5-导轨安装板；6-导轨；7-滑块；8-滑块安装板；9-限位块；10-弹簧；11-位移传感器；12-位移传感安装板；13-动子安装板；14-力传感器；15-磨抛电机上安装板；16-磨抛电机；17-连接柱；18-磨抛电机下安装板；19-联轴器；20-磨抛主轴；21-磨抛盘；22-方形防护罩；23-磨抛电机防护罩；24-整体防护罩。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详述。

本实用新型所揭示的是一种末端主动力控磨抛装置，如图1-4所示，为本实用新型的较佳实施例，包括连接法兰1、音圈电机3、导向组件、位移传感器11、磨抛模块和力传感器14。

所述连接法兰1用于将所述末端主动力控磨抛装置与工业机器人的末端连接。

所述音圈电机3包括定子和动子，音圈电机3安装在定子安装板2与动子安装板13之间，用于提供磨抛所需压力，可驱动所述磨抛模块柔顺运动。进一步地，所述音圈电机3的定子与定子安装板2固定连接，动子与动子安装板13固定连接。所述定子安装板2安装在所述连接法兰1下端，所述音圈电机3的定子和导向组件通过该定子安装板2与连接法兰1固定连接。

所述导向组件设置有两个，对称分布在所述音圈电机3两侧。所述导向组件包括导轨6及与该导轨6滑动配合的滑块7，用于所述音圈电机3的运动导向。由于音圈电机3做往复直线运动，对称分布的导轨6可以确保运动的平稳度与位移精度。所述滑块7的运动方向与音圈电机3动子运动方向一致。

进一步地，所述导向组件还包括导轨连接件4、导轨安装板5和滑块安装板8。所述导轨连接件4的上端连接定子安装板2，其下端连接导轨安装板5，所述导轨6和滑块7安装在该导轨安装板5上。具体的，所述导轨连接件4与导轨安装板5都呈L型，各自由相连的横板和竖板组成。所述导轨连接件4的竖板连接定子安装板2，其横板末端朝向外侧；所述导轨安装板5的竖板连接导轨连接件4的末端，其横板末端朝向内侧；所述导轨连接件4与导轨安装板5相连形成面向音圈电机3的槽，所述导轨6和滑块7都置于该槽内。所述滑块7与滑块安装板8固定连接，该滑块安装板8与所述动子安装板13固定连接，从而实现所述滑块7与音圈电机3的动子间接连接。当音圈电机3的动子做直线运动时，与之间接连接的滑块7随之运动，因滑块7固定在对称设置的导轨6上，使得音圈电机3的直线运动平稳精确。

进一步地，所述导轨6上下两端还安装有限位块9，该限位块9可以用聚氨酯材料制成。用具有耐磨抗撕裂特性的聚氨酯在导轨6上下两端作限位设置，可以对装置起到保护作用，提高安全性。

进一步地，所述滑块7上下两端还可以对称安装有弹簧10，该弹簧10可以采用矩形弹簧。所述弹簧10一端固定连接滑块7，另一端固定连接导轨连接件4或导轨安装板5。在机器人的带动下，磨抛装置需要适应各种复杂曲面，运动过程中会产生多种姿态，选用承载能力和抗疲劳程度更强的且呈对称分布的矩形弹簧进行重力补偿，可提高各姿态下的加工稳定性。

所述位移传感器11用于所述音圈电机3的动子的位置反馈，该位移传感器11可以为光栅传感器。所述位移传感器11通过位移传感安装板12与其中一侧的导轨安装板5固定连接。

所述磨抛模块可以包括磨抛电机上安装板15、磨抛电机16、连接柱17、磨抛电机下安装板18、联轴器19、磨抛主轴20和磨抛盘21。所述磨抛电机16安装在磨抛电机上安装板15和磨抛电机下安装板18之间，该磨抛电机16通过所述联轴器19与磨抛主轴20相连，所述磨抛主轴20连接磨抛盘21。所述磨抛电机上安装板15和磨抛电机下安装板18之间还可以设置有四根所述连接柱17且呈对称分布，以进一步固定。所述连接柱17内设螺纹孔，连接柱17体积小，可减小整体装置重量。所述磨抛盘21可更换，以实现先磨削后抛光两种工艺。

进一步地，所述磨抛主轴20与联轴器19外侧设有方形防护罩22，所述磨抛电机16及该方形防护罩22外侧设置有磨抛电机防护罩23，避免磨抛加工中抛光液飞溅影响磨抛电机16的使用寿命。具体的，磨抛电机下安装板18设为圆形，且直径大于磨抛电机防护罩23下端圆形开口，以便固定。

所述力传感器14可采用六维力传感器，用于检测该磨抛模块与工件表面之间的接触力和力矩。所述力传感器14一端连接音圈电机3动子，另一端连接磨抛电机16。具体的，所述力传感器14固定在动子安装板13和磨抛电机上安装板15之间。所述力传感器14设计在音圈电机3动子下方，避免了音圈电机3的往复运动导致整体装置的重心变化而对力传感器14重力补偿产生影响，保证了重力补偿的准确性，使得读取值为实际磨抛压力值。

进一步地，所述末端主动力控磨抛装置外圈还设置有整体防护罩24，避免磨抛加工中抛光液飞溅进入音圈电机3的线圈中。所述整体防护罩24上部与连接法兰1相连，其下部连接磨抛电机防护罩23。

当本实用新型开始工作时，音圈电机3的动子以下部分在电磁力推动下做直线运动以提供磨抛压力，其运动距离通过位移传感器11反馈到系统中，系统通过力传感器14所反馈的压力信息精确控制位移来实现恒力磨抛，且机器人可通过力矩信息动态调整磨抛姿态。而本实用新型对称分布的双导轨设置保证了直线运动的平稳度与位移精度，进而保证了装置的响应速度与力控精度。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故但凡依本实用新型的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本实用新型专利涵盖的范围之内。

Claims

1.一种末端主动力控磨抛装置，其特征在于：包括连接法兰、音圈电机、定子安装板、动子安装板、两个对所述音圈电机的运动进行导向的导向组件、可反馈音圈电机位置的位移传感器、磨抛模块以及用于检测该磨抛模块接触力和力矩的力传感器；所述音圈电机包括定子和动子；所述导向组件对称分布在所述音圈电机的两侧，该导向组件包括导轨安装板、导轨及与该导轨滑动配合的滑块，所述导轨及滑块安装在该导轨安装板上；所述连接法兰下端连接所述定子安装板，该定子安装板下端同时与音圈电机的定子和导轨安装板连接，所述音圈电机的动子与所述动子安装板固定连接，所述动子安装板与所述滑块直接或间接连接；所述位移传感器设置在导向组件上，所述力传感器的一端连接音圈电机的动子，另一端连接所述磨抛模块。

2.根据权利要求1所述的一种末端主动力控磨抛装置，其特征在于：所述导轨安装板通过导轨连接件与所述定子安装板固定连接；所述导轨连接件与导轨安装板都呈L型，二者相连形成面向所述音圈电机的槽，所述导轨和滑块都置于该槽内。

3.根据权利要求1所述的一种末端主动力控磨抛装置，其特征在于：所述导轨的上下两端都安装有保护装置的限位块。

4.根据权利要求1所述的一种末端主动力控磨抛装置，其特征在于：所述滑块与动子安装板之间通过滑块安装板固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种末端主动力控磨抛装置，其特征在于：所述滑块安装板的上下两端对称设置有弹簧；所述弹簧一端固定连接在所述滑块上，另一端固定连接在所述导向组件上。

6.根据权利要求1所述的一种末端主动力控磨抛装置，其特征在于：所述位移传感器是光栅传感器，其通过位移传感安装板与其中一侧所述的导轨安装板固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种末端主动力控磨抛装置，其特征在于：所述磨抛模块包括磨抛电机上安装板、磨抛电机、磨抛电机下安装板、联轴器、磨抛主轴和磨抛盘；所述磨抛电机安装在磨抛电机上安装板和磨抛电机下安装板之间，该磨抛电机通过所述联轴器与磨抛主轴相连，所述磨抛主轴连接磨抛盘。

8.根据权利要求7所述的一种末端主动力控磨抛装置，其特征在于：所述磨抛主轴与联轴器外侧设有方形防护罩，所述磨抛电机及该方形防护罩外侧设置有磨抛电机防护罩。

9.根据权利要求1所述的一种末端主动力控磨抛装置，其特征在于：还设置有整体防护罩，该整体防护罩的上部与所述连接法兰相连，其下部设有开口可容磨抛模块伸出。

10.根据权利要求1所述的一种末端主动力控磨抛装置，其特征在于：所述力传感器为六维力传感器，其固定在动子安装板下端。