CN102699790A - 一种自适应打磨机器人机构 - Google Patents

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朱伟
沈惠平
汪源
邓嘉鸣
蒋小平
宋志浩
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BIAOMA COATING SYSTEM ENGINEERING Co Ltd CHANGZHOU CITY
Changzhou University
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BIAOMA COATING SYSTEM ENGINEERING Co Ltd CHANGZHOU CITY
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Abstract

一种自适应打磨机器人机构，包括串联机械手和可伸缩并联打磨头，串联机械手由基座(1)和杆一(2)、杆二(3)、杆三(4)、杆四(5)、末端构件(6)分别通过转动副一(R1)、转动副二(R2)、转动副三(R3)、转动副四(R4)、转动副五(R5)依次串联组成，可伸缩并联打磨头包含静平台(7)、动平台(9)、打磨头(13)、三条气弹簧(8)，静平台(7)固定在末端构件(6)上，静平台(7)、动平台(9)中心处各固定一个磁极相反的电磁铁(11)，三条气弹簧(8)两端分别通过球副(12)与静平台(7)、动平台(9)连接且均布于二者之间，而打磨头(13)与固定于动平台(9)上的驱动电机(10)连接。该打磨机器人机构具有结构简单、易于控制、工作效率高等优点，可用于大面积非规则曲面的打磨抛光等场合。

Description

一种自适应打磨机器人机构
技术领域
本发明涉及一种用于曲面打磨抛光的机器人机构，具体地讲，提供一种串-并混联的新型打磨机器人机构，应用于汽车等表面的打磨、抛光、清洗等作业。
背景技术
目前，汽车制造向着规模化、集约化发展，大量的工业机器人在汽车制造业中得到应用，主要是各种进口喷涂机器人、涂胶机器人，而喷涂前后的打磨抛光工序操作人员最多、自动化水平最低，不仅劳动效率低下制约生产，劳动过程中产生的大量粉尘更是严重威胁劳动者的身体健康，是尘肺病等职业病的诱因。在工业应用上，ABB公司、库卡公司、法那科公司等国外机器人公司在铸件、小型件的打磨抛光上已有商品化的产品，其结构主要采用了5个左右转动副串联而成，运动灵活、易于控制，但打磨头大多数是刚性结构，对于大面积非规则曲面的汽车车身打磨抛光，目前还没有完善的智能打磨机器人解决方案。
因此，在规模化汽车生产中，急需发明一种适应于汽车车身打磨抛光的、具有柔性自适应打磨头的高效打磨机器人，不仅可以有效提高生产效率，而且可改善工场环境，防止工业粉尘污染对人体的危害，保护劳动者的身体健康。
发明内容
本发明目的是提供一种高效打磨机器人机构，其具体的实施方案是：一种自适应打磨机器人机构，包括串联机械手和可伸缩并联打磨头，串联机械手由基座(1)和杆一(2)、杆二(3)、杆三(4)、杆四(5)、末端构件(6)分别通过转动副一(R1)、转动副二(R2)、转动副三(R3)、转动副四(R4)、转动副五(R5)依次串联组成，可伸缩并联打磨头包含静平台(7)、动平台(9)、打磨头(13)、若干条气弹簧(8)，静平台(7)固定在末端构件(6)上，静平台(7)、动平台(9)中心处各固定一个磁极相反的电磁铁(11)，若干条气弹簧(8)两端分别通过球副(12)与静平台(7)、动平台(9)连接且均布于二者之间，而打磨头(13)与固定于动平台(9)上的驱动电机(10)连接。进一步，若干条气弹簧(8)及其两端的球副(12)可以用若干条拉压弹簧来替代，这若干条拉压弹簧也均布于静平台(7)、动平台(9)之间。
该机构的特点：(1)机构采用串-并混联方式；(2)打磨头与被加工表面的接触和分离易于控制，并能保证需要的接触力；(3)打磨头具有很好的柔性和自适应性，对被加工表面的压力始终保持在被加工表面的法线方向；(4)打磨头结构简单，运动灵活，易于控制；(5)能实现汽车整车覆盖件等大面积非规则曲面的打磨抛光，解决传统打磨抛光效率低的难题。
附图说明
附图1为本发明的机构示意图
具体实施方式
下面通过附图对本发明的技术给予进一步地说明。
本发明的一个实施例的技术方案是：一种自适应打磨机器人机构，包括串联机械手和可伸缩并联打磨头，串联机械手由基座1和杆一2、杆二3、杆三4、杆四5、末端构件6分别通过转动副一R1、转动副二R2、转动副三R3、转动副四R4、转动副五R5依次串联组成，可伸缩并联打磨头包含静平台7、动平台9、打磨头13、三条气弹簧8，静平台7固定在末端构件6上，静平台7、动平台9中心处各固定一个磁极相反的电磁铁11，三条气弹簧8两端分别通过球副12与静平台7、动平台9连接且均布于二者之间，而打磨头13与固定于动平台9上的驱动电机10连接。另外，三条气弹簧8及其两端的球副12还可以用三条拉压弹簧来替代，这三条拉压弹簧也均布于静平台7、动平台9之间。
打磨机器人工作时，串联机械手将打磨头13送达需要打磨位置附近，在此过程中电磁铁11保持通电，动平台9、静平台7的气弹簧8在电磁力作用下将保持压缩状态；当打磨头到达打磨位置，电磁铁11断电，电磁力消失，打磨头13在气弹簧力作用下压紧被加工件表面，压力可根据需要由气弹簧8进行刚度调整。由于静平台7、三条气弹簧8、动平台9、球副12形成3-SPS并联机构，其动平台9具有六自由度运动特性，根据并联机构逆向自适应原理，当被加工件表面作用在打磨头13上的压力传递到动平台9上时，动平台9可根据压力方向自适应调整，使打磨头13始终压紧于被加工件表面的法线方向上，从而保证打磨切削量均匀。

Claims (2)

1.一种自适应打磨机器人机构，包括串联机械手和可伸缩并联打磨头，串联机械手由基座(1)和杆一(2)、杆二(3)、杆三(4)、杆四(5)、末端构件(6)分别通过转动副一(R1)、转动副二(R2)、转动副三(R3)、转动副四(R4)、转动副五(R5)依次串联组成，其特征在于可伸缩并联打磨头包含静平台(7)、动平台(9)、打磨头(13)、若干条气弹簧(8)，静平台(7)固定在末端构件(6)上，静平台(7)、动平台(9)中心处各固定一个磁极相反的电磁铁(11)，若干条气弹簧(8)的两端分别通过球副(12)与静平台(7)、动平台(9)连接且均布于二者之间，而打磨头(13)与固定于动平台(9)上的驱动电机(10)连接。
2.按权利要求1所述的自适应打磨机器人机构，其特征在于若干条气弹簧(8)及其两端的球副(12)可以用若干条拉压弹簧来替代，这若干条拉压弹簧也均布于静平台(7)、动平台(9)\之间。
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