CN111098230A - 一种恒力自调节机器人自动化加工工具载体设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种恒力自调节机器人自动化加工工具载体设备，属于磨抛加工技术领域。该设备包括工具连接法兰装置、六维力传感器、执行器装置、位移传感器装置、气动装置及安装基板；所述安装基板与机器人机械臂末端连接，所述工具连接法兰装置用于固定磨抛加工工具，所述执行器装置与位移传感器装置均安装于所述安装基板上，且所述执行器装置与气动装置相连接；所述六维力传感器固定于执行器装置的末端；所述气动装置通过执行器装置来驱动六维力传感器浮动，六维力传感器通过连接法兰装置带动磨抛加工工具，实现浮动加工。本发明设备可以根据不同的加工要求装载各种不同的磨抛工具，适用于各种打磨工具、多场合磨抛加工。

Description

一种恒力自调节机器人自动化加工工具载体设备
技术领域
本发明涉及磨抛加工技术领域，具体涉及一种恒力自调节机器人自动化加工工具载体设备。
背景技术
目前，磨抛加工大多数还是依靠人工完成，磨抛加工本身工作强度大，工作环境极差成本愈来愈高，而且加工质量也难以控制，机器人代替人工进行磨抛加工是今后的趋势。加工过程中对加工工件的去除量与磨抛压力密切相关，也是影响工件表面加工质量的重要因素之一。磨抛过程中，由于工件的形状变化或者生成轨迹的误差会导致磨抛压力突然变化，导致整个加工过程材料去除量不均匀，严重影响加工质量，甚至会致使加工工件报废。因此，采用一种恒力自调节机器人自动化加工工具对高效高质量的磨抛加工至关重要。
目前，我国还没有出现基于机器人自动化的恒力浮动打磨工具，传统的人工磨抛很难保证磨抛压力的恒定，少数的加工工件仅仅依靠被动柔顺进行加工，力调节响应延后，也不能利用控制算法实时柔性恒力打磨，很难保证加工质量。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种恒力自调节机器人自动化加工工具载体设备，该设备通过在末端装载打磨工具，能够实现对工件柔性、恒压力、高效、高质的打磨，所述恒力自调节机器人自动化加工工具载体设备，可以根据不同的加工要求装载各种不同的磨抛工具，适用于各种打磨工具、多场合磨抛加工。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种恒力自调节机器人自动化加工工具载体设备，该设备包括工具连接法兰装置、六维力传感器、执行器装置、位移传感器装置、气动装置及安装基板；其中：所述安装基板与机器人机械臂末端的法兰盘相连接，所述工具连接法兰装置用于固定磨抛加工工具，同时工具连接法兰装置还与所述六维力传感器相连接固定；所述执行器装置与所述位移传感器装置均安装于所述安装基板上，且所述执行器装置与气动装置相连接；
所述气动装置安装于所述安装基板内部，并能在安装基板内自由转动；所述六维力传感器固定于执行器装置的末端；
所述气动装置通过执行器装置来驱动六维力传感器浮动，六维力传感器通过连接法兰装置带动磨抛加工工具，实现浮动加工；所述气动装置通过恒定气压控制，实现加工表面突然出现较大变化能够迅速浮动，保证加工表面质量，并保护加工工具不受破坏；所述六维力传感器直接测量加工力的数据，实现加工过程实时的力数据采集、检测；所述位移传感器装置实时获取执行器装置平面距离，通过PID控制等控制算法实现高精度恒定力加工。
所述工具连接法兰装置包括法兰和力传感器基座，所述法兰的正面用于固定磨抛工具，法兰的背面通过螺栓连接所述六维力传感器；所述六维力传感器用于采集监测磨抛过程中力的大小；所述六维力传感器固定在力传感器基座上。
所述气动装置包括气缸基座、气缸组件、气缸铰支座、底座铰支座和铰轴；其中：所述气缸基座与底座铰支座通过铰轴连接，所述气缸组件安装在气缸基座上，所述气缸组件的输出轴与气缸铰支座连接，且气缸组件通过气缸铰支座与执行装置的下支撑架连接在一起；所述气动装置平行安装两组，每组气动装置中各有一个气缸组件，其中所述气缸基座通过底座铰支座安装在所述安装基板。
所述执行装置包括下支撑架、支撑杆和上支撑架；其中：所述支撑杆包括两个长支撑杆和两个短支撑杆，长支撑杆和短支撑杆相互平行安装，上支撑架分别与长支撑杆和短撑杆的一端通过固定轴Ⅱ连接，长支撑杆的另一端固定在下支撑架上，短撑杆的另一端通过转动轴Ⅰ固定在安装基板的侧板上；同时，所述长支撑杆的中部(非两端的位置)也通过转动轴Ⅰ固定在安装基板的侧板上；所述上支撑架与力传感器基座固定连接在一起。
所述支撑杆上均设有转动轴Ⅰ，转动轴Ⅰ与轴瓦相互间隙配合，形成转动轴间隙配合部分，支撑杆能够以转动轴Ⅰ为轴自由转动，转动轴Ⅰ通过过盈配合与安装基板固定连接，通过轴挡圈和定位螺栓进行固定和定位。
所述位移传感器装置包括位移传感器和位移传感器感应块，位移传感器通过自带螺纹固定在安装基板上，位移传感器感应块通过螺栓垂直固定在两个长支撑杆之间。
所述安装基板包括后板、上板、侧板、内板和铰支座；其中：所述后板与机器人机械臂连接，用来驱动该设备进行加工；所述上板和侧板垂直于后板并安装于后板上，所述内板分别与上板和侧板垂直连接；所述铰支座安装在上板上；所述侧板有两块，分别垂直固定在后板的两侧。
所述气动装置的底座铰支座与安装基板上的所述铰支座相连接。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明实现恒力自调节机器人自动化加工工具载体功能，改变依靠人力进行磨抛加工的状况，不仅提高了加工效率，还能保证加工的质量。所述自动化加工工具载体设备，可以装载各种磨抛工具，适用于多场合的磨抛加工，并且利用机器人进行驱动，实现了自动化加工。，具体地说一种基于位移传感器浮动自调节和气动浮动的柔性机器人自动化加工工具载体，并且配有加工过程力的检测装置
2.本发明的位移传感器装置、六维力传感器装置根据测量打磨执行器的位移和磨抛力大小，不仅实现对打磨压力的实时监测，还能通过位移的控制增加控制算法，实现实时的恒力磨抛加工。
2.本发明的气动装置可实现柔顺磨抛加工，避免加工工件形状突变对工件或者磨抛工具造成破坏。
3.本发明的执行装置和基座装置、气动装置和执行装置、气动装置和基座装置的转动连接均采用铰支座和轴瓦机构，所述机构进行间隙配合，且接触面光滑，主体由自润滑轴套和表面镀铬转动轴组成，保证了相对转动的灵活性，轴的两端由轴端挡圈和螺钉进行定位和固定。
4.本发明的执行装置设计成一个平行四边形机构，利用平行四边形机构的传递特性，可实现磨抛力的等效传递，可以保证打磨头始终沿轴向进行浮动打磨。
5.本发明的执行装置，通过位移传感器的实时测量，对执行装置的位移进行算法控制，实现恒力加工。六维力传感器装置同时能够检测实时磨抛力大小，也能保证磨抛工具的磨抛力在安全范围内，一定程度上保证了工件表面的加工质量，也能避免损坏磨抛工具。
附图说明
图1为本发明设备的主体示意图；
图2为本发明设备的主体轴测图；
图3为本发明设备中连接与测量装置与六维力传感器的结构示意图；
图4为本发明设备中气动装置的结构示意图；
图5为本发明设备中执行装置的结构示意图；
图6为本发明设备中基板安装装置的结构示意图；
图7为本发明设备的内部详细结构示意图。
其中：1-工具连接法兰装置，2-六维力传感器装置，3-执行器装置，4-位移传感器装置，5-气动装置，6-安装基板，7-法兰，8-力传感器基座，9-后板，10-上板，11-侧板，12-内板，13-铰支座，14-位移传感器，15-铰轴，16-气缸组件，17-气缸铰支座，18-气缸基座，19-底座铰支座，20-转动轴间隙配合部分，21-转动轴Ⅰ，22-轴瓦，23-上支撑架，24-转动轴Ⅱ，25-轴挡圈，26-定位螺栓，27-长支撑杆，28-位移传感器感应块，29-下支撑架，30-气缸转动轴，31-短支撑杆。
具体实施方式
以下将结合所附图对本发明作进一步的详细叙述。
本发明提供一种恒力自调节机器人自动化加工工具载体设备，如图1、图2、图7所示，该设备包括工具连接法兰装置1、六维力传感器2、执行器装置3、位移传感器装置4、气动装置5及安装基板6，其中安装基板6用于安装在机械臂末端法兰上，安装基板6同时作为位移传感器装置4、执行器装置3和气动装置5的载体。执行器装置3通过转动轴21固定在安装基板6上；且执行器装置3能够以转动轴21为轴自由转动；气动装置5安装在安装基板6的内部，通过底座铰支座19固定在安装基板6的上板11上，所述气动装置5同时与执行器装置3连接，气动装置5通过气缸杆的伸缩实现工具连接法兰1的上下浮动，并可以达到恒力控制的目的。
如图3所示，所述工具连接法兰装置1包括法兰7和力传感器基座8，所述力传感器基座8上面装载着六维力传感器2，所述法兰7的正面与磨抛工具连接，法兰7的另一面与六维力传感器2通过螺栓固定连接。所述六维力传感器2用来采集监测磨抛过程中力的大小。
如图4所示，所述气动装置5包括气缸基座18、气缸组件16、气缸铰支座17、底座铰支座19和铰轴15，其中气缸基座18与底座铰支座19通过铰轴15连接，底座铰支座19与安装基板6上板11上的铰支座13相连接；所述气缸组件16安装在气缸座18上，所述气缸组件16的输出轴与气缸铰支座17连接，且气缸铰支座17可转动地与执行装置3的下支撑架29连接在一起(下支撑架29上设有气缸转动轴30，通过气缸转动轴30将气缸铰支座17和下支撑架29连接在一起)。所述气动装置5平行安装两组，每组气动装置5中各有一个气缸组件16。
如图5所示，执行器装置3包括下支撑架29、长支撑杆27、短支撑杆31及上支撑架23，其中长支撑杆27和短支撑杆31各为两根，相互平行安装，上支撑架23通过转动轴Ⅱ24分别连接长支撑杆27和短撑杆31的一端，下支撑架29通过转动轴Ⅰ21与长支撑杆27的另一端连接，短撑杆31的另一端通过转动轴Ⅰ21固定在安装基板6侧板11上，同时长支撑杆27的中部也通过转动轴Ⅰ21固定在安装基板6侧板11上。所述力传感器基座8固定于上支撑架5顶部。长支撑杆27与短支撑杆31上的转动轴Ⅰ21与轴瓦22相互间隙配合，形成转动轴间隙配合部分20，可以自由转动，转动轴Ⅰ21通过过盈配合与安装基板6的侧板11固定连接，并通过轴挡圈25和定位螺栓26进行固定和定位。
如图5、图7所示，所述位移传感器装置4包括位移传感器14和位移传感器感应块28，位移传感器14通过自带螺纹固定在安装基板6的内板12上，位移传感器感应块28的两端分别通过螺栓固定在执行装置3的两个长支撑杆27上，且位移传感器感应块28与两个长支撑杆垂直。位移传感器感应块28在磨抛过程中跟随执行装置3上下移动，位移传感器4用来读取位移传感器感应块28的位移，通过位移传感器感应块28的位移变化监测磨抛过程下压深度，利用算法控制和磨抛轨迹修正实现恒力加工。
如图6所示，所述安装基板6包括后板9、上板10、侧板11、内板12和铰支座13，其中后板9与机械臂末端法兰等固定连接，所述上板10和侧板11垂直安装于后板9上，其中侧板有两块，内板12和上板10分别通过螺栓垂直安装在侧板11上；所述铰支座13为两个，两个铰支座13安装在上板10上，两个铰支座13分别连接两个气动装置5上的底座铰支座19，两个气动装置5可以围绕铰轴15自由转动。铰支座13位于内板12和后板9之间，与铰支座13连接的气动装置5可在内板12和后板9之间转动。
本发明的工作原理为：
所述气动装置5接入适当压力的气体，气缸杆驱动执行装置3的支撑杆转动，执行装置3的四个平行支撑杆带动工具连接法兰装置1运动，磨抛工具会产生磨抛时的压力。当遇到工件表面凹凸不平，磨抛工具会在支撑杆平行四边形结构作用下产生上下浮动，既保护了工件表面的加工质量，也避免损坏磨抛工具。同时，六维力传感器2对磨抛力进行监测，有异常力情况会采取一定保护措施。位移传感器4通过检测感应块的位移，通过PID、模糊控制等算法进行对磨抛轨迹进行修正，保证恒定的磨抛压力，并能保证加工工件表面均匀的去除量，实现恒力自调节机器人自动化加工。
本发明提供的恒力自调节机器人自动化加工工具载体设备，可以装在多种磨抛工具，适用于多场合的磨抛加工，真正实现机器代替人力进行磨抛加工。同时能对加工过程力进行监测，实现恒力自调节机器人自动化加工，提高了加工效率，节省了人力，价低了磨抛加工的成本，极大提高了加工质量，实现了磨抛加工的自动化。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种恒力自调节机器人自动化加工工具载体设备，其特征在于：该设备包括工具连接法兰装置(1)、六维力传感器(2)、执行器装置(3)、位移传感器装置(4)、气动装置(5)及安装基板(6)；其中：所述安装基板(6)与机器人机械臂末端的法兰盘相连接，所述工具连接法兰装置(1)用于固定磨抛加工工具，同时工具连接法兰装置(1)还与所述六维力传感器(2)相连接固定；所述执行器装置(3)与所述位移传感器装置(4)均安装于所述安装基板(6)上，且所述执行器装置(3)与气动装置(5)相连接；
所述气动装置(5)安装于所述安装基板(6)内部，并能在安装基板(6)内自由转动；所述六维力传感器(2)固定于执行器装置(3)的末端；
所述气动装置(5)通过执行器装置(3)来驱动六维力传感器(2)浮动，六维力传感器(2)通过连接法兰装置带动磨抛加工工具，实现浮动加工。
2.根据权利要求1所述的恒力自调节机器人自动化加工工具载体设备，其特征在于：所述工具连接法兰装置(1)包括法兰(7)和力传感器基座(8)，所述法兰(7)的正面用于固定磨抛工具，法兰(7)的背面通过螺栓连接所述六维力传感器(2)；所述六维力传感器(2)用于采集监测磨抛过程中力的大小；所述六维力传感器(2)固定在力传感器基座(8)上。
3.根据权利要求1所述的恒力自调节机器人自动化加工工具载体设备，其特征在于：所述气动装置(5)包括气缸基座(18)、气缸组件(16)、气缸铰支座(17)、底座铰支座(19)和铰轴(15)；其中：所述气缸基座(18)与底座铰支座(19)通过铰轴(15)连接，所述气缸组件(16)安装在气缸基座(18)上，所述气缸组件(16)的输出轴与气缸铰支座(17)连接，且气缸组件(16)通过气缸铰支座(17)与执行装置(3)的下支撑架(29)连接在一起；所述气动装置(3)平行安装两组，每组气动装置(3)中各有一个气缸组件(16)，其中所述气缸基座(18)通过底座铰支座(19)安装在所述安装基板(6)。
4.根据权利要求1所述的恒力自调节机器人自动化加工工具载体设备，其特征在于：所述执行装置(3)包括下支撑架(29)、支撑杆和上支撑架(23)；其中：所述支撑杆包括两个长支撑杆(27)和两个短支撑杆(31)，长支撑杆(27)和短支撑杆(31)相互平行安装，上支撑架(23)分别与长支撑杆(27)和短撑杆(31)的一端通过转动轴Ⅱ(24)相铰接，长支撑杆(27)的另一端固定在下支撑架(29)上，短撑杆(31)的另一端通过转动轴Ⅰ(21)固定在安装基板(6)的侧板(11)上；同时，所述长支撑杆(27)的中部(非两端的位置)也通过转动轴Ⅰ(21)固定在安装基板(6)的侧板(11)上；所述上支撑架(5)与力传感器基座(8)固定连接在一起。
5.根据权利要求4所述的恒力自调节机器人自动化加工工具载体设备，其特征在于：所述支撑杆上均设有转动轴Ⅰ(21)，转动轴Ⅰ(21)与轴瓦(22)相互间隙配合，形成转动轴间隙配合部分(20)，支撑杆能够以转动轴Ⅰ(21)为轴自由转动，转动轴Ⅰ(21)通过过盈配合与安装基板(6)固定连接，通过轴挡圈(25)和定位螺栓(26)进行固定和定位。
6.根据权利要求1所述的恒力自调节机器人自动化加工工具载体设备，其特征在于：所述位移传感器装置(4)包括位移传感器(14)和位移传感器感应块(28)，位移传感器(14)通过自带螺纹固定在安装基板(6)上，位移传感器感应块(28)通过螺栓垂直固定在两个长支撑杆(27)之间。
7.根据权利要求1所述的恒力自调节机器人自动化加工工具载体设备，其特征在于：所述安装基板(6)包括后板(9)、上板(10)、侧板(11)、内板(12)和铰支座(13)；其中：所述后板(9)与机器人机械臂连接，用来驱动该设备进行加工；所述上板(10)和侧板(11)垂直于后板(9)并安装于后板(9)上，所述内板(12)分别与上板(10)和侧板(11)垂直连接；所述铰支座(13)安装在上板(10)上；所述侧板(11)有两块，分别垂直固定在后板(9)的两侧。
8.根据权利要求3或7所述的恒力自调节机器人自动化加工工具载体设备，其特征在于：所述气动装置(5)的底座铰支座(19)与安装基板(6)上的所述铰支座(13)相连接。
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