[发明专利]一体化主动式恒力补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种一体化主动式恒力补偿装置，属于自动化技术领域。

背景技术

对于机器代替人工的自动化表面作业处理，例如表面加工(打磨、抛光)以及工件的处理，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。对于传统的人工方式，技术工人凭经验来保证质量，同时具有人力成本高，工作环境对人体危害大，加工质量一致性差以及效率低等缺点。

对于现代的输出力控制系统，安装于机器人手臂上的加工工具与被加工件进行接触时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件表面较为敏感的情况下，会造成被加工件表面出现瑕疵或者破损的情况。因此这种接触时产生的冲击力是理所应当被消除的。

另外，现有的输出力控制系统在高频率干扰的情况下，往往缺乏高动态响应能力，因为其可调节的机构具有一定的惯性，需要相应的反应时间。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。

发明内容

本发明的目的是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件表面，同时在整个加工过程中能对接触力进行恒定补偿或根据力指令进行实时动态补偿。

采用的技术方案是：

一体化主动式恒力补偿装置，包括上法兰、伸缩套、主壳体、主轴、主轴滑道、气缸总成、PCB电路板、气压调节阀、电磁阀和倾角传感器。

主壳体由外壳顶盖、外壳和下端盖连接构成。伸缩套上端与上法兰固定连接，伸缩套下端与外壳顶盖固定连接，下端盖的侧壁上分别装设有五芯接口、四芯接口、消音器、进气管和指示灯。进气管的出气端与设置在下端盖内的三通气道连接，三通气道由固定在下端盖内的三通支架支撑。气缸总成包括气缸和传动连接件，气缸的活塞杆上端与传动转接件的下端固定连接，传动转接件通过传动螺杆与上法兰连接。传动转接件与传动螺杆间隙配合。

主轴下部装设在主轴滑道内，主轴与主轴滑套滑动配合。主轴的上端通过涨套与上法兰的下端面固定连接。主轴滑道下端固定在下端盖的底壁上。

气压调节阀通过管路与气缸连接，该连接管路上装设有电磁阀。气压调节阀和电磁阀分别固定在阀板上，阀板上开设有多条气路，阀板下端与阀板转接件连接，阀板转接件固定在下端盖内的一角处。阀板固定板竖直设置，阀板固定板分别通过螺钉与阀板、阀板转接件及下端盖固定连接。

角度传感器通过螺钉固定在倾角器固定板上，倾角器固定板分别通过螺钉与阀板和阀板转接件固定连接。

PCB电路板装设在壳体内壁开设的凹槽滑道内，PCB电路板下端固定在阀板转接件上，PCB电路板的上端由缓冲垫片和外壳顶盖压紧。

滑道内腔中装设有磁座，磁座上装设有磁环，磁座通过螺钉与主轴下端连接。

见图1，图1中的六轴工业机器人的手臂1通过法兰2与图2中本发明装置的下法兰12紧固相连，发明装置再通过上法兰7与工具法兰5紧固相连。机器人通过预先编程，使机械臂沿着预定的轨迹在被加工工件6上移动，移动过程中所造成的倾角变化，以及被加工工件6表面的凹凸变化所造成的接触力变化，均由本发明所提出的恒力补偿装置3予以补偿。本发明装置的主要工作内容是保持加工工具4与被加工工件6的表面具有恒定接触力，此接触力可预先设置。譬如在打磨领域，需要保证打磨执行工具4在高速旋转的情况下仍然可以与被加工工件表面保持恒定的接触力。

对于机械臂1这样的刚性系统，在打磨执行工具4刚接触到被加工工件6表面的时候，会无法避免地产生一定冲击力，如果仅仅通过机器人来执行这种动作，则产生的冲击力很难得到良好控制。可以很好的解决这个问题。

在复杂加工工艺的情况下，本发明装置3在上电后可以对打磨执行工具4进行自动称重，确保对打磨执行工具4有准确的重力补偿。在加工间隙，如果打磨执行工具4被工人置换，本装置在不掉电的情况下，通过手动拖拽打磨执行工具4到本发明装置3最大行程处，可重新触发称重过程，此办法可有效的节省用户时间，提高工作效率。

附图说明

图1是本发明的使用示意图。

图2 是本发明的一种实施例的外部结构图。

图3 内部执行机构布置示意图。

图4 PCB安装示意图。

图5 下端盖内布局示意图。

图6 电路和气路器件布置示意图。

图7 内部执行机构位移检测示意图。