[发明专利]一种主动柔性力控制设备

说明书

本发明公开了一种主动柔性力控制设备，其包括力控本体，力控本体包括上盖、防护罩和底板；力控本体内设置有固定机构、中间运动连接机构和运动平台机构；中间运动连接机构设置在固定机构上并沿其滑动，运动平台机构设置在上盖的下侧面且运动平台机构可沿固定机构滑动；上盖开设有螺纹孔，待控制的力控对象通过螺纹孔安装在力控本体上；力控本体还设有用于检测运动平台机构位置变化的直线光栅传感器。本装置成本低、通用性强，安装灵活简便，力控本体可加装各种自定义工具即可进行力控制；其动态响应速度快、力控精度高；采用伺服电机与直线光栅传感器、倾角传感器组成全闭环，能够克服自重及负载，可简易调节双向力控制及负载范围。

技术领域

本发明涉及工业设备技术领域，尤其涉及一种主动柔性力控制设备。

背景技术

主动柔性力控制是指在机构运动过程中还能够同时控制运动构件输出力的大小。在自动化及机器人应用领域中，主动力控制技术是众多应用场景中需要用到的关键技术之一，例如自动化抛光，自动化磨削及自动化装配等应用。在这类应用中现有解决方案大部分是利用气缸作为驱动，通过控制内部压力实现输出力控制，在机器人技术应用中的另一种解决方案是采用六轴通用机器人其末端安装力传感器，根据力反馈来控制各关节电机输出力矩大小，进而控制末端接触力的大小。市面上大部分采用的力控制技术为被动式力控制，只能实现单一环境下的力控制，不具有通用性和智能性。

采用气缸作为驱动的方式成本较低，在低速应用中对力控制要求不高的条件下非常合适，缺点是采用气动驱动，输出力会有比较长的滞后，无法适用于相对高速的环境下。采用六轴通用机器人时根据末端力传感器的力反馈来控制各关节电机力矩输出，准确性和速度良好，缺点是成本非常高，试用于高端自动化装备，对于低端自动化应用成本太高。

其次，现有设备还存在以下问题：1)现有设备的力控制不具备通用性；2)对于力控制末端的自重影响没有消除；3)由于末端自重影响只能实现固定方向的力控制(采用力传感器的六轴机器人除外)。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种主动柔性力控制设备。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种主动柔性力控制设备，其包括力控本体，所述力控本体包括上盖、防护罩和底板，防护罩环绕底板周边设置，并且上盖封合防护罩的上侧面，底板封合防护罩的下侧面；所述力控本体内设置有固定机构、中间运动连接机构和运动平台机构；所述中间运动连接机构设置在所述固定机构上并沿其滑动，所述运动平台机构设置在所述上盖的下侧面且所述运动平台机构可沿所述固定机构滑动；所述上盖开设有螺纹孔，待控制的力控对象通过所述螺纹孔安装在所述力控本体上；所述力控本体还设有用于检测运动平台机构位置变化的直线光栅传感器。

防护罩用于保护本主动柔性力控制设备；运动平台与上盖配合，从而将待控制的力控对象安装好并进行柔性力控制的检测；直线光栅传感器可检测运动平台机构位置变化，从而确认待控制的力控对象的表征力的大小。

所述固定机构包括第一直线导轨、第二直线导轨、伺服电机、丝杆模组、同步带、第一同步轮、第二同步轮和安装板，所述第一直线导轨、第二直线导轨、伺服电机、丝杆模组分别固定在所述底板上；所述第一直线导轨的两端分别设置有第一限位块和第二限位块，所述第二直线导轨的两端分别设置有第三限位块和第四限位块，所述第一直线导轨与第二直线导轨对称设置且相互平行，所述伺服电机与丝杆模组位于第一直线导轨与第二直线导轨之间；所述丝杆模组包括传动丝杆、第一固定座、第二固定座、固定在第一固定座内的第一轴承、以及固定在第二固定座内的第二轴承，所述第二固定座固定在所述底板上，所述传动丝杆的两端分别套入所述第一轴承、第二轴承内；所述伺服电机通过所述安装板固定在所述底板上，所述第一固定座设置在所述安装板上，所述第一同步轮设置在所述伺服电机的输出轴上，所述第二同步轮设置在由所述第一轴承伸出的传动丝杆上，第一同步轮通过所述同步带与所述第二同步轮联结在一起。第一轴承与第二轴承的设置，使得传动丝杆在伺服电机的驱动下在两轴承内转动；伺服电机转动时，第一同步轮转动，通过同步带联动第二同步轮，从而转动传动丝杆。