[发明专利]一种三自由度曲面自适应智能力控柔性磨抛末端执行装置

说明书

本发明公开了一种三自由度曲面自适应智能力控柔性磨抛末端执行装置，包括二维姿态调整组件、直线伺服力控组件、磨抛组件和控制器。直线伺服力控组件通过接触力闭环控制实现对打磨接触力的实时控制与反馈，保证恒定接触力加工；二维姿态调整组件通过闭环控制实现磨盘姿态的实时调整，使磨削面始终与曲面局部切平面重合实现曲面自适应，有效防止打磨不均匀、过磨等问题，实现机器人自适应柔性磨抛加工。本发明使得磨盘进行姿态调整时始终做定心运动，从而在适应曲面变化时不会产生不必要的位移，有效防止对已打磨区域重复磨抛，保证磨抛工艺要求的均匀性、一致性，适用于大型自由曲面零件尤其是大型风电叶片的自适应高精度磨抛加工。

技术领域

本发明属于曲面类工件智能加工制造领域，尤其涉及工业机器人应用场合的大型曲面自适应力控制磨抛领域，更具体地，涉及一种三自由度曲面自适应智能力控柔性磨抛末端执行装置。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，取之不尽，用之不竭，因此风能的需求日益增加，全世界各个国家争先发展风力发电技术。大型风电叶片作为风电机组转换风能的关键部件，随着全球风电市场转向低风速和海上风场的风能开发，大型风电叶片的需求量逐年上涨。大型风电叶片的表面去腻子打磨以及磨抛加工工艺的好坏严重影响发电效率。大型风电叶片由于长度可达59.5米之多，打磨易变性，且表面复杂多变，这些问题对大型风电叶片磨抛工艺提出了非常高的要求。当前的大型风电叶片等自由曲面的磨抛加工主要包括手工磨抛以及少量的机器人磨抛加工；手工磨抛加工，效率不高、磨抛余量不均匀、零件表面质量受工人技术熟练程度影响很大，机器人磨抛系统效率高、加工一致性好，相应成本低，是目前发展的趋势。

机器人在复杂曲面等非结构化环境中进行如打磨、抛光等约束操作时，加工件的几何形貌难以精确建模，且大型风电叶片类工件的悬臂长、易变性等特性往往要求磨抛工具具有一定的柔顺性，且加工对象精确模型的缺乏导致机器人运动轨迹规划困难或不准确。

机器人柔顺性可分为主动柔顺与被动柔顺。被动柔顺主要通过调节弹簧刚度获得所需柔顺性，例如美国MIT Draper实验中心设计的远程中心柔顺的无源机械装置，但是由于弹簧相应速度慢，该装置存在精度不可控，容易产生过磨或磨抛不均匀的问题。主动柔顺中奥地利一家公司生产的气动变力装置ACF能够较好实现工具末端与工件之间的接触力，但是，该气体变力装置由于气体压缩的特性会产生非线性问题，同样易导致磨抛不均匀。专利申请号为201610580987的“一种曲面类空间柔顺打磨串并联机器人工艺平台”能够调整打磨接触力与调整末端姿态，但是在打磨过程中打磨头的位置会发生变化，容易导致重复磨抛。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种三自由度曲面自适应智能力控柔性磨抛末端执行装置，其目的在于通过设计二维姿态调整组件和直线伺服力控组件，原位实时调整打磨头的姿态及磨削力，从而在提高打磨精度、实现柔顺磨抛的同时，防止重复磨抛及磨抛不均匀。

为了实现上述目的，本发明提供了一种三自由度曲面自适应智能力控柔性磨抛末端执行装置，包括基架、端盖、二维姿态调整组件、直线伺服力控组件、磨抛组件和控制器；

基架为下端开口的筒状构造，端盖设于基架上端，端盖用于与磨抛机器人末端对接固定；

二维姿态调整组件设于基架内部，包括倾斜调整机构和旋转调整机构；

倾斜调整机构的调节轨道为圆弧齿条，通过与圆弧齿条啮合的倾斜驱动齿轮驱动倾斜调整机构以圆弧齿条的圆心为中心旋转，圆弧齿条的圆心位于旋转调整机构的旋转轴线上；

直线伺服力控组件安装于倾斜调整机构上，包括丝杆、直线滑块、丝杆驱动电机和六维力传感器；丝杆与直线滑块组成滚珠丝杠机构，丝杆驱动电机的输出轴与丝杆对接，六维力传感器固定于直线滑块上；