[发明专利]一种自适应姿态的主被动柔顺磨抛装置及磨抛机器人

说明书

本发明公开了一种自适应姿态的主被动柔顺磨抛装置及磨抛机器人，属于智能加工设备领域，包括控制器和从上至下依次设置的一维直线模块、二自由度角度控制模块、主被动柔顺磨抛模块，一维直线模块用于带动另两个模块做上下直线运动，二自由度角度控制模块用于带动磨抛模块做两自由度的旋转运动，两旋转运动的旋转轴正交且与打磨片下表面中心重合；主被动柔顺磨抛模块设于二自由度角度控制模块下方，其上设置有用于实现被动柔顺的弹簧；控制器与一维直线模块、二自由度角度控制模块和六维力传感器相连，根据六维力传感器测量结果控制一维直线模块和二自由度角度控制模块运动调整打磨片的磨抛力和姿态。本发明具有磨抛精度高、磨抛稳定可靠等优点。

技术领域

本发明属于智能加工设备领域，更具体地，涉及一种自适应姿态的主被动柔顺磨抛装置及磨抛机器人。

背景技术

风力发电机是将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。大型风电叶片作为风能转换为机械功的关键组件，其形位精度和表面粗糙度直接影响着风力发电效率和寿命，这对大型风电叶片的表面打磨及磨抛工艺提出了较高的要求。目前，主要采用人工磨抛和龙门机床磨抛，其中，人工磨抛对工人技术要求高、劳动强度大、效率低，产品质量及一致性无法保证，且严重影响人的身心健康；龙门机床磨抛活性差、操作复杂、不具有普适性，且难以解决中、尾部弱刚性区域的高效精密加工。

随着智能制造的迅速发展，工业机器人被广泛应用于焊接、磨抛、喷涂、搬运、装配等领域。机器人应用于磨抛领域具有磨抛效率高、一致性好，成本低等诸多优势。然而，由于大型风电叶片的制造误差和安装变形再加上坐标系的标定误差的影响，可能导致叶片的实际轮廓与机器人的离线编程轨迹存在较大的误差，因此要求磨抛装置的姿态能够自适应以与曲面法向重合，并且具有一定的柔顺性。柔顺性一般分为被动柔顺和主动柔顺，其中，被动柔顺是在机器人末端增加一个柔性关节，通过末端的柔性关节实现接触力的控制，但其无法根除机器人高刚度与高柔顺间的矛盾；主动柔顺是通过工业机器人对接触力的感知和控制，进而实现对力/位混合控制，例如CN108581745A公开的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，其可以实现柔性磨抛，但是在实际应用中该装置存在以下问题：首先，该装置的二维姿态调整组件设于整个装置的上端，直线伺服力控组件设于整个装置的下端，由于直线伺服力控组件设于整个装置的下端并与磨盘相连，由此使得利用直线伺服力控组件带动磨盘进行直线运动时，将改变磨盘的中心相对于二维姿态调整组件的位置，由此将导致二维姿态调整组件中圆弧齿条的圆心与磨盘中心不一定重合，进而影响磨抛精度；其次，二维姿态调整组件中的旋转调整机构主要由内齿圈实现，倾斜调整机构主要由圆弧齿条实现，在实际运用过程中发现这种结构的调整可靠性和稳定性较差；再次，倾斜调整机构中的执行部件及直线伺服力控组件悬挂于圆弧齿条上，由此使得圆弧齿条将承受较大力矩，经过实际应用发现其使用寿命短、齿条经常报废，另圆弧齿条架设于内齿圈上，为了保证倾斜调整机构的调整角度，对内齿圈的尺寸等方面也具有较多的要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种自适应姿态的主被动柔顺磨抛装置及磨抛机器人，其通过对关键组件如一维直线模块、二自由度角度控制模块和主被动柔顺磨抛模块的具体布置方式以及主被动柔顺磨抛模块具体结构的设计，有效综合了主动柔顺与被动柔顺控制的优点，可消除高刚度与高柔顺间的矛盾，具有磨抛精度高、磨抛稳定可靠等优点，适用于任意大型复杂曲面的高精度磨抛。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种自适应姿态的主被动柔顺磨抛装置，其包括一维直线模块、二自由度角度控制模块、主被动柔顺磨抛模块和控制器，其中：

所述一维直线模块、二自由度角度控制模块和主被动柔顺磨抛模块从上至下依次设置，该一维直线模块用于带动所述二自由度角度控制模块和主被动柔顺磨抛模块构成的整体做上下直线运动，所述二自由度角度控制模块用于带动所述主被动柔顺磨抛模块做两个自由度的旋转运动，该两个自由度的旋转运动的旋转轴彼此正交且与所述主被动柔顺磨抛模块中打磨片下表面的中心重合；