[发明专利]一种用于工业机器人的单自由度主动自适应力控法兰

说明书

本发明公开了一种用于工业机器人的单自由度主动自适应力控法兰，主要包括定平台、动平台、直线电机、空气弹簧和导向装置等；并具有同轴心嵌套安装的内筒形支架和外筒形支架，导向装置设置在内筒形支架外侧壁与外筒形支架内侧壁之间；外筒形支架的一端具有容纳内筒形支架的开口，另一端与定平台固定连接；内筒形支架位于外筒形支架中的内端部，与定平台之间设有空气弹簧，内筒形支架的外端部与动平台固定连接；直线电机的电机定子安装在外筒形支架开口部；电机动子安装在动平台的内侧，并且与内筒形支架同轴心布置。本发明具有较高的力控精度、较好动态响应性能和较大的力控范围，适用于零件装配和抛光打磨等行业。

技术领域

本发明涉及工业机器人末端装置，具体涉及一种用于零件装配、抛光打磨等作业形式的工业机器人末端力控装置。

背景技术

在零件装配、抛光打磨等行业，传统的作业方式是人工作业，需要大量的人力资源，成本较高，并且作业的质量往往依赖于工人的经验和熟练程度，并不能保证质量完全一致。同时，人工作业的方式生产效率低，工作环境对工人的安全健康存在较大的威胁。传统人工作业的种种弊端迫使该技术领域的作业方式向新的高效高质量方向变革。

随着科技的进步，工业机器人以灵活性好，工作空间大，控制简单，成本低，效率高等优势逐渐得到各大企业的青睐。工业机器人在生产作业中的工作方式主要可分为接触式作业和非接触式作业，在接触式作业中，工业机器人的控制方式可分为位置控制和力控制。位置控制是靠调节工业机器人的各个关节来实现末端的姿态变化，而力控制是靠调节工业机器人的各个关节力矩来实现末端输出力，也称直接力控制，这种方法需建立准确的机器人动力学模型，根据末端输出力反解出工业机器人各个关节的输出力矩，实现起来比较麻烦。而工业机器人的间接力控制是在机器人的末端安装力控装置，由工业机器人负责位置控制，力控装置负责末端输出力控制，两者相互结合实现工业机器人的力/位解耦。

现有的力控装置大多采用气压驱动或电机驱动。气压驱动在控制中存在严重的非线性，力控精度低，并且气体存在响应迟滞的缺点，不能够实现快速调节接触力大小。而电机驱动的方式柔性较差，作业时易产生振动，并且单一电机驱动的力控装置质量较大，不符合轻量化的设计要求。为满足零件装配和抛光打磨等行业的需求，亟待研发一种精度高、响应快、柔性好、质量轻、力控范围大的力控装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种单自由度主动自适应力控法兰，以解决上述现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于工业机器人的单自由度主动自适应力控法兰，主要包括定平台、动平台、直线电机、空气弹簧和导向装置；并具有同轴心嵌套安装的内筒形支架和外筒形支架，导向装置设置在内筒形支架外侧壁与外筒形支架内侧壁之间；外筒形支架的一端具有容纳内筒形支架的开口，另一端与定平台固定连接；内筒形支架位于外筒形支架中的内端部，与定平台之间设有空气弹簧；内筒形支架的外端部与动平台固定连接；直线电机的电机定子安装在外筒形支架开口部；电机动子安装在动平台的内侧，并且与内筒形支架同轴心布置。

作为上述技术方案的进一步改进，单自由度主动自适应力控法兰设有用于检测动平台位移的位移传感器、以及用于检测末端执行工具实际接触力的压力传感器；位移传感器和压力传感器将实际测量值反馈给控制器，控制器调节直线电机中的电流进行实际接触力与期望力之间的力偏差调节。

作为上述技术方案的进一步改进，外筒形支架的开口侧具有三个间隔120°的安装支架，导向装置中的滑块与安装支架连接；内筒形支架位于外筒形支架内的部位具有三个间隔120°的引脚支架，导向装置中的导轨与引脚支架连接。

作为上述技术方案的进一步改进，导向装置沿圆周间隔120°均布，每根导轨采用双滑块结构。

作为上述技术方案的进一步改进，内筒形支架在引脚支架之间具有镂空结构；外筒形支架在安装支架之间具有镂空结构。