[发明专利]一种被动柔顺机构、磨头组件、接触力计算方法及砂带机

说明书

本发明提供了一种被动柔顺机构，第三连杆组件前端转动连接浮动接触轮，第三连杆组件的后端设有第一球铰组件，第二连杆组件一端连接第一球铰组件，第二连杆组件另一端通过第二球铰组件连接在第一连杆组件上端，第一连杆组件中部转动连接于固定板上，第一连杆组件下端通过拉簧连接预紧力调整组件，位移传感器、预紧力调整组件均安装于固定板上，固定板上设有导轨，第三连杆组件通过导轨配合安装在固定板上并可前后移动，位移传感器的测量端与第三连杆组件的后端相连用于测量浮动接触轮的位移量。本发明还提供了一种磨头组件、接触力计算方法及砂带机。本发明通过多连杆、弹簧实现接触轮单方向浮动，通过杠杆原理减小了接触轮和工件之间的接触刚度。

技术领域

本发明涉及材料加工技术领域，特别涉及一种被动柔顺机构、磨头组件、接触力计算方法及砂带机。

背景技术

在材料加工领域，砂带磨削作为一种材料去除加工技术，具有加工效率高、加工表面质量好的优点，被广泛用于多余材料去除与表面修整，如零件去毛刺、飞边及表面抛光，焊缝打磨、抛光等。砂带机作为砂带磨削工艺的核心加工设备，其在打磨、抛光工作站中被广泛采用，砂带机的核心部件是磨头组件，其一般由驱动轮、张紧轮、接触轮、惰轮、砂带及安装板等组成。在机器人砂带磨抛系统中有机器人抓件和抓刀两种加工形式，机器人抓件磨抛时，砂带机往往是固定的，机器人抓取工件往砂带机等工具上加工，适用于加工小尺寸、重量轻、易装夹的工件。机器人抓刀磨抛时，砂带机往往是跟随机器人一起移动的，砂带机的尺寸较小，集成在机器人末端法兰上，模仿人手持工具去打磨工件，特别适合加工尺寸大、重量大、不易装夹的工件。在使用机器人夹持工件往砂带机上打磨时，工件定位精度不高、接触轮弹性变形、零件自身尺寸及缺陷不一致会导致工件和接触轮实际接触点存在位置偏差，造成打磨质量不稳定。在砂带磨削中，接触力对材料去除率起主要作用，因此控制砂带磨削时工件和接触轮的接触力显得至关重要。

目前市场上的砂带机多采用固定的接触轮，如专利号CN209936594U、CN208826275U、CN207710497U所述的砂带机，其磨头组件多采用接触轮固定的结构。采用固定的接触轮磨抛时，对机器人示教轨迹点的位姿精度要求高，编程工作耗时且容易出现因加工路径点位姿不准确而导致的过磨或欠磨。虽然市场上也存在接触轮随着整个磨头组件一起浮动的被动式自适应砂带机，如专利号CN206795499U、CN109968161、CN203141270U所述砂带机，采用伺服气缸或伺服电机直接驱动磨头组件做直线运动，从而间接的控制打磨接触力，但由于整个磨头组件的重量大，运动过程中惯性大、摩擦力大，导致工件与接触轮的接触力会发生较大波动，系统响应慢且力控精度低。专利号CN207027177U提出了一种单向压力控制双工位砂带机，其采用比例阀和气缸组合方式控制气缸输出力，其磨头组件中的气缸活塞杆与接触轮的安装滑块直接相连，可以通过调节比例阀设定值来改变接触压力，然而该方法没有考虑系统动力学对接触力的影响，系统力控精度低，并且气缸驱动的响应慢。

上述现有技术的砂带机多采用固定接触轮或由气缸驱动的浮动接触轮，固定接触轮不能自适应贴合工件表面，会导致过磨或欠磨，而气缸驱动的浮动接触轮响应慢，力控精度不高；气缸直接驱动的浮动接触轮模块的接触刚度大，浮动接触轮发生小位移波动会产生较大的接触力变化；另外，因为没有采用传感器直接或间接测量实际接触力，不能实现实时监控接触力；缺少独立的控制模块，因此无法实现主动力控，与机器人配合使用时需要做系统集成，搭建磨抛系统的时间长、成本高。

基于此，现急需一种能够与机器人配合实现小尺寸工件表面的自适应磨削的被动柔顺机构、磨头组件、接触力计算方法及砂带机。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提出一种被动柔顺机构、磨头组件、接触力计算方法及砂带机，通过多连杆以及弹簧实现接触轮单方向浮动，通过杠杆原理减小了接触轮和工件之间的接触刚度，采用位移传感器测量浮动位移量并建立动力学模型计算实际接触力或采用单轴力传感器测量实际接触力，实现了浮动接触轮的接触力的实时监控。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：