[发明专利]主动控制轴向恒压力装置

说明书

一种属于机器人磨抛技术领域的主动控制轴向恒压力装置，包括上法兰、下法兰、消声器、隔板弯头、喉箍、防尘罩壳、气缸组件、花键副、支撑柱、电气比例阀、精密调压阀、位移传感器、陀螺仪、变送器、中间法兰。本发明通过压缩气体为介质通过气缸伸出与缩回，使末端工具端能够补偿工件外形的偏差和工件与磨料的磨损，通过力传感器实时监测末端工具与工件的接触力值的大小，并将此力值通过算法与设定力值比较，通过电气比例阀和精密调压阀等电气元件有效调节气缸的伸缩，实时高效稳定，确保加工介质和工件的有效接触。

技术领域

本发明涉及一种机器人磨抛技术领域的控制装置，特别是一种可以实现主动控制轴向恒压力装置。

背景技术

目前在磨抛行业中，机器人应用正逐渐普及，但应用的场景比较单一，主要是粗糙和规则平面的磨抛应用，对于表面精度要求高、尺寸精度要求高的行业，比如3C行业、航天和军工行业，产品表面形状复杂，存在弧面或者不规则面的磨抛应用，则不能满足，对人的依赖性大，同时磨抛的恶劣环境正严重危害作业员的身体健康，所以迫切需要开发一款主动控制轴向恒压力装置。

目前市面上自动打磨机器人的末端执行器大部分采用单一的主动或者被动柔顺控制打磨，如专利CN201810889342.1公开了一种基于六维力传感器和双目视觉的机器人打磨装置及打磨方法，采用主动柔顺控制方案，通过六维力传感器采集三个轴的力和扭矩，便于打磨力的精确控制，且整体机构简单，通用性好。但是六维力传感器的价格较为高昂，控制算法复杂，使得工业机器人打磨的成本较高。

专利CN201810769480.6公开了一种用于安装打磨头的恒力执行器，采用基于气缸的恒力控制器实现被动柔顺控制，通过控制气动比例阀输出气缸压力，使打磨过程中打磨压力恒定不变。该方案结构简单、轻便、安装维护简单，且介质为空气，不易燃烧，安全可靠。但是执行器为被动恒力控制器，不能够实现快速调节工具与工件的接触力，尤其在曲率大的曲面恒力控制的缺陷尤显突出，导致磨抛不均匀。

专利CN201910448875.0公开了一种打磨均匀性好的钢管表面除锈装置,采用基于弹簧的被动柔顺控制方案，此方案价格低，控制策略简单，易于实现。但是精度不高，打磨力的控制不稳定。

这些恒力控制结构共同的缺陷为未消除工具自重对控制力的影响，如在作业过程中的姿态为水平和竖直等，工具的自重将对接触力产生较大影响。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种主动控制轴向恒压力装置，以压缩空气为介质，通过气缸控制装置末端工具沿轴向浮动，使工具端能够补偿工件外形的偏差、工件和磨料的磨损，保证工具与工件的有效接触，完成以前很难或无法完成的工序；通过力传感器实时监测末端工具与工件的接触力值的大小，并将此力值通过算法与设定力值比较，通过电气比例阀和精密调压阀等电气元件有效调节气缸的伸缩，确保加工介质和工件的有效接触，实时高效稳定；通过陀螺仪检测装置自身姿态，配合算法消除装置在不同姿态下的自重对末端工具与工件接触力的影响，实现各姿态下磨抛恒压力控制。

本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括上法兰、下法兰、消声器、隔板弯头、喉箍、防尘罩壳、气缸组件、花键副、支撑柱、电气比例阀、精密调压阀、位移传感器、陀螺仪、变送器、中间法兰，上法兰位移固定端，其上表面均布螺纹孔，用于整套装置与外部机械手的连接，下法兰为一活动端，其下表面均布螺纹孔，可以通过外部法兰连接不同形式的磨抛工具，消声器安装于上法兰的侧面，用于降低噪音和将装置内气体排出，隔板弯头安装于上法兰的侧面，为该装置的气源接口，给内部气动设备供气，喉箍用于固定防尘罩壳和上法兰与下法兰的位置，防尘罩壳具有可伸缩性，用于阻止外部尘粒进入装置内部，气缸组件安装于上法兰和中间法兰之间，自由端与下法兰固定连接，花键副固定在中间法兰上，另一端与下法兰固定连接，支撑柱用于连接和固定上法兰和中间法兰，电气比例阀通过转接板固定于上法兰下表面，精密调压阀通过支架一固定于上法兰下表面，位移传感器通过支架三与中间法兰固定连接，陀螺仪安装于支架四上，支架四通过下表面安装于下法兰上，变送器安装于支架五上，最终固定连接在中间法兰上。