[发明专利]一种变刚度磨抛执行装置及其执行方法

说明书

本发明公开了一种变刚度磨抛执行装置及其执行方法，包括有框架模块、调刚电机模块、浮动模块以及滑轮模块，框架模块包括有近端框架、远端框架、支撑架，近端框架的上端面与机械臂末端连接固定，近端框架的中部安装有调刚电机模块，框架模块内安装有浮动模块，浮动模块包括有电机底座、弹性片和滑动轴，滑动轴分别与对应的支撑架上的浮动模块滑槽导向配合，弹性片分别通过对应的滑轮模块支撑架设，调刚电机模块带动滑轮模块运行，改变浮动模块弹性片连接端和支撑端的相对距离，从而实现实现变刚度的功能。本发明可以实现多种场合下的恒力或按需求的变力打磨，对于机械臂灵活性的负面影响较小，具有体积小，延迟低，刚度值准确的优点。

技术领域

本发明涉及机器人磨抛加工领域，主要涉及一种变刚度磨抛执行装置及其执行方法。

背景技术

对于工件表面质量要求高的场合，磨抛装置的力控特性是衡量其综合性能的一项重要指标。与传统的刚性或柔性的定刚度磨抛装置相比，变刚度磨抛装置能够根据待加工工件表面的硬度和接触力的具体要求，自行调整至合适的刚度。除此之外，要实现磨抛加工的过程中对于接触力的调整，定刚度装置只有调整变形量一种途径，而变刚度装置则具有调整变形量和调整刚度两种途径。无论是对于不同待加工工件的适应性，还是工件加工过程中的力控性能，变刚度装置都具有明显优势。

变刚度的实现方式可以分为采用力与形变呈非线性的材料、通过机械结构改变刚度和改变材料性质三类方法。第一类方法所使用的材料可以等效为一个变刚度弹簧，其刚度随着变形量的增大而增大。利用此方法设计出的变刚度结构简单。但它无法实现对刚度的主动调节，且在刚度调节的过程中需要消耗大量的能量。第二类方法需要采用一个调刚电机来实现刚度变化。例如，申请号为CN201820924506 .5的中国实用新型专利：一种变刚度柔顺抓取装置。此装置通过改变夹爪臂上柔性机构支链的角度来调节刚度。该装置保留了机械传动变刚度装置低延迟与高精度的优点，但其X方向与Z方向尺寸较大（该实用新型专利以夹爪移动轨道的方向为X轴，以柔性支链的方向为Z轴）。若安装在六轴机械臂末端，则对机械臂本身灵活性的负面影响较大。除此之外，在调节刚度时，X轴方向的刚度增大会导致其Y轴方向刚度减小，进而降低了抵抗该方向干扰力的能力。第三类方法所使用的材料，其刚度会受到温度、气压、电流大小、磁场强度等因素的影响，目前是机械臂末端最常用的一类变刚度方法。例如，申请号为CN201910812028 .8的中国发明专利：一种磁流变液可变刚度柔性夹爪。此装置通过改变外加磁场的大小来改变磁流变液的性质，进而改变夹爪的刚度。此装置的质量和占用空间较小，安装在六轴机械臂的末端时能够较好地保证机械臂的灵活性。但磁流变液对于工作环境的要求较高，易受到环境磁场的影响。上述两个专利都具有变刚度的功能，但它们都属于抓取装置，没有将变刚度功能与磨抛装置相结合，也没有实现磨抛装置所需要的法向变刚度。

但随着科技的发展与相关技术人员的探索，也出现了一些将变刚度功能与磨抛装置结合的实例。例如，申请号为CN201910155330 .0的中国发明专利：变刚度恒力浮动打磨磨头。采用气动的方式，通过改变气压来改变内部干扰颗粒的摩擦力，进而调整打磨头的刚度。但此装置的缺点是：内部干扰颗粒结构的准确刚度值难以直接测量，需要通过距离传感器与力传感器测出形变量与接触力，然后计算方可获得。此装置实际上也没有测量型变量的装置，只有测量接触力的装置。除此之外，气动变刚度装置在反复的充放气与压缩过程中容易形成高温高压环境，对于需要承受气压的内壁材料性能具有较高的要求，而此装置并未改善这一问题。因此，研发一种体积小，适用范围广，延迟低，刚度值准确的变刚度磨抛执行机构及方法尤为重要。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种变刚度磨抛执行装置及其执行方法，适用于多种机械臂的末端，借助机械臂高灵活性的特点，可以实现多种场合下的恒力或按需求的变力打磨，且对于机械臂灵活性的负面影响较小，具有体积小，延迟低，刚度值准确的优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：