一种复杂曲面研抛装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种曲面研抛装置，特别是一种复杂曲面研抛装置，包括基座、研抛装置以及力位控制装置，其中，力位控制装置中控制器根据所更新的研抛头的位姿作为反馈，对研抛头的倾角进行闭环控制，使研抛头的倾角紧紧跟随复杂曲面的曲率任意变化，实时调整研抛头的位姿；考虑到不同曲面均对应有适合其工况的研抛力给定值，在上述过程中控制器需要同步对四个伺服电动推杆施加在研抛头上的合力（即研抛装置的研抛力）进行闭环控制，使实际研抛力紧紧跟随给定值的任意变化，对研抛装置的研抛力进行精准控制。其实际所解决“在复杂曲面研抛中研抛装置实现力和位置较高精度的控制”的技术问题，具备柔顺控制稳定性好，研抛精度高等优点。

A polishing device for complex curved surface

The invention discloses a surface lapping and polishing device, in particular to a complex surface lapping and polishing device, which comprises a base, a lapping and polishing device and a force position control device, wherein the controller in the force position control device controls the angle of the lapping and polishing head in a closed loop according to the updated position and attitude of the lapping and polishing head as a feedback, so that the angle of the lapping and polishing head closely follows the curvature of the complex surface to change arbitrarily, in real time Adjust the position and posture of the polishing head; considering that different curved surfaces correspond to the given value of the polishing force suitable for their working conditions, the controller needs to synchronously control the resultant force (i.e. the polishing force of the polishing device) exerted on the polishing head by four servo electric push rods in the above process, so that the actual polishing force closely follows the arbitrary change of the given value, and precisely control the polishing force of the polishing device System. In practice, it solves the technical problem of \realizing high precision control of force and position in the polishing device of complex curved surface\, which has the advantages of good stability of compliance control and high precision of polishing.

【技术实现步骤摘要】
一种复杂曲面研抛装置
本专利技术涉及一种曲面研抛装置，特别是一种复杂曲面研抛装置。
技术介绍
目前在以机器人等自动化装备代替手工劳动实现曲面研抛作业的柔顺控制中，通过在其末端执行器安装弹簧、阻尼等被动柔顺结构并且采用位姿自适应曲面方式以实现柔顺控制的做法较为普遍。这种力/位混合控制方法是一种时变的强耦合性和高度非线性弱化的策略，实现位移-位姿-力的控制非常困难而且精度较低、控制不平稳，且对于加工复杂曲面的位姿无法主动控制，不能解决研抛加工时要求的产生任意力的高柔性和机器人本身在操作时的位置和结构的高刚度之间的矛盾。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种研抛装置，可以实现力和位置较高精度的控制以及对研抛头位姿的调整，特别适用于复杂曲面的研抛加工。为了实现上述目的，本专利技术所设计的一种复杂曲面研抛装置，其包括：一个管状的基座，其侧壁上设有绕着中心线均匀环布的四个槽体，四个槽体均自基座的第一端部延伸向第二端部；在第二端部的外侧设有法兰盘，且与第二端部相固定；一个力位控制装置，包括一个基板、一个多维力传感器、一个倾角传感器、一个控制器、四个伺服电动推杆、四个连接杆、四个球头关节轴承和四个球头关节轴承座；所述基板的中心设有第一通孔；其中，基板位于基座的第一端部的一侧，四个球头关节轴承座均固定至基板的同一侧面上，并在第一通孔的外圈均匀环布，在每个球头关节轴承座上均铰接一个球头关节轴承，四个球头关节轴承与基座上的四个槽体逐一对应，并逐一贯穿其对应的槽体，四个伺服电动推杆在基座的外圈均匀环布，并均与法兰盘相固定，四个伺服电动推杆的推杆部分均在基座的轴向上可实现伸缩，四个伺服电动推杆的推杆部分上均设有一个第二通孔，在每个第二通孔上均贯穿一个连接杆，并形成一组圆柱副，四个连接杆与基座上的四个槽体逐一对应，并与其对应的球头关节轴承相固定，一个多维力传感器和一个倾角传感器均固定至基板上，并与控制器分别电连接，一个控制器与四个伺服电动推杆均电连接；一个电机，其与四个球头关节轴承座位于基板的同一侧，并固定至基板上，电机轴垂直贯穿第一通孔，且两者间隙配合；以及，一个研抛头，其位于基板的另一侧，并与电机轴传动连接；其中，所述控制器用于接收研抛过程中多维力传感器测量的四个伺服电动推杆施加在研抛头上的合力以及倾角传感器测量的研抛头的位姿，根据所更新的研抛头的位姿作为反馈对研抛装置进行柔顺控制，调节四个伺服电动推杆施加在研抛头上的合力以及研抛头的位姿。本专利技术所提供一种研抛装置，其结构中基座的四个槽体分别对各自对应的球头关节轴承限位，每个球头关节轴承只能够在其对应的槽体内活动。另外，四个伺服电动推杆的推杆部分均将运动传递至各自对应的球头关节轴承，四个球头关节轴承环形均布在研抛头的四个方向，四个推杆部分的上下运动便会转换为研抛头四个方向上位姿的变化。同时，四个伺服电动推杆的推杆部分均将力通过连接杆和球头关节轴承传递至研抛头上，研抛头施加在研抛曲面的研抛力大小便能够通过四个伺服电动推杆的输出力来控制。上述结构的研抛装置采用四个伺服电动推杆的推杆部分升降便可直接调整研抛头的位姿并提供研抛力，由于四个伺服电动推杆在四个方向上控制着研抛头的倾角和研抛力，所以研抛头的位姿在一定的倾角范围内可任意调整来适应各种复杂曲面，而且四个伺服电动推杆施加在研抛头上的力合成以后，合力的大小和方向也是可以任意控制的。上述结构的研抛装置需要结合至机械臂上使用，其通过基座上的法兰盘安装在机械臂上，下部的研抛头与复杂曲面接触，电机带动研抛头旋转抛光，机械臂带着研抛装置沿曲面移动，从而完成曲面研抛。上述研抛装置进行复杂曲面研抛作业的柔顺控制过程，具体如下：控制器根据所更新的研抛头的位姿作为反馈，对研抛头的倾角进行闭环控制，使研抛头的倾角紧紧跟随复杂曲面的曲率任意变化，实时调整研抛头的位姿；考虑到不同曲面均对应有适合其工况的研抛力给定值，在上述过程中控制器需要同步对四个伺服电动推杆施加在研抛头上的合力（即研抛装置的研抛力）进行闭环控制，使实际研抛力紧紧跟随给定值的任意变化，对研抛装置的研抛力进行精准控制。因此，本专利技术研抛装置可以很好的实现力和位置的柔顺控制，随着加工曲面以及研抛力的变化，研抛头的旋转速度也产生相应的变化使得研抛精度达到理想的范围，从而保证研抛的精度。作为优选，上述电机轴与研抛头的传动连接结构为：在电机轴的端部外侧设有一个三爪卡头，并与电机轴相固定，研抛头可拆卸式固定至三爪卡头上。作为优选，每个伺服电动推杆与法兰盘的固定结构为：在法兰盘的一侧设有一个槽钢结构的安装座，其底部与法兰盘相固定，所述伺服电动推杆的非推杆部分上设有连接头，其延伸进入至安装座的凹槽内，并通过紧固件锁紧。作为进一步的改进，上述基座的侧壁上设有绕着中心线均匀环布的四个安装预留孔，且与四个安装座上的紧固件逐一对应。上述进一步改进技术方案中所述安装预留孔能够方便伺服电动推杆的连接头与安装座通过紧固件锁紧安装。本专利技术得到的一种研抛装置，其结构中力位控制装置采用主动柔顺结构，在研抛过程中方便对研抛头实现位置-位姿-力的控制，因此控制稳定性好，研抛精度高，特别适合于复杂曲面的研抛加工。附图说明图1是实施例1所提供一种复杂曲面研抛装置的结构示意图；图2是实施例1中力位控制装置的结构示意图；图3是实施例1中基座的结构示意图；图4是实施例2中基座的结构示意图。图中：基座1、第一端部1-1、第二端部1-2、槽体1-3、管腔1-4、安装预留孔1-5、法兰盘2、基板3、第一通孔3-1、多维力传感器4、倾角传感器5、控制器6、伺服电动推杆7、非推杆部分7-1、连接头7-2、推杆部分7-3、第二通孔7-3-1、连接杆8、球头关节轴承9、球头部9-1、轴承部9-2、球头关节轴承座10、铰接部10-1、安装部10-2、安装座11、凹槽11-1、电机12、电机轴12-1、研抛头13、三爪卡头14。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。实施例1：如图1-3所示，本实施例提供的一种复杂曲面研抛装置，其包括：一个圆管状的基座1，其侧壁上设有绕着中心线均匀环布的四个槽体1-3，四个槽体1-3均自基座1的第一端部1-1延伸向第二端部1-2；在第二端部1-2的外侧设有法兰盘2，法兰盘2直接焊接至第二端部1-2上，且法兰盘2与基座1两者的中心线重合；一个力位控制装置，包括一个基板3、一个多维力传感器4、一个倾角传感器5、一个控制器6、四个伺服电动推杆7、四个连接杆8、四个球头关节轴承9和四个球头关节轴承座10；所述基板3的中心设有第一通孔3-1；其中，基板3位于基座1的第一端部1-1的一侧，四个球头关节轴承座10均位于基座1的管腔1-4内；每个球头关节轴承座10均包括铰接部10-1以及位于铰接部10-1两侧的安装部10-2；四个球头关节轴承座本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复杂曲面研抛装置，其特征是包括：/n一个管状的基座，其侧壁上设有绕着中心线均匀环布的四个槽体，四个/n槽体均自基座的第一端部延伸向第二端部；在第二端部的外侧设有法兰盘，且与第二端部相固定；/n一个力位控制装置，包括一个基板、一个多维力传感器、一个倾角传感器、一个控制器、四个伺服电动推杆、四个连接杆、四个球头关节轴承和四个球头关节轴承座；所述基板的中心设有第一通孔；/n其中，基板位于基座的第一端部的一侧，四个球头关节轴承座均固定至基板的同一侧面上，并在第一通孔的外圈均匀环布，在每个球头关节轴承座上均铰接一个球头关节轴承，四个球头关节轴承与基座上的四个槽体逐一对应，并逐一贯穿其对应的槽体，四个伺服电动推杆在基座的外圈均匀环布，并均与法兰盘相固定，四个伺服电动推杆的推杆部分均在基座的轴向上可实现伸缩，四个伺服电动推杆的推杆部分上均设有一个第二通孔，在每个第二通孔上均贯穿一个连接杆，并形成一组圆柱副，四个连接杆与基座上的四个槽体逐一对应，并与其对应的球头关节轴承相固定，一个多维力传感器和一个倾角传感器均固定至基板上，并与控制器分别电连接，一个控制器与四个伺服电动推杆均电连接；/n一个电机，其与四个球头关节轴承座位于基板的同一侧，并固定至基板上，电机轴垂直贯穿第一通孔，且两者间隙配合；/n以及，一个研抛头，其位于基板的另一侧，并与电机轴传动连接；/n其中，所述控制器用于接收研抛过程中多维力传感器测量的四个伺服电动推杆施加在研抛头上的合力以及倾角传感器测量的研抛头的位姿，根据所更新的研抛头的位姿作为反馈对研抛装置进行柔顺控制，调节四个伺服电动推杆施加在研抛头上的合力以及研抛头的位姿。/n...

【技术特征摘要】
1.一种复杂曲面研抛装置，其特征是包括：
一个管状的基座，其侧壁上设有绕着中心线均匀环布的四个槽体，四个
槽体均自基座的第一端部延伸向第二端部；在第二端部的外侧设有法兰盘，且与第二端部相固定；
一个力位控制装置，包括一个基板、一个多维力传感器、一个倾角传感器、一个控制器、四个伺服电动推杆、四个连接杆、四个球头关节轴承和四个球头关节轴承座；所述基板的中心设有第一通孔；
其中，基板位于基座的第一端部的一侧，四个球头关节轴承座均固定至基板的同一侧面上，并在第一通孔的外圈均匀环布，在每个球头关节轴承座上均铰接一个球头关节轴承，四个球头关节轴承与基座上的四个槽体逐一对应，并逐一贯穿其对应的槽体，四个伺服电动推杆在基座的外圈均匀环布，并均与法兰盘相固定，四个伺服电动推杆的推杆部分均在基座的轴向上可实现伸缩，四个伺服电动推杆的推杆部分上均设有一个第二通孔，在每个第二通孔上均贯穿一个连接杆，并形成一组圆柱副，四个连接杆与基座上的四个槽体逐一对应，并与其对应的球头关节轴承相固定，一个多维力传感器和一个倾角传感器均固定至基板上，并与控制器分别电连接，一个控制器与四个伺服电动推杆均电连接；
一个电机，其与四个球...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹建明，周思育，胡利永，王义强，张慧娟，高如君，
申请(专利权)人：浙江大学宁波理工学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33