单自由度气电混合力控末端执行器及工业机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种单自由度气电混合力控末端执行器及工业机器人。该力控末端执行器包括定平台、动平台、氮气弹簧和设于定平台与动平台间的直线电机、固定外套和滑动内套，直线电机内部设有氮气弹簧，氮气弹簧的一端与定平台相连，另一端与直线电机的电机动子相连，滑动内套套设于直线电机的外部并与动平台相连，固定外套套设于滑动内套的外部并与定平台相连。本发明专利技术将氮气弹簧设置在中空的直线电机内部，使得力控末端执行器的结构更加紧凑，大幅度减少了轴向长度；并且采用的氮气弹簧无需外接气源，在整个行程具有恒定的弹力，有利于直线电机进行快速的接触力补偿；并在电机动子和动平台间设置压力传感器和导向机构，从而实现接触力的精确控制。

【技术实现步骤摘要】
单自由度气电混合力控末端执行器及工业机器人
本专利技术属于工业机器人末端工具
，具体涉及一种用于机器人打磨抛光等接触式作业的单自由度气电混合力控末端执行器及工业机器人。
技术介绍
零件的打磨抛光作为工件加工的一道重要工序，传统的工作模式是依靠人力作业，加工效率低，工作环境差，零件的一致性不能保证。近年来，采用工业机器人替换人工的方式进行打磨抛光成为主流的加工方式。而机器人打磨抛光属于连续接触式作业，控制抛光过程中的压力恒定成为提高加工质量的关键因素。目前，工业机器人进行力控制的方法主要有两种，一种是通过控制机械臂的关节力矩进行力控制，另一种是利用机械臂外加的力控装置进行力控制，前者主要适用于轻量化机械臂，后者由机械臂进行位置控制，力控末端执行器进行力控制，可实现机器人力/位解耦控制，是未来的主要发展趋势。目前，单自由度的力控末端执行器大多都是电动式或气动式的，其中，气动式的力控末端执行器的柔性较好，可抗冲击，但普遍存在响应速度慢、力控精度差等缺点，而电动式力控末端执行器的响应快、力控精度高，但缺乏柔性，工作过程中易振动，并且为了适应大的接触力，力控装置整体质量较大。为了克服电动式或气动式力控末端执行器的缺点，采用气电混合式的力控末端执行器应运而生。目前的气电混合式的力控末端执行器存在轴向长度较大，导致抛光过程中径向刚度不足；结构不紧凑、重量较重；没有在内部集成力反馈功能等问题，限制了气电混合末端执行器的推广应用。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种单自由度气电混合力控末端执行器及工业机器人，从而克服现有技术的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：一种单自由度气电混合力控末端执行器，所述单自由度气电混合力控末端执行器包括定平台、动平台、直线电机、固定外套、滑动内套和和氮气弹簧，所述定平台和动平台之间设置所述直线电机，所述直线电机包括与定平台相连的电机定子和与所述动平台相连的电机动子，所述电机定子内部设有用于收容所述氮气弹簧的收容空间，所述氮气弹簧设于所述收容空间内，且所述氮气弹簧的一端与定平台相连，另一端与电机动子相连，所述滑动内套和固定外套设于定平台和动平台之间，所述滑动内套套设于直线电机的外部并与动平台相连，所述固定外套套设于滑动内套的外部并与定平台相连。优选地，所述单自由度气电混合力控末端执行器还包括用于检测接触力的压力传感器，所述压力传感器设于电机动子和动平台之间。优选地，所述电机动子和动平台之间还设有至少一个第一导向机构，所述第一导向机构包括导向杆和套设于导向杆上的导套，所述导套设于动平台上，所述导向杆的一端与电机动子相连，另一端伸入导套内。优选地，所述电机动子和动平台之间还设有连接件，所述导向杆通过连接件与电机动子相连。优选地，所述单自由度气电混合力控末端执行器还包括用于检测动平台位置的位移检测机构，所述位移检测机构设于滑动内套和固定外套之间，所述位移检测机构包括光栅尺和用于读取光栅尺上刻度的光栅读头，所述光栅尺设于滑动内套的外侧壁上并沿滑动内套的轴向延伸设置，所述光栅读头设于固定外套上。优选地，所述位移检测机构还包括用于安装光栅读头的安装支架，所述光栅读头通过安装支架安装于固定外套上。优选地，所述单自由度气电混合力控末端执行器还包括设于滑动内套和固定外套之间的第二导向机构，所述第二导向机构包括导轨和滑动设于导轨上的至少一个滑块，所述导轨设于滑动内套的外侧壁上并沿滑动内套的轴向延伸设置，所述滑块与固定外套相连。优选地，所述单自由度气电混合力控末端执行器还包括用于对动平台进行限位的至少一个限位机构，所述限位机构包括限位槽和限位块，所述限位槽设于固定外套上，所述限位块与滑动内套相连并位于所述限位槽内。优选地，所述单自由度气电混合力控末端执行器还包括多个用于抵消氮气弹簧弹力的弹性件，所述弹性件设于所述定平台和动平台之间，且所述弹性件的一端与所述定平台相连，另一端与所述动平台相连。优选地，所述氮气弹簧包括缸体和设于所述缸体内的活塞杆，所述活塞杆通过弹性垫块与所述电机动子相连。本专利技术还揭示了一种工业机器人，包括上述单自由度气电混合力控末端执行器、机械臂、卡盘、抛光工具，所述抛光工具通过卡盘与动平台固定连接，所述机械臂的末端与定平台固定连接。与现有技术相比较，本专利技术的有益效果至少在于：（1）本专利技术通过在直线电机内部设置收容空间，收容空间内设置氮气弹簧，使得单自由度气电混合力控末端执行器的结构更加紧凑，可大大减少单自由度气电混合力控末端执行器的轴向长度，从而提高径向刚度。（2）本专利技术通过在单自由度气电混合力控末端执行器内部设置压力传感器和位移检测机构，使得单自由度气电混合力控末端执行器内部集成了力反馈和位置反馈的功能，并且通过设置第一导向机构，避免压力传感器承受径向作用力，提高了单自由度气电混合力控末端执行器的可靠性。（3）本专利技术还通过在定平台和动平台之间设置弹性件，可抵消部分氮气弹簧出力，进而减轻电机重量，并提高系统的刚度和响应速度。（4）本专利技术采用高压的氮气弹簧，不需要外接气源，简化了系统的组成；并具有尺寸小，结构紧凑等特点；且在整个行程中，可以保持恒定的弹力，这对于直线电机实现快速的力补偿有很大促进作用。（5）本专利技术所述的单自由度气电混合力控末端执行器集成了电动式和气动式单自由度气电混合力控末端执行器的优点，具有力控精度高、响应速度快、抗冲击、结构紧凑、力控范围大的优点，可应用于机器人打磨抛光等接触式作业领域。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是单自由度气电混合力控末端执行器零行程时立体图；图2是单自由度气电混合力控末端执行器满行程时立体图；图3是单自由度气电混合力控末端执行器零行程时剖视图；图4是单自由度气电混合力控末端执行器满行程时剖视图；图5是图4中沿A-A剖视图；图6是图5中A处的局部放大视图。附图标记：10、定平台；11、支座；20、动平台；30、直线电机；31、电机定子；32、电机动子；40、固定外套；50、滑动内套；60、氮气弹簧；61、缸体；62、活塞杆；63、弹性垫块；70、第一导向机构；71、导向杆；72、导套；80、位移检测机构；81、光栅尺；82、光栅读头；83、安装支架；90、第二导向机构；91、导轨；92、滑块；100、限位机构；101、限位槽；102、限位块；110、弹性件；M、收容空间；a、压力传感器；b、连接件。具体实施方式通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本专利技术。本文中揭示本专利技术的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本专利技术的示范性，本专利技术可以各种形式来体现。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单自由度气电混合力控末端执行器，其特征在于，所述单自由度气电混合力控末端执行器包括定平台、动平台、直线电机、固定外套、滑动内套和和氮气弹簧，所述定平台和动平台之间设置所述直线电机，所述直线电机包括与定平台相连的电机定子和与所述动平台相连的电机动子，所述电机定子内部设有用于收容所述氮气弹簧的收容空间，所述氮气弹簧设于所述收容空间内，且所述氮气弹簧的一端与定平台相连，另一端与电机动子相连，所述滑动内套和固定外套设于定平台和动平台之间，所述滑动内套套设于直线电机的外部并与动平台相连，所述固定外套套设于滑动内套的外部并与定平台相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种单自由度气电混合力控末端执行器，其特征在于，所述单自由度气电混合力控末端执行器包括定平台、动平台、直线电机、固定外套、滑动内套和和氮气弹簧，所述定平台和动平台之间设置所述直线电机，所述直线电机包括与定平台相连的电机定子和与所述动平台相连的电机动子，所述电机定子内部设有用于收容所述氮气弹簧的收容空间，所述氮气弹簧设于所述收容空间内，且所述氮气弹簧的一端与定平台相连，另一端与电机动子相连，所述滑动内套和固定外套设于定平台和动平台之间，所述滑动内套套设于直线电机的外部并与动平台相连，所述固定外套套设于滑动内套的外部并与定平台相连。


2.根据权利要求1所述的单自由度气电混合力控末端执行器，其特征在于，所述单自由度气电混合力控末端执行器还包括用于检测接触力的压力传感器，所述压力传感器设于电机动子和动平台之间。


3.根据权利要求1或2所述的单自由度气电混合力控末端执行器，其特征在于，所述电机动子和动平台之间还设有至少一个第一导向机构，所述第一导向机构包括导向杆和套设于导向杆上的导套，所述导套设于动平台上，所述导向杆的一端与电机动子相连，另一端伸入导套内。


4.根据权利要求3所述的单自由度气电混合力控末端执行器，其特征在于，所述电机动子和动平台之间还设有连接件，所述导向杆通过连接件与电机动子相连。


5.根据权利要求1所述的单自由度气电混合力控末端执行器，其特征在于，所述单自由度气电混合力控末端执行器还包括用于检测动平台位置的位移检测机构，所述位移检测机构设于滑动内套和固定外套之间，所述位移检测机构包括光栅尺和用于读取光栅尺上刻度的...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊次远，杨桂林，张驰，陈庆盈，方灶军，黄晓路，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33