一种机器人末端抛光执行器以及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种机器人末端抛光执行器以及控制方法，其包括第一法兰和第二法兰，两个法兰之间设置有动力执行元件，动力执行元件采用两个电磁体以及电磁铁中间设置有移动的永磁体的形式，通过改变两个电磁体的电压大小，进而控制永磁体的所受电磁力大小，永磁体通过夹具将受到的电磁力传递至油石，将油石和代加工零部件表面之间的接触力控制在一定范围内，机器人手臂带动油石在待加工零部件的表面运动，实现抛光作业；本方案中的抛光执行器结构简单、灵便、安装与维修简单，质量轻，成本较低。在电压允许的条件下，能够产生较大的推力，能够适应较强的冲击负载。调节接触力大小简单，工作响应速度快，不会划伤零部件的表面。不会划伤零部件的表面。不会划伤零部件的表面。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人末端抛光执行器以及控制方法


[0001]本专利技术涉及机器人抛光设备
，特别是涉及一种机器人末端抛光执行器以及控制方法。

技术介绍

[0002]抛光是指利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。是利用抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行的修饰加工。
[0003]目前自动化抛光领域中，将抛光装置设置在机器人手臂末端，使用机器人手臂带动抛光装置，对待抛光零部件的自由表面进行抛光作业。
[0004]而目前抛光机器人的恒力末端执行器产品普遍采用的是机械弹簧结构和气动抛光结构，其中机械弹簧结构对于力的控精度较差，无法实时跟踪抛光力的变化，是一种被动控制，接触力的范围不能控制在一个较小的范围。且在力控制要求高的情况下无法适用，仅仅只应用在力控制要求不高的场合。由于零件表面形状的不确定性，抛光设备与工件的接触环境随时都可能发生变化，装置的稳定性、通用性是设计的难点和重点，法向抛光分力对加工质量影响最大，仅对法向抛光力进行控制就能控制单位时间内抛光的效果。
[0005]现有技术中也有采用缓冲气缸对末端执行器接触力进行控制，末端执行器的接触力控制精度有了一定的提高，但是缓冲气缸的响应速度低，缓冲气缸执行端不具备柔性，对于表面复杂的零部件而言，不能很好的满足抛光加工的要求，且缓冲气缸需要通过气管提供高压气体作为动力源，气管管线布置复杂，对布置末端执行器的环境有更高的要求。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的上述问题，本专利技术提供了一种机器人末端抛光执行器以及控制方法，解决了现有技术中的机器人末端抛光执行器，无法适用于控制要求高的场合使用的问题。
[0007]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]提供一种机器人末端抛光执行器，其包括第一法兰和第二法兰，第一法兰的轴线和第二法兰的轴线重合，第一法兰用于与机器人末端连接；
[0009]第一法兰和第二法兰之间设置有动力执行元件，动力执行元件包括固定筒，固定筒底部与第一法兰上端面螺纹连接，固定筒的内底面和内顶面上均设置有一个电磁铁，两个电磁铁用于与外部电源电性连接，两个电磁铁与外部电源连接的电路上设置有用于控制电流大小或电压大小的控制器；
[0010]两个电磁铁之间设置有永磁体，永磁体的外径与固定筒内部相匹配，永磁体在两个电磁体的作用力下，永磁体沿固定筒的轴线方向往复直线运动；
[0011]固定筒的圆周外壁上对称开设有两个与其内部连通的缺口，两个缺口的长度方向与固定筒的轴线方向同向，两个缺口的顶部与固定筒的顶部相接；
[0012]固定筒外壁上活动设置有夹具，夹具包括与第二法兰下端面固定连接的连接板和设置在连接板下端面的连接耳，两个连接耳与两个缺口配合，两个连接耳的下端与永磁体的圆周外壁螺纹连接；
[0013]第二法兰的上端面设置有与控制器电性连接的压力传感器，压力传感器的上端面设置有油石夹具，油石夹具上设置有用于抛光零部件自由表面的油石。
[0014]本方案机器人末端抛光执行器的基本原理为：要实现油石对代加工零部件的表面进行抛光作业，那么就需要油石与零部件的表面之间的接触力稳定控制在一定范围内；而本方案中控制接触力的手段为：通过控制器控制改变两个电磁铁中的电流或者电压，改变两个电磁体的电磁力，进而改变永磁体收到的电磁合力，永磁体受到的合力通过夹具传递给油石，实现油石与零部件的表面之间的接触力稳定可控，满足控制要求高的场合使用的；在抛光的过程中机器人会不断改变自身的位置以及零部件的表面不是平整一致的，那么油石与零部件的表面之间的接触力也会之不断发生变化，控制器可以根据压力传感器实时反馈的压力信号，实时控制电磁铁中的电流或者电压，根据压力信号实时改变油石与零部件的表面之间的接触力，满足更高精度的加工。
[0015]永磁体在两个电磁体之间滑动，在油石与零部件的表面接触时，那么必然会导致油石回缩位移，避免油石直接与零部件的表面刚性接触，保护零部件的表面不被划伤；而油石的位移量就是永磁体的位移量，可以在固定筒内设置位移传感器用于获取永磁体的位移量，永磁体的位移量可以平衡油石与接触表面的位置误差值，控制器可以根据永磁体的位移量改变两个电磁体的电流或电压，进而对接触力进行补偿，将接触力的大小始终控制在一定范围内，满足高精度加工，避免接触力急剧增加。
[0016]进一步地，为了保证永磁体相对于固定筒直线移动，进而直线移动的永磁体推动油石直线移动，固定筒的轴线与第一法兰轴线重合，两个电磁铁的铁芯以及电磁铁的中心线均与第一法兰轴线重合。
[0017]进一步地，第一法兰的轴线和第二法兰之间设置有多个轴向阻尼器，每个轴向阻尼器的两端分别与第一法兰的上端面和第二法兰的下端面连接。多个轴向阻尼器的设置，在永磁体稳定过程中，可以减少永磁体在两个电磁体之间的震荡次数，进而减少整个抛光执行器的震荡次数，降低整个抛光执行器的调节时间。
[0018]进一步地，第一法兰和第二法兰之间设置有圆柱弹簧，圆柱弹簧的两端分别与上端面和第二法兰的下端面连接。第一法兰和第二法兰之间会相对移动，会对圆柱弹簧进行压缩，压缩的圆柱弹簧两端会对第一法兰和第二法兰产生推力，在调节油石与待加工零部件表面之间的接触力时，有助于提高抛光执行器的响应速度。
[0019]进一步地，压力传感器和油石夹具之间设置有回旋弹性阻尼器，回旋弹性阻尼器的下端面与压力传感器的上端面固定连接，回旋弹性阻尼器的上端面与油石夹具的下端面固定连接。回旋弹性阻尼器使得油石与待加工零部件的表面平缓接触，用于防止油石接触待加工零部件的表面产生的刚性接触，避免造成油石的折断或者待加工零部件的表面产生划伤。
[0020]本专利技术还提供一种机器人末端抛光执行器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0021]步骤1：移动机器人末端抛光执行器，使油石与待加工零部件的表面接触，连通两
个电磁铁的电源，永磁体的在两个电磁铁的作用下带动油石向待加工零部件的表面移动；
[0022]步骤2：油石与待加工零部件的表面接触时，产生位移变化，压力传感器实时检测油石的压力变化并生成压力信号，并将压力信号传递给控制器；
[0023]步骤3：控制器接收到实时压力信号后，实时调整两个电磁体的输入电压，控制两个电磁铁的电磁力大小，进而稳定油石与待加工零部件表面之间的接触力，稳定抛光厚度；
[0024]步骤4：中间永磁体的位移量即为油石与接触表面的位置误差值；
[0025]步骤5：机器人手臂带动油石在待加工零部件的表面运动，完成零部件的抛光工序。
[0026]进一步地，步骤3中，控制油石与待加工零部件表面之间的接触力包括如下内容：
[0027]永磁体在两个电磁体中间的磁感应强度B为：
[0028][0029]其中，μ0为真空中磁导率；y0为永磁体与电磁铁之间的气隙；N为线圈匝数；I0为电磁体的初始电流。
[0030]由麦克斯韦电磁吸力公式，永本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人末端抛光执行器，其特征在于，包括第一法兰和第二法兰，所述第一法兰的轴线和所述第二法兰的轴线重合，第一法兰用于与机器人末端连接；第一法兰和第二法兰之间设置有动力执行元件，动力执行元件包括固定筒，所述固定筒底部与第一法兰上端面螺纹连接，固定筒的内底面和内顶面上均设置有一个电磁铁，两个所述电磁铁用于与外部电源电性连接，两个电磁铁与外部电源连接的电路上设置有用于控制电流大小或电压大小的控制器；两个电磁铁之间设置有永磁体，所述永磁体的外径与固定筒内部相匹配，永磁体在两个电磁体的作用力下，永磁体沿固定筒的轴线方向往复直线运动；固定筒的圆周外壁上对称开设有两个与其内部连通的缺口，两个所述缺口的长度方向与固定筒的轴线方向同向，两个缺口的顶部与固定筒的顶部相接；固定筒外壁上活动设置有夹具，夹具包括与第二法兰下端面固定连接的连接板和设置在所述连接板下端面的连接耳，两个所述连接耳与两个缺口配合，两个连接耳的下端与永磁体的圆周外壁螺纹连接；第二法兰的上端面设置有与控制器电性连接的压力传感器，所述压力传感器的上端面设置有油石夹具，所述油石夹具上设置有用于抛光零部件自由表面的油石。2.根据权利要求1所述的机器人末端抛光执行器，其特征在于，所述固定筒的轴线与所述第一法兰轴线重合，两个所述电磁铁的铁芯以及所述电磁铁的中心线均与第一法兰轴线重合。3.根据权利要求1所述的机器人末端抛光执行器，其特征在于，所述第一法兰的轴线和所述第二法兰之间设置有多个轴向阻尼器，每个所述轴向阻尼器的两端分别与第一法兰的上端面和第二法兰的下端面连接。4.根据权利要求1所述的机器人末端抛光执行器，其特征在于，所述第一法兰和所述第二法兰之间设置有圆柱弹簧，所述圆柱弹簧的两端分别与上端面和第二法兰的下端面连接。5.根据权利要求1所述的机器人末端抛光执行器，其特征在于，所述压力传感器和所述油石夹具之间设置有回旋弹性阻尼器，所述回旋弹性阻尼器的下端面与压力传感器的上端面固定连接，回旋弹性阻尼器的上端面与油石夹具的下端面固定连接。6.一种权利要求1～5任一所述的机器人末端抛光执行器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：移动机器人末端抛...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗征志，冯仕雄，梁晓亮，韩怡可，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：