一种力位解耦控制的机械臂气囊抛光装置 专利技术说明

金属材料;冶金;铸造;磨削;抛光设备的制造及处理,应用技术1.本发明属于气囊抛光装置技术领域，具体涉及一种力位解耦控制的机械臂气囊抛光装置。背景技术：2.由于自由曲面等复杂表面零件在电子、医疗、铁路、航天、工程机械等诸多高科技领域有广泛的应用，这就要求复杂曲面的模具和超精密零件不仅要有高的表面质量，还要求表面低缺陷，包括低的亚表面损伤和严格的波前误差。抛光作为超精密加工制造的一个重要环节，现在的抛光领域难以形成规模而且抛光质量也无法稳定。因此研究高稳定且高精度的复杂曲面抛光技术成为亟待解决的问题。3.机械臂具有较高的灵活性和控制性,可以规划最优的抛光路径进行工作，广泛应用于气囊抛光中，为了取得高质量的抛光效果，在某些加工场景中需要改变气囊压力来改变抛光接触力，会导致机械臂抛光中气囊下压的过程中目标区域的压力与位移相关，出现抛光接触力和机械臂研抛轨迹耦合。解决力位耦合问题，其实是实现抛光接触力、抛光轨迹分离控制的问题，其核心是解决抛光接触力的可控性和抛光头在研抛任意曲面时对位置、姿态的可控性之间的矛盾。4.因此，针对以上问题，需要设计一种新的力位解耦控制的机械臂气囊抛光装置。技术实现要素：5.本发明的目的在于提供一种力位解耦控制的机械臂气囊抛光装置，解决抛光接触力和机械臂研抛轨迹耦合导致的复杂曲面抛光质量低、稳定性差、精度低和自适应性差等问题。6.本发明通过下述技术方案实现：7.本发明涉及一种力位解耦控制的机械臂气囊抛光装置，包括：机械臂连接基座、磁流变力矩伺服阻尼器、抛光主轴、主轴驱动电机、力矩传感器和旋转增量式编码器；所述磁流变力矩伺服阻尼器由直流电机带动小同步带轮驱动安装于机械臂连接基座，所述抛光主轴包括中间体、中空主轴、气密接头、气囊、气囊保持架和气囊紧固件安装于磁流变力矩伺服阻尼器输出端，所述力矩传感器和旋转增量式编码器连接抛光主轴安装于机械臂连接基座；8.优选的，所述机械臂连接基座还固定有同步带轮组，所述同步带轮组包括小同步带轮、同步带和大同步带轮，所述小同步带轮套接于所述直流电机的输出轴上，所述大同步带轮套接于所述阻尼器输入轴上，并由c型楔键固定。9.优选的，所述磁流变力矩伺服阻尼器包括阻尼器外壳输出轴、推力球轴承、导磁圆盘、励磁线圈、磁流变液、深沟球轴承、阻尼器输入轴和c型楔键，所述阻尼器输入轴轴端套接推力球轴承与阻尼器外壳输出轴凹槽安装，所述阻尼器外壳输出轴和阻尼器输入轴由经深沟球轴承固定，所述导磁圆盘和励磁线圈同心固定于阻尼器外壳输出轴，所述磁流变液填充于阻尼器外壳输出轴、阻尼器输入轴和导磁圆盘之间的空腔。10.优选的，所述主轴驱动电机安装于中空主轴顶部，所述主轴驱动电机和所述中空主轴由螺栓组固定。11.优选的，所述主轴驱动电机输出轴连接所述中空主轴，所述中空主轴前端由凸缘深沟球轴承固定于所述中间体前端，所述中空主轴后端由主轴深沟球轴承固定于所述中间体后端。12.优选的，所述中空主轴上还套设有密封垫，所述密封垫安装于所述中空主轴和所述凸缘深沟球轴承之间。13.优选的，所述中空主轴轴端的六边形槽口套接锁紧件，所述中空主轴和所述锁紧件由螺母固定，所述中空主轴末端通过轴端密封垫和所述气囊保持架密闭连接。14.优选的，所述锁紧件在轴向开有沟槽并由锁紧套内螺纹连接，所述锁紧套轴向向内倾角为3度。15.优选的，所述气囊套接于所述气囊保持架凸缘端由所述气囊紧固件锁紧。16.优选的，所述力矩传感器驱动轴、所述旋转增量式编码器输入端和所述抛光主轴输出端均为同轴传动。17.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：[0018] 1.本发明采用工业机器人代替传统机床，采用力矩传感器和旋转增量式编码器反馈研抛力和位姿信息，实时监测气囊抛光接触力和抛光件去除深度，实现气囊抛光系统的智能一体化。[0019] 2.本发明通过控制磁流变力矩伺服阻尼器的外加磁场励磁电流大小控制气囊抛光接触力，机械臂控制抛光轨迹，解决抛光接触力和机械臂研抛轨迹耦合问题，提高复杂曲面抛光自适应性。[0020] 3. 本发明可以通过机械臂在a轴控制抛光轨迹进行圆周轨迹运动，b轴主轴驱动电机旋转，实现进动抛光，此时的a轴，b轴相交于气囊球心，能有效提高抛光件的表面质量，降低抛光中的中高频误差。附图说明[0021]为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例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。[0022]图1为本发明的整体结构示意图；[0023]图2为本发明的磁流变力矩伺服阻尼器局部剖视图；[0024]图3为本发明的抛光主轴的放大示意图；[0025]图4为本发明的抛光主轴的局部剖视图；[0026]图5为本发明的力位解耦控制的气囊抛光装置进动抛光示意图；[0027]图6为本发明的力位解耦控制的气囊抛光装置和机械臂的组装图；[0028] 图中：1、机械臂连接基座；2、旋转增量式编码器；21、编码器信号输出端；3、抛光主轴； 301、主轴驱动电机；302、螺栓组；303、气密接头；304、中间体；305、锁紧套；306、气囊紧固件；307、气囊；308、气囊保持架；309、密封垫；310、凸缘深沟球轴承；311、螺母；312、轴端密封垫；313、锁紧件；314、中空主轴；315、主轴深沟球轴承；4、力矩传感器；41、传感器信号输出端；5、磁流变力矩伺服阻尼器；51、阻尼器外壳输出轴；52、推力球轴承；53、导磁圆盘；54、励磁线圈；55、磁流变液；56、深沟球轴承；57、阻尼器输入轴；58、c型楔键；6、大同步带轮；7、同步带；8、小同步带轮；9、直流电机；10、机械臂。具体实施方式[0029]为使本发明的结构特征、技术方案和功能特点详细描述，现结合附图和实施例对本发明做进一步说明：。[0030]参照图1所示，本发明的一种力位解耦控制的机械臂气囊抛光装置，包括：机械臂连接基座(1)、磁流变力矩伺服阻尼器(5)、抛光主轴(3)、主轴驱动电机(301)、力矩传感器(4)和旋转增量式编码器(2)。磁流变力矩伺服阻尼器(5)由直流电机(9)带动小同步带轮(8)驱动安装于机械臂连接基座(1)，抛光主轴(3)包括中间体(304)、中空主轴(314)、气密接头(303)、气囊(307)、气囊保持架(308)和气囊紧固件(306)安装于磁流变力矩伺服阻尼器(5)输出端。[0031] 其中，机械臂连接基座(1)上还安装有力矩传感器(4)和旋转增量式编码器(2)，此时的磁流变力矩伺服阻尼器(5)的阻尼器输入轴(57)、阻尼器外壳输出轴(51)、力矩传感器(4)输入轴和旋转增量式编码器(2)输入轴均为同轴关系。力矩传感器(4)实时监控磁流变力矩伺服阻尼器(5)输出力矩，通过传感器信号输出端(41) 输出pc端用来监测气囊对抛光工件的压力；所述旋转增量式编码器(2)通过将轴的角位移转换成周期性的电信号，再将这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小，通过编码器信号输出端(21)输出pc端用来监测抛光件去除深度，以实现对工件抛光接触力的精确控制。[0032]具体地，机械臂连接基座(1)还固定有同步带轮组，包括小同步带轮(8)、同步带(7)和大同步带轮(6)，小同步带轮(8)套接于所述直流电机(9)的输出轴上，大同步带轮(6)套接于所述阻尼器输入轴(57)上，并由c型楔键(58)固定。通过大小同步轮齿数比28:12使磁流变力矩伺服阻尼器(5)空腔里的磁流变液(55)剪切速率保持在合适区间，使动力传动更精准平顺。[0033]具体地，参照图2所示，磁流变力矩伺服阻尼器(5)包括阻尼器外壳输出轴(51)、推力球轴承(52)、导磁圆盘(53)、励磁线圈(54)、磁流变液(55)、深沟球轴承(56)、阻尼器输入轴(57)和c型楔键(58)。阻尼器输入轴(57)轴端套接推力球轴承(52)与阻尼器外壳输出轴(51)内凹槽安装，阻尼器外壳输出轴(51)和阻尼器输入轴(57)由经深沟球轴承(56)固定，导磁圆盘(53)和励磁线圈(54)同心固定于阻尼器外壳输出轴(51)，磁流变液(55)填充于阻尼器外壳输出轴(51)、阻尼器输入轴(57)和导磁圆盘(53)之间的空腔。[0034]具体地，直流电机(9)优选为额定转速为3000的d0bld40-36a-30s直流无刷电机，在磁流变力矩伺服阻尼器(5)的励磁线圈(54)通入电流时会产生磁场，在毫秒级的时间内磁流变液(55)内部的磁性粒子在磁场的作用下被磁化为磁偶粒子，相互吸引，凝结成链状。表现出非牛顿流体的特性，当驱动直流电机(9)带动同步轮组和阻尼器输入轴(57)转动时会对磁链进行剪切产生连续的流动阻力输出于阻尼器外壳输出轴(51)。[0035]参照图3和图4所示，主轴驱动电机(301)安装于中空主轴(314)顶部，中空主轴(314)轴端的六边形槽口套接有锁紧件(313)，由螺母(311)固定，气囊(307)套接于中空主轴(314)凸缘端由气囊紧固件(306)锁紧。电机驱动时带动中空主轴(314)旋转，通过锁紧件(313)使气囊(307)保持旋转。[0036]具体地，中空主轴(314)末端通过轴端密封垫(312)和气囊保持架(308)密闭连接，锁紧件(313)在轴向开有沟槽并由锁紧套(305)内螺纹锁紧，锁紧套(305)轴向向内倾角为3度，在气囊旋转时保持锁紧状态。[0037]具体地，抛光主轴(3)还连接有气密接头(303)，该气密接头(303)出气端与中空主轴(314)的进气端连通。该气密接头(303)可与气泵接口连通，将气流输入中空主轴(314)内，气流再由中空主轴(314)和气囊保持架(308)充入到气囊(307)中，以使中空主轴(314)保持充气状态。[0038]本发明装置的工作过程：[0039]在对准备工作完毕的抛光工件抛光时，安装气囊保持架(308)并由锁紧套(305)锁紧后，开启主轴驱动电机(301)带动中空主轴(314)旋转；气泵与接口连通，给气密接头(303)充气保持气囊(307)压力为合适恒定值；开启直流电机(9)驱动同步轮组带动阻尼器输入轴(57)，给励磁线圈(54)通入规定抛光接触力压力对应的电流；将力矩传感器(4)和旋转增量式编码器(2)的数据接口连接到pc端，此时pc端实时显示抛光状态信息；机械臂(10)带动整个气囊抛光装置在空间按照规定的抛光轨迹移动进行抛光。[0040]直流电机(9)：dmke，d0bld40-36a-30s，但不限于该产品；[0041]主轴驱动电机(301)：宜嘉，dc2gn20-n-24-31s，但不限于该产品；[0042]机械臂：brtirus0805a，但不限于该产品；[0043]应理解，本发明的上述实施例只是为详细地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对本技术领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出不同形式的变化或变动。凡是属于本发明的技术方案所引伸的不同形式的变化或变动也视为本技术所附权利要求书的保护范围。









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