[发明专利]一种三自由度串联柔性磨抛法兰装置

权利要求书

1.一种三自由度串联柔性磨抛法兰装置，其特征在于，包括：Z轴移动驱动组件、X轴转动驱动组件、Y轴转动驱动组件和磨头组件；

Z轴移动驱动组件包括沿着Z轴移动的第一直线滑块；

X轴转动驱动组件包括X轴转动平台和滑块摇杆机构；滑块摇杆机构包括第二直线滑块、支架及连杆；第二直线滑块沿Z轴可移动地安装于第一直线滑块上；支架一端枢接在X轴转动平台上，枢接部位的旋转轴线平行于X轴，支架另一端固定在第一直线滑块上，以带动X轴转动平台随第一直线滑块沿Z轴移动；连杆一端枢接在第二直线滑块上，另一端枢接在X轴转动平台上与支架不同的位置；当第二直线滑块在第一直线滑块上沿Z轴上下移动时，带动连杆上下偏摆，进而通过连杆带动X轴转动平台绕X轴上下转动；

Y轴转动驱动组件包括Y轴转动平台、Y轴伺服电机和Y轴转动连杆；Y轴伺服电机固定于X轴转动平台上，其输出轴沿Y轴布置；Y轴转动连杆上端枢接于X轴转动平台上且与Y轴伺服电机的输出轴连接，Y轴转动连杆下端固定于Y轴转动平台上表面；磨头组件固定于Y轴转动平台下表面，以在Y轴伺服电机驱动下带动磨头组件绕Y轴转动。

2.根据权利要求1所述的一种三自由度串联柔性磨抛法兰装置，其特征在于，包括与磨削机器人对接的外壳；

Z轴移动驱动组件包括Z轴伺服电机、底座、第一直线滑块和第一丝杠；Z轴伺服电机沿Z轴方向固定于外壳内部顶面上；底座安装于Z轴伺服电机下部，底座上设有平行于Z轴伺服电机输出轴的第一直线滑轨；第一丝杠上端与Z轴伺服电机输出轴连接，下端穿过第一直线滑块与第一直线滑块组成第一丝杠滑块机构；第一直线滑块安装于第一直线滑轨上，以在第一丝杠带动下沿第一直线滑轨移动。

3.根据权利要求1所述的一种三自由度串联柔性磨抛法兰装置，其特征在于，X轴转动平台包括底盘和X轴转动盘，底盘固定于X轴转动盘下部，Y轴转动驱动组件固定于底盘下部；

滑块摇杆机构包括X轴伺服电机、第二丝杠、第二直线滑块、连杆以及两个支架；

X轴伺服电机平行于Z轴伺服电机，且固定安装于第一直线滑块上；第二丝杠上端连接X轴伺服电机的输出轴，下端穿过第二直线滑块与第二直线滑块组成第二丝杠滑块机构；第二直线滑块安装于第二直线滑轨上，以在第二丝杠带动下沿第二直线滑轨移动；

两个支架的上端分别固定于第一直线滑块运动方向两侧，下端分别与X轴转动盘两侧枢接；

第二直线滑块上设有支座，连杆一端通过铰链与支座连接，另一端通过铰链连接X轴转动盘；

当X轴伺服电机通过第二丝杠驱动第二直线滑块沿着Z轴方向平移时，第二直线滑块通过支座带动连杆做平面运动，连杆带动X轴转动盘绕着X轴方向转动；X轴转动盘带动底盘进而带动Y轴转动驱动组件和磨头组件绕着X轴方向转动。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种三自由度串联柔性磨抛法兰装置，其特征在于，Y轴驱动转动组件包括Y轴伺服电机、并联梯形摇杆机构和Y轴转动平台，Y轴伺服电机沿Y轴方向布置且与底盘固定；

并联梯形摇杆机构包括两个梯形单元，两个梯形单元结构相同、垂直于Y轴、且在XOZ平面上的投影重合；每个梯形单元的两个腰的顶端铰接于底盘下表面，其中一个腰为Y轴转动连杆；底边为摇杆，铰接于两个腰上，且固定于Y轴转动平台上表面；

工作时，Y轴伺服电机带动并联梯形摇杆机构中的Y轴转动连杆旋转，Y轴转动连杆转动带动摇杆进而带动Y轴转动平台以水平方向角度不变的方式绕Y轴转动。

5.根据权利要求1～3任意一项所述的一种三自由度串联柔性磨抛法兰装置，其特征在于，磨头组件包括：直线导杆、弹簧、滑动导套、磨头伺服电机、磨头转盘和砂纸；

直线导杆沿Z轴方向设置，其顶端固定于Y轴转动平台下表面；弹簧、滑动导套从上至下依次套在直线导杆上，弹簧上端固定、下端抵接滑动导套，以使弹簧处于压缩状态；直线导杆的下端卡合于滑动导套的下端以对滑动导套限位；磨头伺服电机固定于滑动导套下端，磨头转盘固定于磨头伺服电机的输出轴上，砂纸固定于磨头转盘下表面。

6.根据权利要求5所述的一种三自由度串联柔性磨抛法兰装置，其特征在于，磨头组件包括力传感器，力传感器固定于滑动导套下端，磨头伺服电机固定于力传感器下端，力传感器用于实时测量及反馈砂纸与加工曲面接触力的大小及方向，X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机用于根据接触力的大小及方向调整磨头转盘的角度，以使磨头转盘的轴线在移动磨削过程中与加工曲面的法线重合。