[发明专利]一种用于机器人力控的多方向被动柔顺装置

说明书

本发明涉及机器人力控领域，尤其涉及一种用于工件型打磨机器人末端和工件夹具之间的多方向被动柔顺装置，包括斜楔滑块机构和摆动扭转装置。当工业机器人夹持工件进行磨削加工时，磨削产生的法向磨削力和切向磨削力会使所述多方向被动柔顺装置中枢轴产生偏转和位移，通过设计布置弹性元件，使枢轴的偏转和位移得到补偿，从而起一定缓冲吸震作用。该装置具有结构简单，易于拆装，多方向被动柔顺等特点，不仅可以用于机器人打磨和抛光，还可以用于其他涉及到机器人末端力位混合控制的场合。

技术领域

本发明用于机器人力控领域，尤其是涉及用于工件型打磨机器人末端和工件夹具之间的一种多方向被动柔顺装置。

背景技术

当工业机器人进行装配，打磨等接触性任务时，简单的位置控制已经不能胜任，因为机器人末端微小的位置偏差都可能导致巨大的接触力，容易对机器人末端和工件造成伤害。所以对于在未知环境中操作的机器人末端执行器来说，力调节是必不可少的。利用主动柔顺控制可以有效地解决这一问题，但主动柔顺控制会增加机器人控制系统的复杂度，增加工业机器人的制造成本，并且由于机器人末端执行器刚度问题，一个很小的位移偏差，都能造成工件或设备的损坏，所以通常我们需要在机器人末端设计一个被动柔顺装置，在接触过程中起一定的缓冲作用。在被动柔顺结构上前人做了很多研究工作，但在柔顺性的方向上存在限制，即只能在某些工作空间上进行侧位移或角转动的偏差，不能做到完全的多方向柔顺接触。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、适用性强、能用于机器人力控的多方向被动柔顺装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于机器人力控的多方向被动柔顺装置，包括上部和下部，上部主要为斜楔滑块机构，下部主要为摆动扭转装置，所述一种用于机器人力控的多方向被动柔顺装置采用整体剖分式结构，外壳剖分为上壳体（2）和下壳体（3），两壳体通过盘头螺钉（2）连接为一整体，所述斜楔滑块机构由滑块（9）、斜楔（7）和弹簧（6）构成，滑块（9）安放在下壳体（4）上平面（401）上，可在X轴，Y轴和Z轴方向平移，斜楔（7）安放在上壳体（3）的滑槽（301）内，斜楔（7）侧表面与滑槽（301）侧表面之间具有一定间隙，可减少摩擦，所述斜楔（7）与滑块（9）进行斜面接触，弹簧（6）安装在斜楔（7）和定法兰盘（1）之间，所述摆动扭转装置由关节轴承（8）、枢轴（12）、转盘（11）、动法兰盘（5）和弹性元件（10）构成，所述关节轴承（8）安装在滑块（9）内，关节轴承（8）外圈与滑块（9）固定，关节轴承（8）内圈与枢轴前端（1201）配合，枢轴中端（1202）与转盘（11）固连，枢轴末端（1203）与动法兰盘（5）相连，转盘（11）与下壳体（4）之间安放弹性元件（10），即枢轴（12）可绕滑块（9）摆动扭转。所述弹性元件（10）由弹性材料和金属构成，上下两端有螺柱（1001），胶接在弹性元件基体（1002）内，分别与下壳体（4）中斜凸台（402）和转盘（11）中斜凸台（1102）内的螺纹孔相连，所述动法兰盘（5）与工件夹具相连。当工业机器人末端夹持工件进行打磨加工时，磨削产生的法向磨削力和切向磨削力会使动法兰盘（5）产生角度偏移和位置偏移，即枢轴（12）会带动滑块（9）进行位置偏移，相对滑块（9）进行角度偏移，当滑块（9）产生平面位移或沿Z轴方向平移时，滑块（9）的位置偏移均可转换为斜楔（7）沿滑槽（401）Z方向向上的位移，此时弹簧（6）压缩产生竖直向下的回复力，使斜楔（7）和滑块（9）复原，从而使整个装置在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向具有柔顺性，而弹性元件（10）具有很好的扭转刚度和弯曲刚度，当枢轴（12）相对滑块（9）进行角度偏移时，弹性元件（10）的弹性回复力使枢轴（12）复原，从而使装置能实现绕X轴，绕Y轴，绕Z轴方向的柔顺。本发明中所述Z轴以图2竖直方向向上为正，X轴以图2水平方向向右为正，Y轴由右手法则确定。