[发明专利]一种应用于工业机器人末端的恒力浮动装置

权利要求书

1.一种应用于工业机器人末端的恒力浮动装置，其特征在于：该恒力浮动装置包括气动浮动机构(1)、基体连接件、压力控制机构(3)、力传感器(4)和工业机器人(2)；所述基体连接件包括工具连接法兰(6)、中间过渡法兰(13)、尾部过渡支撑座(16)和末端连接法兰(19)；其中：所述压力控制机构(3)为调压阀，所述压力控制机构(3)的一端通过中间过渡法兰(13)与所述气动浮动机构(1)相连接，压力控制机构(3)的另一端通过尾部过渡支撑座(16)与所述力传感器(4)连接，同时所述力传感器(4)通过末端连接法兰(19)安装在工业机器人(2)的第六轴法兰上；所述气动浮动机构(1)还通过工具连接法兰(6)安装加工工具，气动浮动机构(1)能够对所安装的加工工具施加恒定推力；所述气动浮动机构(1)包括气缸本体(9)和滑动导杆(8)；

所述气缸本体(9)上设有尾部进气端(14)与头部进气端(21)，尾部进气端(14)与头部进气端(21)均安装气管接口(12)用于输入相同压力的驱动空气；所述驱动空气由压力控制机构(3)输入，驱动空气的压力由压力控制机构(3)进行闭环控制；

所述压力控制机构(3)上设有调压进气口(20)和调压出气口(17)，调压出气口(17)连接三通的一个接口，三通的另两个接口分别连接所述气缸本体(9)上的尾部进气端(14)与头部进气端(21)；工作气体由调压进气口(20)进入压力控制机构(3)，由调压出气口(17)同时输出至头部进气端(21)及尾部进气端(14)；

所述力传感器(4)接收的受力信息由数据传输接口(18)进行信号采集，并上传给控制单元；所述调压阀由伺服信号传递模块(15)与控制单元通信；

所述恒力浮动装置根据工业机器人(2)在任意时刻反馈的位姿变化，能够实时计算整个装置重力及接触力补偿量，然后反馈给压力控制机构，进行气压调整，最终使工具连接法兰(6)受到的推力沿活塞杆(7)轴向保持恒定；

机器人接收所述力传感器的受力信息后，通过PID算法实现恒力控制，包括如下步骤：

(1)根据恒力给定值与力传感器给出值计算控制偏差e(t)，控制偏差根据公式(1)计算；

e(t)＝r(t)-y(t) (1)；

公式(1)中：e(t)为控制偏差，r(t)为恒力给定值，y(t)为力传感器给出值；

(2)通过PID算法进行恒力控制，PID算法表达式如公式(5)所示；

定义

公式(5)中：u(k)为输出的控制量，K_p为比例系数，K_i为积分系数，K_d为微分系数；e(k)为当前时刻设定值和实际值之间的偏差，e(k-1)为上一时刻的偏差；

当偏差的绝对值超出阈值A的时候，积分项不起作用，控制器由PID变为PD控制器；当偏差绝对值在阈值A的范围内时，积分才起作用，控制器变为PID控制器。

2.根据权利要求1所述的应用于工业机器人末端的恒力浮动装置，其特征在于：所述气缸本体(9)内设有活塞(5)、活塞杆(7)与磁环，磁环设于活塞上；所述滑动导杆(8)为两组，设置于所述气缸本体(9)内并平行于气缸本体(9)内的活塞杆(7)，所述滑动导杆(8)的末端与所述工具连接法兰(6)相固定连接；其中：所述活塞杆(7)向加工工具提供推力，由两组滑动导杆(8)为工具连接法兰(6)提供支撑及导向。

3.根据权利要求2所述的应用于工业机器人末端的恒力浮动装置，其特征在于：所述气缸本体(9)的外侧设有前端电磁检测开关(10)和后端电磁检测开关(11)，用于检测内部活塞(5)上磁环所处的位置，防止气动浮动机构(1)在使用过程中过载。

4.根据权利要求1所述的应用于工业机器人末端的恒力浮动装置，其特征在于：所述加工工具为打磨工具、抛光工具或抓取工具。