[发明专利]单自由度气电混合力控末端执行器及工业机器人

说明书

本发明公开了一种单自由度气电混合力控末端执行器及工业机器人。该力控末端执行器包括定平台、动平台、氮气弹簧和设于定平台与动平台间的直线电机、固定外套和滑动内套，直线电机内部设有氮气弹簧，氮气弹簧的一端与定平台相连，另一端与直线电机的电机动子相连，滑动内套套设于直线电机的外部并与动平台相连，固定外套套设于滑动内套的外部并与定平台相连。本发明将氮气弹簧设置在中空的直线电机内部，使得力控末端执行器的结构更加紧凑，大幅度减少了轴向长度；并且采用的氮气弹簧无需外接气源，在整个行程具有恒定的弹力，有利于直线电机进行快速的接触力补偿；并在电机动子和动平台间设置压力传感器和导向机构，从而实现接触力的精确控制。

技术领域

本发明属于工业机器人末端工具技术领域，具体涉及一种用于机器人打磨抛光等接触式作业的单自由度气电混合力控末端执行器及工业机器人。

背景技术

零件的打磨抛光作为工件加工的一道重要工序，传统的工作模式是依靠人力作业，加工效率低，工作环境差，零件的一致性不能保证。近年来，采用工业机器人替换人工的方式进行打磨抛光成为主流的加工方式。而机器人打磨抛光属于连续接触式作业，控制抛光过程中的压力恒定成为提高加工质量的关键因素。目前，工业机器人进行力控制的方法主要有两种，一种是通过控制机械臂的关节力矩进行力控制，另一种是利用机械臂外加的力控装置进行力控制，前者主要适用于轻量化机械臂，后者由机械臂进行位置控制，力控末端执行器进行力控制，可实现机器人力/位解耦控制，是未来的主要发展趋势。

目前，单自由度的力控末端执行器大多都是电动式或气动式的，其中，气动式的力控末端执行器的柔性较好，可抗冲击，但普遍存在响应速度慢、力控精度差等缺点，而电动式力控末端执行器的响应快、力控精度高，但缺乏柔性，工作过程中易振动，并且为了适应大的接触力，力控装置整体质量较大。为了克服电动式或气动式力控末端执行器的缺点，采用气电混合式的力控末端执行器应运而生。目前的气电混合式的力控末端执行器存在轴向长度较大，导致抛光过程中径向刚度不足；结构不紧凑、重量较重；没有在内部集成力反馈功能等问题，限制了气电混合末端执行器的推广应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种单自由度气电混合力控末端执行器及工业机器人，从而克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：一种单自由度气电混合力控末端执行器，所述单自由度气电混合力控末端执行器包括定平台、动平台、直线电机、固定外套、滑动内套和和氮气弹簧，所述定平台和动平台之间设置所述直线电机，所述直线电机包括与定平台相连的电机定子和与所述动平台相连的电机动子，所述电机定子内部设有用于收容所述氮气弹簧的收容空间，所述氮气弹簧设于所述收容空间内，且所述氮气弹簧的一端与定平台相连，另一端与电机动子相连，所述滑动内套和固定外套设于定平台和动平台之间，所述滑动内套套设于直线电机的外部并与动平台相连，所述固定外套套设于滑动内套的外部并与定平台相连。

优选地，所述单自由度气电混合力控末端执行器还包括用于检测接触力的压力传感器，所述压力传感器设于电机动子和动平台之间。

优选地，所述电机动子和动平台之间还设有至少一个第一导向机构，所述第一导向机构包括导向杆和套设于导向杆上的导套，所述导套设于动平台上，所述导向杆的一端与电机动子相连，另一端伸入导套内。

优选地，所述电机动子和动平台之间还设有连接件，所述导向杆通过连接件与电机动子相连。

优选地，所述单自由度气电混合力控末端执行器还包括用于检测动平台位置的位移检测机构，所述位移检测机构设于滑动内套和固定外套之间，所述位移检测机构包括光栅尺和用于读取光栅尺上刻度的光栅读头，所述光栅尺设于滑动内套的外侧壁上并沿滑动内套的轴向延伸设置，所述光栅读头设于固定外套上。

优选地，所述位移检测机构还包括用于安装光栅读头的安装支架，所述光栅读头通过安装支架安装于固定外套上。