[发明专利]一种气动抛光力控装置及控制方法

权利要求书

1.一种气动抛光力控装置，其特征在于，该气动抛光力控装置包括端盖(1)、外壳(2)、倾角传感器(4)、力传感器(9)、力控模块、传动模块、数据采集卡和控制平台；端盖(1)与倒几形外壳(2)端部固连，组成封闭结构；传动模块、倾角传感器(4)和力控模块均固定于封闭结构内；

倾角传感器(4)固定于端盖(1)上，其中心轴线与气动抛光力控装置的中心轴线平行，用于测量抛光加工过程中该气动抛光力控装置的实时空间位姿，从而进行重力补偿；

力控模块包括双作用气缸(15)、浮动接头(12)、电气比例阀a(5)和电气比例阀b(16)；双作用气缸(15)一端与端盖(1)连接，另一端通过浮动接头(12)与滚珠花键连接板(11)连接；电气比例阀a(5)和电气比例阀b(16)分别固定于端盖(1)上；电气比例阀a(5)的出气口通过气管与双作用气缸(15)的无杆腔的进气口连接，电气比例阀b(16)的出气口通过气管与双作用气缸(15)的有杆腔的进气口连接；两电气比例阀根据电压信号控制阀口的开度大小向双作用气缸(15)输出相应的气压；

传动模块用于将抛光工具的运动限制在气动抛光力控装置的轴线方向，其包括导向装置(14)、滚珠花键、胀紧套(7)、滚珠花键连接板(11)和力传感器安装板(10)；滚珠花键包括依次相连的滚珠花键轴(6)和滚珠花键套(13)；导向装置(14)一端安装于端盖(1)上，另一端与滚珠花键套(13)、滚珠花键轴(6)、胀紧套(7)、滚珠花键连接板(11)、力传感器安装板(10)依次连接；定位块(61)安装于滚珠花键轴(6)上，其位于导向装置(14)和滚珠花键套(13)之间，用于防止滚珠花键轴(6)在气动抛光力控装置输出压力超过阈值时超出运动范围；

力传感器(9)一端固定于力传感器安装板(10)上，另一端与工具连接法兰(8)连接，用于测量抛光加工过程中的轴向接触力；

力传感器(9)和倾角传感器(4)依次连接至数据采集卡和控制平台，将数据通过数据采集卡传输给控制平台，最终实现接触力以及重力补偿的控制；

工具连接法兰(8)穿过封闭结构连接抛光工具；

控制平台根据模糊PID控制算法计算得到修正电压信号，两个电气比例阀根据修正电压信号控制双作用气缸(15)的两个气腔气压，从而控制气动抛光力控装置输出力。

2.一种气动抛光力控装置的控制方法，其特征在于，包括：

采集所述气动抛光力控装置在工作时的实时接触力数据和位姿数据；

实时接触力数据和位姿数据经过数据采集卡传输至控制平台；实时接触力数据根据力传感器(9)采集到的电压信号通过重力补偿算法计算获得；位姿数据根据倾角传感器(4)采集数字信号获得；

控制平台根据模糊PID控制算法计算得到输出电压信号；

两个电气比例阀根据控制平台输出的电压信号调节双作用气缸(15)无杆腔和有杆腔的气压；双作用气缸(15)通过无杆腔和有杆腔之间的气压差产生输出力；

控制平台不断接收实时接触力数据和位姿数据，并持续输出修正电压信号；两个电气比例阀持续调节双作用气缸(15)的输出力，最终使接触力满足目标值的允差要求，从而实现气动抛光力控装置输出力的控制。

3.根据权利要求2所述的气动抛光力控装置的控制方法，其特征在于，所述重力补偿算法由位姿数据根据RPY角计算方法，经过空间坐标变换计算得到。