一种集成化柔顺力控装置的制作方法

本发明涉及一种集成化柔顺力控装置，属自动化领域。

背景技术：

对于机器代替人工的自动化表面作业处理，例如表面加工(打磨、抛光)以及工件的处理，为确保整个工艺过程的加工质量，需要恒力进行加工或按沿加工轨迹进行期望力跟踪。对于传统的人工方式，技术工人凭经验来保证质量，同时具有人力成本高，工作环境对人体危害大，加工质量一致性差以及效率低等缺点。对于现代的输出力控制系统，安装于机器人手臂上的加工工具与被加工件进行接触时会产生一种具有冲击波性状的接触力。对于低端加工，此问题可忽略。但对于加工精度要求较高或被加工件表面较为敏感的情况下，会造成被加工件表面出现瑕疵或者破损的情况。因此这种接触时产生的冲击力是理所应当被消除的。另外，现有的输出力控制系统在高频率干扰的情况下，往往缺乏高动态响应能力，因为其可调节的机构具有一定的惯性，需要相应的反应时间。对于标准的工业机器人，属于刚性系统，轨迹调整过程中即使产生微小的误差，也会造成接触力巨大的偏差，产生不被期望的后果。

目前主要采用一种柔顺力控装置来解决上述问题，其中一种现有的力控装置，包括两部分，一个是执行机构，另一个是控制箱，设备非常繁杂。

另一种产品将控制系统集成到执行机构内部，装置更加简便，但是结构不合理，尺寸及重量较大，不适合应用于小型机器人场合。

技术实现要素：

发明目的：本发明装置的目的，是在一定的伸缩行程范围内输出一个固定的力，且与现有技术相比集成度更高、更轻便。

技术方案：

一种集成化柔顺力控装置，其特征在于：

包括外部结构、传动机构及气动控制机构组成；

所述外部结构包括在外壳外部的前法兰和后法兰，及电气接口；

外壳内置传动机构，所述传动机构包括：

支撑座，为中空结构，其内腔设置有导向滑轨，支撑座与后法兰相连；

所述导向滑轨嵌入前法兰底部的环装突出内，通过固定环夹紧；

所述后法兰上设置有平行于导向滑轨的气动执行器，所述气动执行器的伸出杆与前法兰相连；

所述气动控制机构包括：

固定在所述气动执行器侧壁上的位移传感器和固定在所述支撑座上的角度传感器；

安装在支撑座上的电磁阀；

安装在支撑座上的比例阀；

安装在外壳上的电路板，所述电路板与电磁阀、比例阀和传感器相连。

所述的集成化柔顺力控装置，其特征在于：所述支撑座的壁中开有多条气路，所述电磁阀及比例阀安装在气路开口处；所述电磁阀通过支撑座壁中的气路与气动执行器连接。

所述的集成化柔顺力控装置，其特征在于：所述固定环为开口环状，开口处的两个耳状结构一个开有通孔，另一个开有螺纹孔。

所述的集成化柔顺力控装置，其特征在于：所述导向滑轨在支撑座腔体内的一端固定有用于限制导向滑轨滑出支撑座的挡圈；后法兰在支撑座腔体内的部分有用于限制导向滑轨下位移的阶梯结构。

所述的集成化柔顺力控装置，其特征在于：所述气动执行器与前法兰之间通过具有摆动和转动自由度的联轴器连接。

所述的集成化柔顺力控装置，其特征在于：所述的电路板通过螺栓固定于外壳主体及外壳背板之间；所述电路板的固定处设置有减震用垫圈。

所述的集成化柔顺力控装置，其特征在于：所述前法兰与外壳之间设置有伸缩保护套。

所述的集成化柔顺力控装置，其特征在于：所述后法兰周围开有槽状开口。

附图说明：

图1为外部结构示意图；

图2为传动部分示意图；

图3为支撑座示意图；

图4为固定环示意图；

图5为后法兰示意图；

图6为限位装置；

图7电路板安装示意图；

图8支撑座安装示意图；

图中：1前法兰；2伸缩保护套；3外壳；4后法兰；5电路接口；6气路接口；7消音器；8导向滑轨；9气动执行器；10支撑座；11固定环；12联轴器；13挡圈；14电路板；15垫圈；16比例阀；17电磁阀；18角度传感器；19位移传感器；

3a外壳主体；3b外壳背板。

优点和效果：本发明的部件多为一机多能设计，结构更加小巧，零部件更加精简，同时使用更加简便，降低了产品的成本，提高了产品的可靠性。

具体实施方式：

本发明是一种集成化柔顺力控装置，装置分为三个部分，外部结构包括前法兰1、伸缩保护套2、外壳3、后法兰4及电气接口。

传动部分主要包括导向滑轨8、气动执行器9、支撑座10及相应的连接固定装置，如固定环11及联轴器12。

气动控制部分主要包括固定于支撑座10上的比例阀16、电磁阀17、角度传感器18、位移传感器19及控制电路。

支撑座10为中空型构造，在其内腔布置导向滑轨8，支撑座10的下端连接于后法兰4上，而导向滑轨8的上端嵌入前法兰1的凸槽内，并通过固定环11进行夹紧，固定环11为独有设计，其为开口形式，在开口处分别伸出两个耳朵，一侧耳朵为通孔，一侧为螺纹孔，可以只通过螺栓进行固定环11的锁紧，操作简单方便。挡圈13通过螺栓固定于导向滑轨8的下端，导向滑轨8带着挡圈13可以在支撑座10的内腔进行伸缩滑动，这里的挡圈13通过与后法兰4上表面凹槽及支撑座10内腔凸台相抵对导向滑轨8的滑动行程进行限位。气动执行器9平行于导向滑轨8并固定于后法兰4上，其伸出杆通过联轴器12与上法兰相连，该联轴器12可以进行摆动及转动，用于补偿气动执行器9与导向滑轨8在安装时产生的平行误差。气动执行器9侧壁上固定着位移传感器19，可方便测得气动执行器9的位移变化，结构更加简单，结果更加准确。为方便上述布置，后法兰4的上表面开有多个凹槽，用于滑轨的限位及气动执行器9的固定，与此同时，后法兰4外围的四个角各开有一个穿孔，可方便与外部的设备进行连接固定。

外壳3包括外壳3主体及外壳3背板，其中电路板14通过螺栓固定于外壳3主体及外壳3背板之间，此种设计拆卸简单，方便电路的调试工作。与此同时，为了保证电路的安全可靠性，在电路板14与外壳3之间增加了垫圈15，对电路板14起到了吸振与隔振作用。

比例阀16、电磁阀17及角度传感器18固定于支撑座10的侧壁上，支撑座10侧壁上开有多条气路，用于气路的导通与交换。这里的支撑座10为独有的设计，既能做为主结构起到固定滑轨的作用，又能固定阀体及传感器，使得传感器及阀体的安装固定更加可靠，与此同时，支撑座10侧壁上的气路替代于传统意义上的气管及常用的阀板，使得结构更加的简便与可靠。

外壳3与后法兰4相连，伸缩保护套2固定于外壳3及前法兰1之间，此结构保证了设备内部结构的有效密封，同时伸缩保护套2还能满足传动部分的上下滑动功能。

结合附图对本发明进行进一步的说明：

图1示出了本发明装置所要保护的外观结构，伸缩保护套2选择软性材质(不限于橡胶)，外壳3选择硬性材质(不限于塑料、金属)，这种组合确保了装置具备ip68的防护等级。同时伸缩保护套2在轴向方向上还具备一定的伸缩能力，这种外部的弹性结构设计，可以保证本发明在工作期间，内部执行机构在行程范围内运动过程中均可以通过外部结构得到良好的防护，而不会有裸露的现象。

在外壳33侧面布置有电路接口5及气路接口6。其中电路接口5用于对设备供电及通讯用，气路接口6可将外部气压源中的压缩空气输送至内部压力控制装置。图2示出了本发明装置的内部传动机构布局，

图3详细展示出了支撑座10的结构，其内部为中空的内腔，侧面开有各种气路。

图6详细展示出了滑动导轨的安装方式，滑动导轨通过其自身滑道固定于支撑座10的内腔中，其上端则嵌入前法兰1的凸槽内部，并用过固定环11进行锁紧。

图4详细示出了固定环11的结构设计，该装置结构分为两部分，一个为环形接触部和一对伸出部，其中伸出部的一侧为通孔形式，另一侧为螺纹孔形式，通过螺栓将该两种孔进行锁死，就可以起到锁紧滑轨与前法兰1的目的。

图5详细给出了后法兰4的结构设计，后法兰4通过螺栓与支撑座10进行连接，且在二者相重叠的表面上，后法兰4设置圆形凹槽，用于为挡圈13提供限位；同时，后法兰4中间圈为凸棱结构，用于与外壳3的环形槽进行配合固定；在后法兰4最外侧的四周，开有通孔，可用于与外部结构进行连接。在后法兰4上表面开有另一凹槽，用于放置气动执行器9。气动执行被放置与滑动导轨平行，其上端通过联轴器12与前法兰1相连，其中联轴器12为可绕其轴线旋转和摆动结构，用于弥补气动执行器9与滑动导轨由于加工或装配造成的平行误差。

支撑座10侧面布置着气体流动通道，比例阀16与电磁阀17固定于支撑座10侧面，并与气体流动通道的对应接口相通，其优点在于，既省去了阀块这一通用的连接装置，大大提高了结构的利用率。

用于检测倾角及位移的传感器分别固定于支撑座10及气动执行器9侧面。

用于进行气压控制的电路系统则通过螺栓布置于外壳3主体和外壳3背板之间，并在每个电路板14螺栓孔的两侧布置垫圈15，用以对电路板14进行减振和隔振。

电路系统通过对各个传感器及设定参数的比较，输出给比例阀16一个控制信号，比例阀16则根据该控制信号输出于气动执行器9一个指定气压，该气压会使气动执行器9的活塞连杆推出，进而带动前法兰1进行上下往复运动。在这一过程中，滑动导轨作为从动部件，沿着其自身滑道起到了承受外部载荷的作用，而连接于滑动导轨下端的挡圈13则通过与后法兰4和支撑座10进行碰撞对滑动导轨的移动行程进行限制。