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专利号: 2021111366897
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 磨削;抛光
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种机器人末端抛光执行器的控制方法,其特征在于,机器人末端抛光执行器包括第一法兰和第二法兰,所述第一法兰的轴线和所述第二法兰的轴线重合,第一法兰用于与机器人末端连接;

第一法兰和第二法兰之间设置有动力执行元件,动力执行元件包括固定筒,所述固定筒底部与第一法兰上端面螺纹连接,固定筒的内底面和内顶面上均设置有一个电磁铁,两个所述电磁铁用于与外部电源电性连接,两个电磁铁与外部电源连接的电路上设置有用于控制电流大小或电压大小的控制器;

两个电磁铁之间设置有永磁体,所述永磁体的外径与固定筒内部相匹配,永磁体在两个电磁体的作用力下,永磁体沿固定筒的轴线方向往复直线运动;

固定筒的圆周外壁上对称开设有两个与其内部连通的缺口,两个所述缺口的长度方向与固定筒的轴线方向同向,两个缺口的顶部与固定筒的顶部相接;

固定筒外壁上活动设置有夹具,夹具包括与第二法兰下端面固定连接的连接板和设置在所述连接板下端面的连接耳,两个所述连接耳与两个缺口配合,两个连接耳的下端与永磁体的圆周外壁螺纹连接;

第二法兰的上端面设置有与控制器电性连接的压力传感器,所述压力传感器的上端面设置有油石夹具,所述油石夹具上设置有用于抛光零部件自由表面的油石;

机器人末端抛光执行器的控制方法包括如下步骤:步骤1:移动机器人末端抛光执行器,使油石与待加工零部件的表面接触,连通两个电磁铁的电源,永磁体在两个电磁铁的作用下带动油石向待加工零部件的表面移动;

步骤2:油石与待加工零部件的表面接触时,产生位移变化,压力传感器实时检测油石的压力变化并生成压力信号,并将压力信号传递给控制器;

步骤3:控制器接收到实时压力信号后,实时调整两个电磁体的输入电压,控制两个电磁铁的电磁力大小,进而稳定油石与待加工零部件表面之间的接触力,稳定抛光厚度;

控制油石与待加工零部件表面之间的接触力包括如下内容:永磁体在两个电磁体中间的磁感应强度B为:

其中,μ0为真空中磁导率;y0为永磁体与电磁铁之间的气隙;N为线圈匝数;I0为电磁体的初始电流;

由麦克斯韦电磁吸力公式,永磁体与两个电磁体之间的吸引力F:其中,s为永磁体与电磁铁之间气隙的截面积;

由公式1)和公式2)联立得:

当油石与待加工零部件的表面接触时,永磁体受到外力向下偏移y时,第一电磁铁磁场的磁感应强度B1和第二电磁体磁场的磁感应强度B2分别为:其中Iy为永磁体偏移至y处时,电磁体的电流;

由式3)、4)、5)可得,永磁体受到的两端电磁铁产生的回复力为:永磁体受到的电磁合力F合:

永磁体的实际运动方程为:

其中,m为永磁体质量, 为重力分量,k为弹性系数,b为阻尼,为油石与加工面的夹角;

联立公式8)和9)得:

对式(8)在参考点处泰勒级数展开,得到:

其中,F(y,Iy)表示为在永磁体间隙为y和输入电流为Iy时,永磁体的所受的磁力,F(y0,I0)是初始磁力大小,y0是永磁体与电磁铁之间的气隙,I0表示初始电流大小;

省略公式11)中的二阶导数及之后的量,得到:式中, 为电流刚度系数; 为位移刚度系数;

为了判定抛光执行器是否稳定,将永磁体位于两个电磁体中间的位置设定为中间面位置,联立公式12)和9)得:对公式13)进行拉普拉斯变换,得到单自由度系统的传递函数为:令上式分母为0:

2

ms+bs+(Ky+k)=0    15)

2

由于(Ky+k)为负值,m是质量为正,b‑4m(Ky+k)>0,可知系统有两个实数极点:显然x1<0;由于4m(Ky+k)<0,则 故在右半平面有一个根;x1和x2是特征方程的解,这两个解都是复数,如果这两个解都在左复半平面,那么整个机器人末端抛光执行器判断为稳定;其他情况都不稳定,需要通过增加控制器改变两个电磁体的电流大小,以达到机器人末端抛光执行器的运动过程稳定的目的;

步骤4:中间永磁体的位移量即为油石与接触表面的位置误差值;

步骤5:机器人手臂带动油石在待加工零部件的表面运动,完成零部件的抛光工序。