面向拋磨機器人的高精度力控裝置設計與分析*

熊次遠，楊桂林，劉立濤 ，馮 凱 ，陳慶盈 ，張國龍,3

(1.中國科學院寧波材料技術與工程研究所,寧波 315201；2.浙江省機器人與智能制造裝備技術重點實驗室,寧波 315201；3.寧波大學科學技術學院,寧波 315300)

0 引言

拋磨作為零件加工過程的重要工序，其加工質量對工件的耐蝕性、耐磨性、疲勞強度等有重大影響[1]。傳統的拋磨依靠人工操作，效率低，環境差，一致性差[2]。近年來，采用工業機器人進行拋磨成為趨勢，機器人拋磨屬于連續接觸式作業，需要精確控制拋磨過程中的壓力[3-5]。機器人進行力控制的方法[6]主要有兩種：一種是通過控制機器人關節的力矩實現力控制，該方法需對機器人建立準確的動力學模型以及開發相應的控制算法，而由于傳統的工業機器人自重大、慣量大，受機器人慣性沖擊影響，力控精度低；另一種是在機械臂末端安裝額外的力控裝置，由機器人實現運動控制，力控裝置實現力控制，該方法動態響應好、通用性好，成為機器人力控的主流方式。

按照自由度不同力控裝置分為單自由度和多自由度兩類。多自由度力控裝置靈活性好，但是結構復雜、質量大、成本高，目前市場上還沒有成熟的產品。單自由度力控裝置以結構簡單、質量輕、成本低等優勢成為市場的主導產品。國外已經商業化的產品有美國生產的AFD系列[7]和奧地利生產的FerRobotics系列[8]力控裝置，其都屬于氣動式。針對氣動式力控裝置存在響應速度慢、力控精度低的共性問題，團隊創新性提出了氣電混合式力控裝置設計方案，并設計出幾種力控裝置樣機[9-10]，兼具柔性好、緩沖能力強、響應快、精度高等特點。……