本发明属于机器人恒力打磨，尤其适用于一种绳驱动自适应恒力打磨联接装置及工作方法。
背景技术：
1、在自由曲面打磨加工过程中，需要保持加工工具与曲面的直接接触，并且为了保证打磨效果，需要对打磨接触力进行有效控制。对于传统的主动力控制机器人，需要采用大量传感器，实时检测加工工具姿态、及与自由曲面之间的接触力，并反馈给机器人系统，通过合适的控制算法实现对自由曲面的有效贴合及打磨接触力的有效控制。这类方法尽管机器人结构较简单，但是控制系统复杂，并且存在控制效果有限的问题。
2、现有技术中，通常在在机器人与打磨工具之间安装柔顺联接装置，实现打磨作业过程中，打磨运动轨迹与打磨接触力的解耦控制，具有较好的应用前景。如申请号为201910155330.0的中国专利：变刚度恒力浮动打磨磨头，采用气动软体驱动器为磨头提供推力，并于加工零件支撑力平衡实现恒力打磨，但是由于气动软体驱动器结构复杂，很难实现刚度连续线性调节；又如申请号为201910155330.0的中国专利：一种机器人自适应曲面跟踪恒力磨抛方法及系统，提出通过结合柔性接触装置、表面跟踪装置和三轴陀螺仪实现机器人自适应曲面恒力打磨控制，该方法需综合调整打磨头与表面跟随装置姿态与待打磨曲面适配，虽然可实现自适应曲面跟踪，但是调节过程中涉及的组件多、调节过程复杂。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种绳驱动自适应恒力打磨联接装置及工作方法，克服现有技术中刚度调节方法复杂、刚度输出线性差的问题，以压缩弹簧为变刚度元件，通过调节压缩弹簧的压缩量，实现变刚度恒力浮动打磨；利用自适应绳驱动联接模块，通过四组发条弹簧牵引柔性绳索，带动与动平台ⅱ联接的打磨工具，实现对自由曲面的主动贴合。
2、为了实现上述目的，本发明公开一种绳驱动自适应恒力打磨联接装置，安装在工业机器人端部上使用，包括相互连接的主动恒力模块和自适应绳驱动联接模块；
3、主动恒力模块包括动平台ⅰ、动平台ⅱ、静平台ⅰ和静平台ⅱ，其中静平台ⅰ和静平台ⅱ之间等间距设有四根垂直设置的连接柱上下连接，静平台ⅰ的中心处通过电机支架安装有电机，电机的输出轴通过联轴器连接有垂直设置的蜗杆，蜗杆两侧分别啮合有蜗轮ⅰ和蜗轮ⅱ，电机侧设有伸出板，伸出板通过两组连接轴和轴承分别与蜗轮ⅰ和蜗轮ⅱ活动连接；
4、伸出板通过两个垂直设置的l型连杆连接有压板，l型连杆带有弯折的上端与伸出板连接，l型连杆的下端设有长孔结构的滑槽，压板为工字结构，压板中间结构为镂空设计，通过分别设置在两个滑槽中的螺栓ⅱ使压板能够在滑槽范围内上下移动；四根垂直设置的连接柱分别从压板的四角穿过，其中压板的四角分别通过套设在连接柱上的弹簧与动平台ⅰ连接，弹簧与动平台ⅰ连接处设有压力传感器，动平台ⅰ设置在静平台ⅱ上方；
5、蜗轮ⅰ和蜗轮ⅱ分别通过偏心连接的连杆驱动压板沿滑槽移动，两个连杆的一端通过螺栓ⅰ分别与蜗轮ⅰ和蜗轮ⅱ的对称偏心位置活动连接，两个连杆的另一端穿过l型连杆下端的滑槽并通过螺栓ⅱ与压板连接，压板通过4根垂直设置的连接柱配合并沿四根连接柱的轴线移动；
6、动平台ⅰ圆心处垂直设置有球铰连接柱，球铰连接柱穿过静平台ⅱ圆心上设置的通孔连接有动平台ii；
7、静平台ⅰ围绕四根连接柱设有自适应绳驱动联接模块，自适应绳驱动联接模块为等间距设在静平台ⅰ上的四组发条弹簧结构，每组发条弹簧结构均通过柔性绳索穿过动平台ⅰ、静平台ⅱ后与动平台ii的边缘等间距连接，从而实现静平台ⅰ与动平台ii的柔性连接。
8、进一步，动平台ⅰ、动平台ⅱ、静平台ⅰ和静平台ⅱ均为圆心结构且平行设置，动平台ⅰ、动平台ⅱ、静平台ⅰ和静平台ⅱ外侧通过螺栓设有保护用的外壳，外壳上设有用以与工业机器人端部连接的联接法兰。
9、进一步，发条弹簧结构包括相互匹配且使用螺栓固定的的弹簧外壳ⅰ和弹簧外壳ⅱ，弹簧外壳ⅰ和弹簧外壳ⅱ之间形成圆柱形空间，圆柱形空间内设有线轴结构的弹簧内壳，弹簧外壳内圆心处通过轴在弹簧内壳中设有提供拉力的发条弹簧；弹簧内壳上设有开口槽，发条弹簧远心端能够通过开口槽伸出或者缩回，弹簧内壳的远心端连接有柔性绳索，柔性绳索一端从开设在弹簧外壳ⅰ的圆形孔洞中伸出与动平台ii连接。
10、进一步，发条弹簧外圈紧贴弹簧内壳，工作过程中需保证发条弹簧处于收缩状态；发条弹簧截面成矩形，发条弹簧的远心端穿出弹簧内壳处截面也为矩形，与弹簧外壳ⅰ的圆形孔洞正对。
11、进一步，球铰连接柱一端穿过静平台ⅱ与动平台ⅰ通过螺钉固定联接，一端通过球铰副与动平台ii联接，球铰副安装在动平台ⅱ的圆心处。
12、进一步，动平台ⅱ上设有用以与气动打磨机联接的螺钉孔。
13、进一步，所述蜗轮ⅰ和蜗轮ⅱ结构参数相同并且镜像安装于蜗杆两侧，所述蜗杆的展开螺旋角小于蜗轮ⅰ、蜗轮ⅱ与蜗杆接触的摩擦角，从而实现蜗轮ⅰ、蜗轮ⅱ与蜗杆传动的自锁。
14、进一步，所述的电机带有绝对编码器，可输出电机的绝对位置信息。
15、一种使用绳驱动自适应恒力打磨联接装置的连接有气动打磨机的工业机器人，将绳驱动自适应恒力打磨联接装置通过联接法兰安装到工业机器人末端，将气动打磨机通过螺钉安装在动平台ⅱ下方。
16、一种使用权利要求9所述工业机器人的工作方法，其步骤如下：
17、a、绳驱动自适应恒力打磨联接装置打磨正压力标定；
18、电机旋转蜗杆复位至连接柱上的四根压缩弹簧处于自由状态；
19、控制工业机器人运动，使气动打磨机与作为测试基准面的工件接触贴合，并且外壳的轴线方向与测试基准面的法线方向重合，保证压力传感器的输出为0，从而确保弹簧处于自由状态，同时将自由状态的弹簧高度标定为起点；
20、电机驱动蜗轮ⅰ和蜗轮ⅱ同步转动，通过移动连杆从而下移压板，从而使动平台ⅰ下表面与静平台ⅱ的上表面接触并压缩弹簧，实时记录电机绝对位置以及压力传感器的输出压力值，直至压力传感器输出结果保持恒定，此时弹簧被压缩到极限，标定此时弹簧为终点；
21、在弹簧从自由状态到压缩极限的范围内的数据进行标定，绘制出电机绝对位置与压力传感器输出压力值的关系曲线，选取关系曲线中线性度好的部分作为绳驱动自适应恒力打磨联接装置的工作区间：
22、b、控制工业机器人运动，实现动平台ⅱ上气动打磨机与待加工曲面构件表面的贴合，运动过程中保证绳驱动自适应恒力打磨联接装置外壳的轴线方向与待加工曲面构件接触面的法线方向重合，在此过程中，动平台ⅱ连接的气动打磨机在球铰副的作用下跟随加工曲面构件自适应旋转，并且在四组发条弹簧结构中的四根发条弹簧收缩作用下，四根柔性绳索始终牵引动平台ⅱ，保证动平台ⅱ在自适应旋转时姿态的平衡、稳定，实现动平台ⅱ上气动打磨机与待加工曲面构件表面的稳定相切；
23、c、根据所需打磨力，实时驱动电机运动，由压力传感器实时检测打磨正压力，确保电机绝对位置与压力传感器输出压力值在工作区间内，直至与所需打磨力吻合，控制工业机器人沿设定打磨轨迹运动，实现自动化恒力打磨。
24、有益效果：(1)本发明通过主动调节变刚度元件-压缩弹簧的压缩量，实现变刚度恒力浮动打磨，刚度调节方法简单并可线性调节输出刚度；(2)巧妙结合发条弹簧结构与柔性绳索，始终给予与打磨工具联接的动平台ⅱ拉力，保证打磨工具与打磨曲面的自适应被动贴合。
1.一种绳驱动自适应恒力打磨联接装置，安装在工业机器人(32)端部上使用，其特征在于：包括相互连接的主动恒力模块和自适应绳驱动联接模块；
2.根据权利要求1所述的绳驱动自适应恒力打磨联接装置，其特征在于，动平台ⅰ(8)、动平台ⅱ(4)、静平台ⅰ(15)和静平台ⅱ(9)均为圆心结构且平行设置，动平台ⅰ(8)、动平台ⅱ(4)、静平台ⅰ(15)和静平台ⅱ(9)外侧通过螺栓设有保护用的外壳(28)，外壳(28)上设有用以与工业机器人(32)端部连接的联接法兰(27)。
3.根据权利要求1所述的绳驱动自适应恒力打磨联接装置，其特征在于，发条弹簧结构(3)包括相互匹配且使用螺栓固定的的弹簧外壳ⅰ(20)和弹簧外壳ⅱ(22)，弹簧外壳ⅰ(20)和弹簧外壳ⅱ(22)之间形成圆柱形空间，圆柱形空间内设有线轴结构的弹簧内壳(19)，弹簧外壳(20)内圆心处通过轴(21)在弹簧内壳(19)中设有提供拉力的发条弹簧(18)；弹簧内壳(19)上设有开口槽，发条弹簧(18)远心端能够通过开口槽伸出或者缩回，弹簧内壳(19)的远心端连接有柔性绳索(10)，柔性绳索(10)一端从开设在弹簧外壳ⅰ(20)的圆形孔洞中伸出与动平台ii连接。
4.根据权利要求3所述的绳驱动自适应恒力打磨联接装置，其特征在于，发条弹簧(18)外圈紧贴弹簧内壳(19)，工作过程中需保证发条弹簧(18)处于收缩状态；发条弹簧(18)截面成矩形，发条弹簧(18)的远心端穿出弹簧内壳(19)处截面也为矩形，与弹簧外壳ⅰ(20)的圆形孔洞正对。
5.根据权利要求1所述的绳驱动自适应恒力打磨联接装置，其特征在于，球铰连接柱(16)一端穿过静平台ⅱ(9)与动平台ⅰ(8)通过螺钉固定联接，一端通过球铰副(7)与动平台ii(4)联接，球铰副(7)安装在动平台ⅱ(4)的圆心处。
6.根据权利要求1所述的一种绳驱动自适应恒力打磨联接装置，其特征在于，动平台ⅱ(4)上设有用以与气动打磨机联接的螺钉孔。
7.根据权利要求1所述的一种绳驱动自适应恒力打磨联接装置，其特征在于，所述蜗轮ⅰ(1)和蜗轮ⅱ(29)结构参数相同并且镜像安装于蜗杆(2)两侧，所述蜗杆(2)的展开螺旋角小于蜗轮ⅰ(1)、蜗轮ⅱ(29)与蜗杆(2)接触的摩擦角，从而实现蜗轮ⅰ(1)、蜗轮ⅱ(29)与蜗杆(2)传动的自锁。
8.根据权利要求1所述的一种绳驱动自适应恒力打磨联接装置，其特征在于，所述的电机(25)带有绝对编码器，可输出电机(25)的绝对位置信息。
9.一种使用权利要求1-8中任意一条权利要求所述绳驱动自适应恒力打磨联接装置的连接有气动打磨机的工业机器人，其特征在于：将绳驱动自适应恒力打磨联接装置(32)通过联接法兰(27)安装到工业机器人(32)末端，将气动打磨机(30)通过螺钉安装在动平台ⅱ(4)下方。
10.一种使用权利要求9所述工业机器人的工作方法，其特征在于步骤如下：
