本发明涉及机器人磨抛，具体涉及一种机器人末端气-电混合恒力磨抛执行器。
背景技术：
1、目前，模具的抛光主要仍以人工抛光为主，抛光的质量取决于工人的技术熟练程度，并且，人工抛光效率往往不高，生产周期长，抛光效率也会受工人体力精力等影响；同时，抛光工人面对的是金属粉尘、噪声、打磨振动等有害身心健康的恶劣环境。企业也面临着抛光劳动力短缺、生产成本不断上升等困境，同时随着社会的转型升级，工业发展方式正从资源消耗型向创新型、环境友好型、质量导向型的可持续发展转变，这些都决定着模具抛光行业必须走机器换人的技术革新之路。
2、近年来，工业机器人在打磨、搬运、3c装配等领域发展迅速，在改变企业的生产模式、提高生产效率等方面发挥了巨大的作用。利用工业机器人实现自动抛光，为了保证抛光质量及效率，对抛光力进行控制是极为重要的一环。
3、目前用于工业机器人抛光的、可实现恒力控制的末端工具主要有机械式、气动式以及电动式。其中，气动抛光端部执行器具有重量轻、工作过程安全、空载速度快等优点，主要对硬度值小的金属和非金属材料进行抛光。此外，气体的天然可压缩性使得气动末端执行器更符合柔性抛光的要求，因此气动末端执行器比电动末端执行器应用更广泛。电动式末端柔顺执行器在具备响应速度快、精度好、集成度高、装配方便等优势，在主动力控制方面具有优势。然而其均存在自身缺陷，如：电动末端执行器电机超调、机构柔性差、振动冲击等问题；气动末端执行器也存在响应速度慢、力控滞后、抗干扰能力弱等问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种机器人末端气-电混合恒力磨抛执行器，该执行器柔性好、振动小，响应速度快、力控精准，且结构简单，实现成本低。
2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种机器人末端气-电混合恒力磨抛执行器，包括执行器基座、柔顺输出末端、自适应伸缩动力源、导向装置、位移传感器、拉压力传感器和控制器；所述执行器基座下端通过机器人连接法兰与机器人连接，所述自适应伸缩动力源、导向装置、位移传感器和控制器安装于执行器基座与柔顺输出末端之间，所述自适应伸缩动力源用于驱动柔顺输出末端沿导向装置输出轴向力，所述自适应伸缩动力源包括同轴设置于执行器中心的电磁力发生装置和气动肌腱，所述气动肌腱用于增强执行器整体柔性以减少冲击，所述电磁力发生装置用于调节执行器与工件之间的实际接触力，所述位移传感器用于实时监测柔顺输出末端的位移并反馈至控制器；所述拉压力传感器安装于柔顺输出末端上端面上，用于实时监测实际接触力并反馈至控制器；所述控制器根据位移传感器、拉压力传感器的反馈信号，对电磁力发生装置输入电流的方向和大小和气动肌腱输入气体的压力进行调节，实现实际接触力的控制。
3、进一步地，所述电磁力发生装置为直线型电磁力发生装置，所述气动肌腱为类编织结构型气动肌腱，所述气动肌腱位于电磁力发生装置中心空腔内，所述电磁力发生装置和气动肌腱同轴安装于执行器基座与柔顺输出末端之间。
4、进一步地，所述电磁力发生装置包括电磁力发生装置浮动端、线圈和电磁力发生装置固定端，所述电磁力发生装置浮动端和电磁力发生装置固定端同轴安装，所述电磁力发生装置固定端与执行器基座固定连接，所述电磁力发生装置浮动端与柔顺输出末端固定连接；所述线圈缠绕固定在电磁力发生装置浮动端外侧，以在线圈通电时带动电磁力发生装置浮动端沿电磁力发生装置固定端运动，从而输出轴向力。
5、进一步地，所述导向装置包括直线滑块导轨导向机构和弹簧导向机构；所述直线滑块导轨导向机构包括滑块支座、滑块、导轨支座和导轨，所述滑块支座与柔顺输出末端固定连接，所述滑块安装于滑块支座上，所述导轨支座与电磁力发生装置固定端固定连接，所述导轨安装于导轨支座上，所述滑块与导轨配合滑动；所述弹簧导向机构用于平衡自适应伸缩动力源轴向冗余输出，所述弹簧导向机构包括法兰直线轴承、导杆和压缩弹簧，所述法兰直线轴承与执行器基座固定连接，所述导杆与柔顺输出末端固定连接，所述导杆与法兰直线轴承配合滑动，所述压缩弹簧套设于导杆上，且其两端分别抵住法兰直线轴承和柔顺输出末端。
6、进一步地，所述执行器设置有若干组导向装置，所述若干组导向装置均布于电磁力发生装置外周部，以提供均匀的支撑力和导向作用。
7、进一步地，所述气动肌腱两端分别与执行器基座和柔顺输出末端连接，所述气动肌腱与外部气管连接，所述外部气管上设有比例流量阀和电磁换向阀，用于调节气体流通的压力及方向。
8、进一步地，所述控制器内部集成有姿态传感器，用于实时获取执行器当前姿态，通过拉压力传感器信号对实际接触力进行实时检测，并经过计算处理后对执行器当前姿态进行重力补偿。
9、进一步地，所述执行器的工作方法包括以下步骤：
10、步骤a1：安装机器人末端气-电混合恒力磨抛执行器至机器人上，安装磨抛工具至柔顺输出末端上；使自适应伸缩动力源中的电磁力发生装置处于伸缩行程的中间位置，于此时向气动肌腱输入气体；将磨抛工具的截面中心定义为工具坐标系原点；
11、步骤a2：对控制器相关参数进行设置，给机器人下达开始磨抛指令，机器人按预定磨抛轨迹带动末端气-电混合恒力磨抛执行器进行抛光运动；
12、步骤a3：控制器通过集成于其内部的姿态传感器实时获取执行器当前姿态，通过拉压力传感器信号对实际接触力进行实时检测，通过位移传感器对当前位移状态进行实时检测，从而调节实际接触力并进行重力补偿以达到抛光力的恒定输出；
13、步骤a4：对磨抛表面进行检测，如未达到期望磨抛效果，重复步骤a2～a3。
14、进一步地，所述步骤a3具体包括以下步骤：
15、步骤a31：控制器实时读取并处理拉压力传感器、位移传感器信号，实时监测柔顺输出末端实际接触力和柔顺输出末端伸出量；
16、步骤a32：控制器实时读取姿态传感器信号，获取执行器当前姿态信息，计算后得到当前重力补偿值；
17、步骤a33：控制器将得到的实际接触力和重力补偿值，与期望接触力经控制算法处理后，补偿电磁力发生装置线圈的环路电流，实时调节电磁力发生装置轴向推力大小以及轴向位移输出，重复步骤a31～a32，直至与期望接触力一致或磨抛结束，从而实现抛光力的恒定控制。
18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
19、1、本发明结构简单、紧凑，实现成本低，可适应大多数磨抛场景；执行器由并联气-电混合驱动，兼具气动执行器柔性好、振动小和电动执行器响应速度快、力控精准等特点。
20、2、本发明总体输出力由气动肌腱、电磁力发生装置并联输出，具有较大的力控范围和柔顺行程，具有较强的环境适应性。
21、3、本发明集成了控制器，可对抛光过程进行自动控制，且控制器集成姿态传感器等模块，大大简化了整体结构，降低了控制成本。
1.一种机器人末端气-电混合恒力磨抛执行器，其特征在于，包括执行器基座、柔顺输出末端、自适应伸缩动力源、导向装置、位移传感器、拉压力传感器和控制器；所述执行器基座下端通过机器人连接法兰与机器人连接，所述自适应伸缩动力源、导向装置、位移传感器和控制器安装于执行器基座与柔顺输出末端之间，所述自适应伸缩动力源用于驱动柔顺输出末端沿导向装置输出轴向力，所述自适应伸缩动力源包括同轴设置于执行器中心的电磁力发生装置和气动肌腱，所述气动肌腱用于增强执行器整体柔性以减少冲击，所述电磁力发生装置用于调节执行器与工件之间的实际接触力，所述位移传感器用于实时监测柔顺输出末端的位移并反馈至控制器；所述拉压力传感器安装于柔顺输出末端上端面上，用于实时监测实际接触力并反馈至控制器；所述控制器根据位移传感器、拉压力传感器的反馈信号，对电磁力发生装置输入电流的方向和大小和气动肌腱输入气体的压力进行调节，实现实际接触力的控制。
2.根据权利要求1所述的机器人末端气-电混合恒力磨抛执行器，其特征在于，所述电磁力发生装置为直线型电磁力发生装置，所述气动肌腱为类编织结构型气动肌腱，所述气动肌腱位于电磁力发生装置中心空腔内，所述电磁力发生装置和气动肌腱同轴安装于执行器基座与柔顺输出末端之间。
3.根据权利要求1所述的机器人末端气-电混合恒力磨抛执行器，其特征在于，所述电磁力发生装置包括电磁力发生装置浮动端、线圈和电磁力发生装置固定端，所述电磁力发生装置浮动端和电磁力发生装置固定端同轴安装，所述电磁力发生装置固定端与执行器基座固定连接，所述电磁力发生装置浮动端与柔顺输出末端固定连接；所述线圈缠绕固定在电磁力发生装置浮动端外侧，以在线圈通电时带动电磁力发生装置浮动端沿电磁力发生装置固定端运动，从而输出轴向力。
4.根据权利要求3所述的机器人末端气-电混合恒力磨抛执行器，其特征在于，所述导向装置包括直线滑块导轨导向机构和弹簧导向机构；所述直线滑块导轨导向机构包括滑块支座、滑块、导轨支座和导轨，所述滑块支座与柔顺输出末端固定连接，所述滑块安装于滑块支座上，所述导轨支座与电磁力发生装置固定端固定连接，所述导轨安装于导轨支座上，所述滑块与导轨配合滑动；所述弹簧导向机构用于平衡自适应伸缩动力源轴向冗余输出，所述弹簧导向机构包括法兰直线轴承、导杆和压缩弹簧，所述法兰直线轴承与执行器基座固定连接，所述导杆与柔顺输出末端固定连接，所述导杆与法兰直线轴承配合滑动，所述压缩弹簧套设于导杆上，且其两端分别抵住法兰直线轴承和柔顺输出末端。
5.根据权利要求1所述的机器人末端气-电混合恒力磨抛执行器，其特征在于，所述执行器设置有若干组导向装置，所述若干组导向装置均布于电磁力发生装置外周部，以提供均匀的支撑力和导向作用。
6.根据权利要求1所述的机器人末端气-电混合恒力磨抛执行器，其特征在于，所述气动肌腱两端分别与执行器基座和柔顺输出末端连接，所述气动肌腱与外部气管连接，所述外部气管上设有比例流量阀和电磁换向阀，用于调节气体流通的压力及方向。
7.根据权利要求1所述的机器人末端气-电混合恒力磨抛执行器，其特征在于，所述控制器内部集成有姿态传感器，用于实时获取执行器当前姿态，通过拉压力传感器信号对实际接触力进行实时检测，并经过计算处理后对执行器当前姿态进行重力补偿。
8.根据权利要求1-7任一项所述的机器人末端气-电混合恒力磨抛执行器，其特征在于，所述执行器的工作方法包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的机器人末端气-电混合恒力磨抛执行器，其特征在于，所述步骤a3具体包括以下步骤：
