“机器人磨抛复杂曲面表面，音圈电机实现稳定恒力接触输出”

在目前的工业界生产机械臂装配几乎都在使用着传统的位置控制，比较典型的就是：机器人沿着事先规划好的轨迹在封闭、确认的空间中运动。或者有些时候，机器人得到从视觉系统（Vision System）的反馈，这样就能使得位置控制的机器人具备一定适应外界可变环境的能力。

但是在某些应用场合中——更加精确地控制施加在末端执行器的力比控制，末端执行器的位置更加重要时，力控就必须得到引入，即：单单将关节目标位置作为控制输出量远远不能达到应用的要求，必须引入力矩/力控制输出量，或者将力矩/力作为闭环反馈量引入控制。

如这个工业机械臂做不规则表面抛光，需要严格控制末端抛光件与表面的接触力大小，因此需要用到末端执行器的力反馈，进行位置/力矩控制。未来的控制需要有两个控制量，纯位置控制是要被淘汰的“；

力控只需要存在在与抛光表面垂直的方向上，即严格控制末端执行器与抛光表面的接触力，但对于其他方向的运动，是不存在需要力控要求的，单纯的位置控制就可以实现。而当抛光工序结束的时候，控制器又要切回纯位置控制，将机械臂收回，未来的控制器是需要具备在位控和力控两种之前灵活切换的能力。

复杂零件的表面精整加工作为精密模具、航空航天、汽车船舶等制造业中一项至关重要的后处理加工过程。此类零件表面几何形状复杂，对轮廓精度尤其表面粗糙度要求高，且表面精整加工属于连续接触式操作，自动化难度大。现阶段精整加工仍需有经验的工人来完成，存在危险性高，工作环境差，劳动强度大，作业效率低精度低，质量稳定性差的问题。而工业机器人具有灵活性高、工作空间大、可扩展性强、成本低等优势，但其缺乏面向连 续接触式操作的力控技术，因此力控技术是实现机器人化复杂曲面精密光整加工的关键技术亟待解决。

目前实现机器人柔顺行为的方式可分为被动柔顺和主动力控两种方式。

被动柔顺主要利用工具或机械结构固有的柔性，结构简单但无法实现精确的力控制。实现机器人主 动力控制主要有通过控制机械臂关节力矩进行力控制的直接力控制和利用机械臂外部的 附加装置进行力控制的间接力控制这两种方法。前者适用于轻量化机械臂，安全性好；而工 业机器人由于运动质量大、关节弹性、传动机构摩擦力等因素，难以实现直接力控制，因此基于力控末端执行器的间接力控方式更适用于高速重载的工业机器人。

根据驱动方式可将现有的力控末端执行器分为机械式、气动式、电驱式和气电混合式。其中，机械式一般在末端执行器上安装弹簧实现被动柔顺，优点是结构简单，但其力控制精度较低。气动式通过调节气体压力来实现末端执行器的输出力，优点是具有较好的柔性、力重比大、控制简单，但存在响应慢、精度低、迟滞等缺点。电驱式是通过电机来控制末端执行器的力输出，优点是力控精度高和响应速度快，但存在质量大、抗冲击振动能力差等缺点。

而传统的气电混合式结合了电驱式和气动式的优点，但仍然存在质量大的问题。 在磨抛加工过程中存在力-位姿耦合问题，即当机器人存在法向偏差时，末端执行器必需要有局部位姿调整功能，才能满足复杂曲面磨抛作业的需求。

因此，一平移二旋转的并联机构成为力控末端执行器的首选，而且这样的并联机构构型已应用于数控机床的工具头设计。然而现有基于三自由度并联机构的工具头大多庞大而笨重，且不具有力控功能难以作为机器人的力控末端执行器。在力控末端执行器研究领域，基于音圈电机的机器人抛磨力控末端执行器，执行器采用气动马达为动力源，有效减小执行器的总质量。避免使用联轴器从而降低机构复杂性，结构更加紧凑。气动马达的旋转运动通过滚珠花键将旋转运动传递给打磨头部分，使得打磨头的两个自由度在滚珠花键处实现了机械解耦。但其为单自由度设计，不具备位置和姿态的调整能力。一种气电混合驱动的刚柔混合型力控末端执行器，包括与机械臂末端关节连接的定平台、能相对于定平台作一平移两旋转运动的动平台、以及安装于两平台之间的组合式气动装置，定平台与动平台之间设有三个结 构相同、并联对称布置的PPS支链；每个PPS支链包括由音圈电机驱动的主动平动关节、由柔性铰链组成的被动平动关节和被动球关节；主动平动关节设有检测音圈电机运动行程的位移传感器，动平台上设有压力传感器，由控制器处理反馈信号，对组合式气动装置和音圈电机的输出力进行调节，实现执行器与工件之间恒定的接触力控制。为了提高整体的动态响应能力，由音圈电机实现细调接触力的目标；

在机器人磨抛行业，特别是复杂曲面表面光整加工，采用音圈电机作为接触力恒力输出控制是非常适合的动力模块，现有这种力控末端执行器具有质量轻，精度高，响应快，抗冲击能力强，承载力大等特点；因为音圈电机是一种直驱电机，不需要任何转换机构可实现直线运动，动子质量轻，响应快，速度快；目前同茂电机生产0.5N-5000N的各类型音圈电机产品，同时也可根据客户特别应用提供定制化服务；