[發(fā)明專利]一種伺服機(jī)械精沖壓力機(jī)主傳動機(jī)構(gòu)及運(yùn)動規(guī)劃方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710480578.5
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107138578B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 華林;葉德金;汪小凱;劉艷雄
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: B21D22/02
• 分類號: B21D22/02;B30B1/14;B30B15/26
• 代理公司: 42102 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 唐萬榮;汪瑋華<國際申請>=<國際公布>

1.一種伺服機(jī)械精沖壓力機(jī)主傳動機(jī)構(gòu)，包括第一曲柄、第一連桿、第二連桿、第二曲柄、第三連桿、滑塊和機(jī)架，其特征在于，所述第一曲柄的一端與機(jī)架相鉸接，另一端與第一連桿的一端相鉸接，第一連桿的另一端均與第二連桿及第三連桿的一端相鉸接，第二連桿的另一端與第二曲柄的一端相鉸接，第二曲柄的另一端與機(jī)架相鉸接，第三連桿的另一端與滑塊相鉸接，滑塊沿導(dǎo)軌豎直滑動，第一伺服電機(jī)驅(qū)動第一曲柄繞鉸接點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，第二伺服電機(jī)驅(qū)動第二曲柄繞鉸接點(diǎn)旋轉(zhuǎn)；第一曲柄的一端與機(jī)架的鉸接點(diǎn)與第二曲柄的另一端與機(jī)架的鉸接點(diǎn)的水平距離為第二連桿與第二曲柄的長度之差，豎直距離為第一連桿與第一曲柄的長度之和，第一曲柄的一端與機(jī)架的鉸接點(diǎn)與第三連桿的另一端與滑塊的鉸接點(diǎn)位于同一直線上。

2.根據(jù)上述權(quán)利要求1所述的一種伺服機(jī)械精沖壓力機(jī)主傳動機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述第一曲柄的長度小于第二曲柄的長度。

3.采用權(quán)利要求2所述的一種伺服機(jī)械精沖壓力機(jī)主傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)劃方法，其特征在于，包括如下步驟：

A)確定兩伺服電機(jī)關(guān)鍵相位角，根據(jù)伺服機(jī)械精沖壓力機(jī)的工藝過程，在一個(gè)工作周期內(nèi)，滑塊分為三個(gè)控制階段，包括由運(yùn)行起點(diǎn)快速到達(dá)沖裁起始點(diǎn)的快速閉合階段、由沖裁起始點(diǎn)慢速到達(dá)沖裁終止點(diǎn)的慢速沖裁階段、由沖裁終止點(diǎn)快速到達(dá)運(yùn)行起始點(diǎn)的快速回程階段，確定滑塊的運(yùn)行起始點(diǎn)、沖裁起始點(diǎn)、沖裁終止點(diǎn)及對應(yīng)兩伺服電機(jī)的運(yùn)行起始相位角、沖裁起始相位角、沖裁終止相位角；

B)兩伺服電機(jī)柔性加減速規(guī)劃，起始和終止位置的加速度和加加速度為零，從加加速度構(gòu)造函數(shù)J(t)：

其中，X為系數(shù)，T為一個(gè)加減速周期，T₀為加減速初始時(shí)間，

根據(jù)J(t)可推導(dǎo)出加速度函數(shù)為A(t)為：其中，C₁為常數(shù)系數(shù)，根據(jù)A(t)可推導(dǎo)出速度函數(shù)V(t)為：

其中，C₂為常數(shù)系數(shù)，根據(jù)V(t)可推導(dǎo)出位移函數(shù)S(t)為：

設(shè)v₀為加或減速初始速度，v₁為加或減速后的速度，C₃為常數(shù)系數(shù)，根據(jù)邊界條件，當(dāng)t＝T₀時(shí)，A(0)＝0，V(0)＝v₀，S(0)＝s₀，當(dāng)t＝T₀+T時(shí)，A(T₀+T)＝0，V(T₀+T)＝v₁，因此解得：

設(shè)伺服電機(jī)的最大加速度為A_max，則A(t)≤A_max，即，

為充分發(fā)揮系統(tǒng)的運(yùn)動能力，縮短加速周期，提高生產(chǎn)效率，取等號，則有：

因此，可解得加速過程的加加速度J(t)，加速度A(t)，速度V(t)，位移函數(shù)S(t)如下所示：

C)兩伺服電機(jī)運(yùn)動規(guī)劃，

閉合階段：第一伺服電機(jī)在運(yùn)行起始相位角以角速度w₁₁勻速運(yùn)行至靠近沖裁起始相位角后減速到w₁₂，到達(dá)沖裁起始相位角；第二伺服電機(jī)在運(yùn)行起始相位角以角速度w₂₁勻速運(yùn)行至靠近沖裁起始相位角后減速到0，到達(dá)沖裁起始相位角；

閉合階段第一伺服電機(jī)的勻速時(shí)間為t₁₁，減速時(shí)間為t₁₂；第二伺服電機(jī)的勻速時(shí)間為t₂₁，減速時(shí)間為t₂₂；根據(jù)上述伺服電機(jī)加減速方法、兩伺服電機(jī)的三個(gè)關(guān)鍵相位角、以及電機(jī)特性可確定：

其中，a_1max為第一伺服電機(jī)的最大加速度，a_2max為第二伺服電機(jī)的最大加速度，α為第一伺服電機(jī)的沖裁起始相位和終止相位的夾角，

因此第一伺服電機(jī)的閉合時(shí)間t₁為：

第二伺服電機(jī)的閉合時(shí)間t₂為：

設(shè)第一伺服電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速為w_1max，第二伺服電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速為w_2max，根據(jù)一般伺服的電機(jī)特性和數(shù)學(xué)關(guān)系，當(dāng)w₁₁和w₂₁分別取兩伺服電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速時(shí)，各自的閉合階段時(shí)間達(dá)到最小值，即：

兩伺服電機(jī)在閉合階段的時(shí)間相等即：t₁＝t₂；為了最大限度地縮短空程時(shí)間且兩伺服電機(jī)能夠同時(shí)滿足運(yùn)動要求則閉合階段的時(shí)間可確定如下：

w₁₂可根據(jù)沖裁速度v，第一伺服電機(jī)的沖裁起始相位角和沖裁終止相位角、機(jī)構(gòu)特性確定如下：當(dāng)α≥0.5π時(shí)：

當(dāng)0＜α＜0.5π時(shí)：

其中r為上述第一曲柄的長度，L為第一連桿與第二連桿之和，

所述w₁₁根據(jù)第一伺服電機(jī)的運(yùn)行起始相位角和沖裁起始相位角、閉合階段時(shí)間、w₁₂、第一伺服電機(jī)電機(jī)特性確定如下：

沖裁階段：第一伺服電機(jī)在沖裁起始相位角以角速度w₁₂勻速運(yùn)行到?jīng)_裁終止相位角；第二伺服電機(jī)保持速度為0，

沖裁時(shí)間t₃根據(jù)第一伺服電機(jī)的沖裁起始相位角和沖裁終止相位角、w₁₂確定如下：

w₂₁根據(jù)第二伺服電機(jī)的運(yùn)行起始相位角和沖裁起始相位角、閉合階段時(shí)間、第二伺服電機(jī)電機(jī)特性確定如下：

回程階段：兩伺服電機(jī)快速回程階段的運(yùn)動軌跡與快速閉合階段的運(yùn)動軌跡分別關(guān)于兩伺服電機(jī)的運(yùn)行起始相位對稱，第一伺服電機(jī)在沖裁終止相位角由角速度w₁₂加速到角速度w₁₁后以角速度w₁₁勻速運(yùn)行到運(yùn)行起始相位角，第二伺服電機(jī)在沖裁終止相位角由角速度0加速到角速度w₂₁后以角速度w₂₁勻速運(yùn)行到運(yùn)行起始相位角，

回程階段第一伺服電機(jī)的勻速時(shí)間為t₁₁，加速時(shí)間為t₁₂；第二伺服電機(jī)的勻速時(shí)間為t₂₁，加速時(shí)間為t₂₂，

根據(jù)上述方案，第一伺服電機(jī)在一個(gè)工作周期內(nèi)的運(yùn)動軌跡規(guī)劃w₁(t)為：

根據(jù)上述方案，第二伺服電機(jī)在一個(gè)工作周期內(nèi)的運(yùn)動軌跡規(guī)劃w₂(t)為：

4.根據(jù)上述權(quán)利要求3所述的一種伺服機(jī)械精沖壓力機(jī)主傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟A)中包括如下內(nèi)容：選取滑塊能夠達(dá)到的最高點(diǎn)作為沖裁終止點(diǎn)，此時(shí)第一曲柄、第一連桿、第三連桿共線，第二曲柄與第二連桿反共線，從而可確定滑塊在沖裁終止點(diǎn)時(shí)兩伺服電機(jī)的沖裁終止相位角，確定滑塊的沖裁終止點(diǎn)后，滑塊的沖裁起始點(diǎn)由沖裁板厚決定，即沖裁板厚等于滑塊沖裁起始點(diǎn)與沖裁終止點(diǎn)的距離，沖裁過程中，第二伺服電機(jī)始終處于沖裁終止相位角，即確定第二伺服電機(jī)的沖裁起始相位角等于沖裁終止相位角，即可確定第一伺服電機(jī)的起始相位角，設(shè)第一伺服電機(jī)、第二伺服電機(jī)在閉合和回程階段的轉(zhuǎn)角相等，確定第一伺服電機(jī)的運(yùn)行起始相位與沖裁起始相位的夾角為π-0.5α，第二伺服電機(jī)的運(yùn)行起始相位與沖裁起始相位的夾角為π。