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機械社區

標題: 機械傳動設計實現主從軸的運動控制 [打印本頁]
作者: 破碎重組    時間: 2019-1-24 15:45
標題: 機械傳動設計實現主從軸的運動控制
本帖最后由 破碎重組 于 2019-1-24 15:57 編輯

首先說明本人是菜鳥，才疏學淺，絕不是開貼授課，是抱著請論壇大俠指正指點的心態來學習的，是來抱大腿的，千萬不要把我當做大腿；引入一個百度的定義，多軸同步控制，又稱多軸系統同步控制，指在大多數多軸傳動系統應用中，使各軸之間保持一定的同步運行關系。多軸系統是非線性、強耦合的多輸入多輸出系統。多軸同步控制的主要性能指標有：速度比例同步、位置（或角度）同步和絕對值誤差小于某限幅值。 本文只討論單一主軸+多個從軸的同步控制，不探討多主軸+多從軸；
   下面我拿個具體實例來說明，光講理論探討有點扯淡，也有點深奧，畢竟我們還是要應用為主實戰為主；
實際設備：旋蓋機，功能，給旋轉平臺上的瓶子旋蓋。

  設備3大組件：
1。主軸旋轉盤組件；
   負責實現瓶子的上料和旋轉，一次旋轉某個角度（比如30度）
2.吸蓋和放蓋組件
   負責吸取蓋子并放置到瓶子上面；
3.旋蓋組件
   負責把瓶子上的蓋子旋緊；

運動分析：
1. 主軸旋轉盤組件每次旋轉30度，3秒實現。然后停止3秒。再次3秒旋轉30度停止3秒；
2. 吸蓋組件包含上下運動和自身旋轉運動
   上下移動距離是0-60MM，每次轉動角度180度。
3. 旋蓋組件
    只有上下運動，運動范圍0-100MM； 旋蓋運動由獨立伺服控制夾具不在討論范圍。

最終功能要求
1. 轉盤每次轉動30度移動到吸蓋放蓋組件下面，停止的3秒內一定要
完成下降60MM放蓋動作，同時另一側完成吸蓋動作； 轉臺轉動的3秒內要吸蓋放蓋組件
完成上升60MM旋轉180度動作；
2. 轉盤每次轉30度的3秒內，旋蓋組件要完成上升100MM動作；
  轉臺停止的3秒內，旋蓋組件要完成下降100MM動作；



功能就這3大塊
1. 主旋轉瓶子組 ： 主電機+凸輪分割器 間歇旋轉帶動大轉盤，實現瓶子旋轉到所需工位；
                   這個組屬于一級機械傳動：  主電機+減速機+鏈條傳動+凸輪分割器1+凸輪分隔器輸出軸旋轉大轉盤
2.  吸蓋放蓋組  ： 抓手下內置吸盤，抓手盤的轉動和上下移動由主電機經過多級機械傳動而來
                   這個組屬于            ： 主電機+減速機+鏈條傳動+凸輪分割器1+鏈條傳動+鏈條傳動+凸輪分割器2輸出軸實現抓盤轉動
                                            主電機+減速機+鏈條傳動+凸輪分割器1+鏈條傳動+鏈條傳動+凸輪分割器2輸出軸+連桿機構實現吸蓋放蓋抓盤上下運動
3.  旋蓋組：      抓手自身的獨立旋轉運動由獨立的伺服控制不在討論范圍；而 抓手所在的盤整體上下運動由主電機經過多級機械傳動而來。                    這個運動是我們需要討論的；
                   這個組屬于            ： 主電機+減速機+鏈條傳動+凸輪分割器1+鏈條傳動+鏈條傳動+連桿機構 實現旋蓋抓盤上下運動



一個主電機通過機械傳動實現了主軸的角度控制+吸蓋放蓋組軸的上下移動和旋轉角度控制+旋蓋組軸的上下移動控制；
典型的一個主軸+2根從軸的運動控制，并且還是機械傳動實現的，只有一個動力源就是主3相異步電機，其余的鏈條，凸輪分隔器，連桿機構等都是機械傳動，與電氣技術無關。

1. 一個設計問題： 這樣的機械傳動機構如何設計？
2.一個調試問題：  你有機械0點的概念嗎？ 這臺設備的機械0點你清楚嗎？  你的設備有機械0點嗎？
                         這臺設備的機械0點就是旋蓋組的連桿軸處于最低端0MM處+主軸電機0角度+吸蓋放蓋組的連桿軸處于最低端0MM處，角度位置0角度處。


處理不好會有后果：
1.機械設計把握不好，主電機轉了一圈，主軸轉盤也轉了30度，旋蓋連桿軸沒有實現從0到100MM的移動距離；或者吸蓋放蓋組軸沒有完成180度旋轉，沒有實現0到60MM移動；
2. 沒有理解機械0點，裝配調試會出現，主軸處于0度時，主轉盤也是0度，但是兩個連桿軸卻不在對應的位置高度；

這個案例讓我不得不思考
1. 怎么設計機械傳動式主從軸運動控制？
2.機械0點。

歡迎大家討論，指正指點，謝謝  @曉昀     @向宏    @魍者歸來  @tomback




作者: 陌上古道    時間: 2019-1-24 16:15
厲害的大神，膜拜，啥時候能像你一樣啊
作者: 丹楓911    時間: 2019-1-24 16:30
太復雜繁瑣了，
第一的轉盤只需要減速電機配凸輪分割器，完全沒必要再加一組鏈條傳動。
第二個功能更是繁瑣的不行，直接一個升降氣缸配一個轉臺氣缸，成本低，方便控制，穩定性也好。
第三個功能一個線性滑臺配上一個電機足夠了
作者: 魍者歸來    時間: 2019-1-24 16:45
本帖最后由 魍者歸來 于 2019-1-30 11:04 編輯

首先聲明：本人菜鳥。如果這是一個初始的設計（沒有現成或相似的設備可以copy）的情況下，個人的習慣是這樣的：

1、把最終要實現的功能理順（這點樓主做的非常漂亮了）【這部分屬于信息簡化和邏輯處理】
2、初定傳動結構，把簡化的機械數據，用數學的方法進一步簡化和表達。【首先樓主提到了0點，個人覺得這個例子可以考慮以主軸軸心的某一點作為0點，建立初始坐標系，各從動軸的0點可以相應的用矩陣來表示，簡言之就是空間幾何+線性代數，這部分屬于機械人的數學思維】
3、用函數來表達運動【無論主軸的旋轉還是從動軸的旋轉，包括平移、升降等動作，都能用矩陣變換來確定新的0點，這部分屬于單純的數學計算】
4、用圖形來驗證理論。【結合計算機軟件比如SW中的VBA功能，計算并繪制運動過程中的各關鍵點，連接各點組成曲線，簡單的函數可以直接繪制公式曲線，可以驗證比如各軸運動的極限位置、是否與設備所在的場所干涉、是否有超出預期的曲線斜率、是否有不可導的極值點等等】
5、確認傳動結構及各參數修正。【數學的工作完成之后，剩下的就交給機械了。原定用齒輪傳動的可能會因為空間、成本、中心距的問題，換用同步帶等等】

最后回答樓主的兩個問題：
1. 怎么設計機械傳動式主從軸運動控制？
老手評經驗，新手看數據。機械的老人，看到功能要求，一般都會直接從之前的工作經驗里篩選出接近的方案，然后逐步完善自己的想法。新人沒有經驗優勢，但可以憑借上述第3步中的數據來選擇相應的機構，比如從動點的坐標包含旋轉特征（正余弦等），輪式傳動比較適合；從動點的坐標包含線性特征（坐標放大系數），連桿、凸輪等結構就比較合適。而具體哪一種或者哪幾種合適，試過就知道了。
2.機械0點。
個人理解，機械0點相當于具備了數學思維，能夠把復雜的問題簡單化。擁有快速正確判斷出0點的能力，也就意味著少走很多彎路，是用個人的思維能力，放大工作經驗在機械設計中的優勢。

上述為個人淺見，如有謬誤，歡迎批評指正。以上。
作者: 堅如磐石    時間: 2019-1-24 17:19
丹楓911 發表于 2019-1-24 16:30
太復雜繁瑣了，
第一的轉盤只需要減速電機配凸輪分割器，完全沒必要再加一組鏈條傳動。
第二個功能更是繁 ...

同意，這個很簡單的。
作者: 堅如磐石    時間: 2019-1-24 17:23
弄幾個SMC氣缸就行了，里面都有你需要的東西。
作者: tomback    時間: 2019-1-25 08:57
建議先規劃一個時間點與動作的矩陣圖吧，看那些動作的開合是一致，一致的動作考慮用一組分系統執行。
作者: 破碎重組    時間: 2019-1-25 09:12
丹楓911 發表于 2019-1-24 16:30
太復雜繁瑣了，
第一的轉盤只需要減速電機配凸輪分割器，完全沒必要再加一組鏈條傳動。
第二個功能更是繁 ...

我是樓主，大俠說的有道理
1.加鏈條傳動可能是為了布局方便，空間好安裝；
2.氣缸精度差，不夠柔性，不行的；旋轉用氣缸或許可以一試；不知道精度是否可以？
3. 用機械傳動帶動從軸節省了電機，如果從軸也設獨立電機，就沒有機械傳動之美了

作者: Leo_20180309    時間: 2019-1-25 09:33
有個小疑問，如果機臺在組裝好，一切功能都能實現，我機臺運行半年左右，是不是需要進行維護，位置偏差，需要調整，鏈條傳動會有噪音沒有精度，2-如果我更換節奏，或者瓶子大小變化，但瓶蓋沒變，是不是需要重新購買機臺
作者: 小熊嘆    時間: 2019-1-25 09:42
請問一下樓主你們公司開發的非標設備嘛？包裝行業里 灌裝 旋蓋，壓蓋，都已經很成熟了的，結構都很類似，就是換一下產品
作者: 前景錢    時間: 2019-1-25 11:31
樓主是高手。
作者: 曉昀    時間: 2019-1-26 17:37
本帖最后由 曉昀 于 2019-1-26 17:40 編輯

樓主，如果調試中出現你說的這個問題，我覺得還是對傳動鏈和運動機構的運動情況沒有分析清楚。從起始點也就是你說的機械零點開始，運動一定時間后，各部件和運動構件的位置、行程和角度都是確定的位置。

建議你從電動機開始把整個系統的傳動平面圖和機構圖畫出來進行分析，不好表達的地方就用局部圖表達出來。

感覺這個傳動鏈有點繁瑣，樓上也有社友提出了個這問題，樓主你把傳動鏈畫出來看看是否還能精簡某些環節？

運動控制系統基本都有機械零點，這是系統運動開始的位置，也是分析其他構件運動一定時間后所處位置的參考點。

不知道今天為什么帖不了圖片？
作者: FREEDOM_M    時間: 2019-1-28 23:38
太復雜繁瑣了，
第一的轉盤只需要減速電機配凸輪分割器，完全沒必要再加一組鏈條傳動。
第二個功能更是繁瑣的不行，直接一個升降氣缸配一個轉臺氣缸，成本低，方便控制，穩定性也好。
第三個功能一個線性滑臺配上一個電機足夠了
作者: 在路上2019    時間: 2019-1-30 13:43
看著好好高大上
作者: 碎擱丶    時間: 2019-1-30 13:46
膜拜大神
作者: 祥云飛魚    時間: 2019-2-14 14:02
太復雜繁瑣了   可以拓展思路
作者: NEMO_LLSoQ    時間: 2019-2-16 22:54
本帖最后由 NEMO_LLSoQ 于 2019-2-16 23:00 編輯

機械傳動系統太復雜，不具有可控性
比如鏈條再帶分割器，還有很多的連桿機構，想要去控制旋轉精度伸長精度都會存在問題
我的拙見是，機械結構盡量做得最簡，例如分度盤用伺服直連，等更容易獲得精度，更具有可控性
運控這一塊，可以挑選具有電子凸輪的運動控制器，復雜的凸輪機構盡可能的用電子凸輪去代替，往往更可控，更經濟
這種控制一般來說對好一點的軟件工程師花點力氣還是可以搞出來的
所有的運動，都做成“軟耦合”  零點用伺服的Z相 +偏移值的方式
其他的問題都好用軟件去解決了



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