本實(shí)用新型涉及雙軸同步控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于拉壓力傳感器反饋的雙軸同步運(yùn)動(dòng)控制裝置。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代制造業(yè)中，人們對(duì)高生產(chǎn)率、低成本的需求越來(lái)越高，例如表面貼裝機(jī)和數(shù)控機(jī)床在加工一些復(fù)雜零件或?yàn)榱藴p少產(chǎn)品加工的工序時(shí)，傳統(tǒng)的單軸運(yùn)動(dòng)常常難以滿足需要，生產(chǎn)中機(jī)械軸同步運(yùn)動(dòng)應(yīng)運(yùn)而生，也正因如此，多軸系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，如三峽工程中使用的升船機(jī)、煤球機(jī)、冶金工廠中的多軸輥道、造紙機(jī)、橋式或龍門(mén)起重機(jī)以及各種機(jī)器人系統(tǒng)。但隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)多軸系統(tǒng)提出了更高的要求，如高速度、高精度的加工要求在造紙、印染、紡織等產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中顯得越來(lái)越重要，為了提高多軸系統(tǒng)的綜合性能，不僅要考慮單個(gè)軸的控制品質(zhì)，還要把各軸之間的運(yùn)動(dòng)控制有機(jī)協(xié)調(diào)起來(lái)，才能達(dá)到系統(tǒng)整體全局性能的最優(yōu)化。

多軸系統(tǒng)是非線性、強(qiáng)耦合的多輸入多輸出系統(tǒng)，其多個(gè)軸的協(xié)調(diào)控制是一個(gè)很復(fù)雜且很重要的問(wèn)題。在機(jī)械加工中，由實(shí)際位置到期望輪廓的距離產(chǎn)生的輪廓誤差直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量，減小同步誤差是降低輪廓誤差的關(guān)鍵。高速龍門(mén)移動(dòng)鍵銑削加工中心是同步運(yùn)動(dòng)的典型例子，龍門(mén)柱沿導(dǎo)軌縱向進(jìn)給，能獲得很高的加速度特性，但由于橫梁、刀架等大型移動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)和受力并不是嚴(yán)格對(duì)稱(chēng)的，再加上存在各種不確定性擾動(dòng)，所以不能保證龍門(mén)框架移動(dòng)的高度一致性，這種不一致性產(chǎn)生的機(jī)械耦合將降低同步進(jìn)給程度，影響加工質(zhì)量，甚至可能使龍門(mén)框架或驅(qū)動(dòng)元件受到損壞。同步控制技術(shù)是這類(lèi)機(jī)床降低輪廓誤差、保證加工精度的關(guān)鍵。采用多軸系統(tǒng)同步控制技術(shù)的數(shù)控機(jī)械用數(shù)字控制和伺服技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)化了設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高了設(shè)備的精度、靈活性、壽命和效率。因此，多軸系統(tǒng)同步控制技術(shù)是當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本實(shí)用新型提供一種基于拉壓力傳感器反饋的同軸同步運(yùn)動(dòng)控制裝置。

本實(shí)用新型使得雙軸同步運(yùn)動(dòng)控制的運(yùn)動(dòng)范圍增加，突破了傳統(tǒng)固定型檢測(cè)裝置的局限性，無(wú)需回零和校準(zhǔn)，使之能穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速地到達(dá)同步運(yùn)動(dòng)，并能在干擾出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不同步時(shí)快速恢復(fù)同步。

本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種基于拉壓力傳感器反饋的雙軸同步運(yùn)動(dòng)控制裝置，包括同軸同步運(yùn)動(dòng)本體部分及驅(qū)動(dòng)檢測(cè)控制部分；

同軸同步運(yùn)動(dòng)本體部分：包括第一及第二同步運(yùn)動(dòng)單元，所述第一及第二同步運(yùn)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)相同均包括伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、滾珠絲杠、直線運(yùn)動(dòng)單元、懸臂板及支架，

所述伺服電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠上的直線運(yùn)動(dòng)單元，所述支架固定在直線運(yùn)動(dòng)單元上，所述懸臂板的一側(cè)與支架連接，所述第一及第二同步運(yùn)動(dòng)單元的滾珠絲杠平行設(shè)置在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上；

驅(qū)動(dòng)檢測(cè)控制部分：包括加速度傳感器及拉壓力傳感器，所述加速度傳感器設(shè)置在第一同步運(yùn)動(dòng)單元的懸臂板與支架連接處，所述拉壓力傳感器水平固定在兩個(gè)懸臂板的另一側(cè)，所述伺服電機(jī)還設(shè)置有編碼盤(pán)，所述編碼盤(pán)檢測(cè)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移信號(hào)經(jīng)過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器及運(yùn)動(dòng)控制卡輸入到工控計(jì)算機(jī)中，所述加速度傳感器及拉壓力傳感器檢測(cè)的信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換卡及數(shù)據(jù)采集卡輸入到工控計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)得到控制信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡及伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩個(gè)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述拉壓力傳感器具體為一個(gè)，拉壓力傳感器的兩端分別安裝在兩個(gè)懸臂板的寬度方向的中點(diǎn)處，且兩個(gè)懸臂板處于相同高度。

所述加速度傳感器位于第一同步運(yùn)動(dòng)控制單元的懸臂板與支架連接處，具體位于該懸臂板的寬度方向的中線上。

所述加速度傳感器及拉壓力傳感器的安裝高度相同。

所述拉壓力傳感器選用S型拉壓力傳感器。

還包括用于顯示檢測(cè)信號(hào)和控制信號(hào)動(dòng)態(tài)曲線的人機(jī)交互界面。

一種基于拉壓力傳感器反饋的同軸同步運(yùn)動(dòng)控制裝置的控制方法，包括如下步驟：

步驟一兩個(gè)伺服電機(jī)的編碼器檢測(cè)兩個(gè)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角信號(hào)，經(jīng)過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器及運(yùn)動(dòng)控制卡，傳輸?shù)焦た赜?jì)算機(jī)進(jìn)行處理，得到相應(yīng)的伺服電機(jī)位置反饋信號(hào)；

步驟二拉壓力傳感器及加速度傳感器分別檢測(cè)懸臂板之間的受力狀態(tài)及直線運(yùn)動(dòng)單元的加速度后，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后生成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡輸入到工控計(jì)算機(jī)中得到速度反饋信號(hào)；

步驟三將步驟一及步驟二得到的速度和位置反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)工控計(jì)算機(jī)計(jì)算后得到控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡輸出到兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器中，分別驅(qū)動(dòng)到兩個(gè)伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行位置和速度雙閉環(huán)控制。

所述拉壓力傳感器檢測(cè)懸臂板之間的受力狀態(tài)，具體為：以第一同步運(yùn)動(dòng)單元中的直線運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)為參考基準(zhǔn)，若檢測(cè)信號(hào)為受壓狀態(tài)，則說(shuō)明第二同步運(yùn)動(dòng)單元的直線運(yùn)動(dòng)快，繁殖，則檢測(cè)信號(hào)為受拉狀態(tài)，則說(shuō)明第二同步運(yùn)動(dòng)單元的直線運(yùn)動(dòng)慢。

本方法采用主從式同步運(yùn)動(dòng)控制策略、串行同步運(yùn)動(dòng)控制策略、并行同步運(yùn)動(dòng)控制策略或虛擬電子主軸同步運(yùn)動(dòng)控制策略。

本實(shí)用新型的有益效果：

(1)本速度檢測(cè)系統(tǒng)由一個(gè)拉壓力傳感器和加速度傳感器組成，利用傳感器高精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的特點(diǎn)，使得速度檢測(cè)更加準(zhǔn)確，配合編碼器的角位移檢測(cè)，形成位置和速度的雙閉環(huán)控制，從而能實(shí)現(xiàn)低速重載的雙軸同步運(yùn)動(dòng)控制。

(2)本裝置雙軸運(yùn)動(dòng)采用耦合連接，能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地檢測(cè)雙軸間的速度差和位置差，適用于低速重載的場(chǎng)合。

(3)本裝置既可以采用主從式同步運(yùn)動(dòng)控制策略，也可以采用其他同步控制策略，如串行同步運(yùn)動(dòng)控制策略、并行同步運(yùn)動(dòng)控制策略、虛擬電子主軸同步運(yùn)動(dòng)控制策略等，為驗(yàn)證多種復(fù)雜控制策略提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例

如圖1-圖2所示，一種基于拉壓力傳感器反饋的同軸同步運(yùn)動(dòng)控制裝置，包括第一及第二同步運(yùn)動(dòng)單元；

所述第一同步運(yùn)動(dòng)單元，包括第一伺服電機(jī)1、第一聯(lián)軸器2、第一滾珠絲杠3、第一滾珠導(dǎo)向軸4、第一直線運(yùn)動(dòng)單元5、第一懸臂板7及第一支架14，

所述第一伺服電機(jī)通過(guò)第一聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)第一滾珠絲杠上的第一直線運(yùn)動(dòng)單元，所述第一滾珠導(dǎo)向軸4安裝在第一滾珠絲杠上，所述第一支架安裝在第一直線運(yùn)動(dòng)單元上，所述第一懸臂板的一側(cè)與第一支架固定在一起。

所述第二同步運(yùn)動(dòng)單元，包括第二伺服電機(jī)10、第二聯(lián)軸器11、第二滾珠絲杠12、第二直線運(yùn)動(dòng)單元16、第二懸臂板15及第二支架13；

所述第二伺服電機(jī)通過(guò)第二聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)第二滾珠絲杠上的第二直線運(yùn)動(dòng)單元，所述第二支架固定在第二直線運(yùn)動(dòng)單元上，所述第二懸臂板的一側(cè)與第二支架固定在一起。

所述第一滾珠絲杠的基座和第二滾珠絲杠的基座平行設(shè)定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，安裝前要保證兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)單元處于平行位置，第一滾珠絲杠和第二滾珠絲杠的軸距可靈活變動(dòng)，兩直線運(yùn)動(dòng)單元通過(guò)兩懸臂板的耦合作用相連接，使該裝置能檢測(cè)低速重載高精度的雙軸同步運(yùn)動(dòng)信號(hào)。

兩個(gè)懸臂板的規(guī)格相同，均為350mm×85mm×13mm，兩個(gè)懸臂板與兩個(gè)支架的安裝方式相同，本實(shí)施例中伺服電機(jī)均安裝有光電編碼盤(pán)。

所述第一支架及第二支架在第一直線運(yùn)動(dòng)單元及第二直線運(yùn)動(dòng)單元的安裝方向相反，所述兩個(gè)懸臂板的安裝方向也是面對(duì)面，具體第一支架與第一懸臂板的左側(cè)固定，第二支架與第二懸臂板的右側(cè)固定。

本裝置還包括加速度傳感器6及拉壓力傳感器8，所述加速度傳感器6安裝在第一支架及第一懸臂板的固定位置，高度位于第一懸臂板的中間距第一懸臂板左側(cè)15mm,用于檢測(cè)第一運(yùn)動(dòng)單元的速度信息；

所述拉壓力傳感器8具體為一個(gè)，固定在第一、第二懸臂板的末端之間，具體為第一懸臂板的右側(cè)及第二懸臂板的左側(cè)，且高度位于兩個(gè)懸臂板的寬度方向的中點(diǎn)，安裝好應(yīng)保證兩直線運(yùn)動(dòng)單元處于平行位置且兩懸臂板沒(méi)有發(fā)生彎曲變形，本裝置可根據(jù)雙軸之間的實(shí)際距離調(diào)整兩支架在直線運(yùn)動(dòng)單元上的安裝位置和兩懸臂板的長(zhǎng)度，從而滿足不同軸距的檢測(cè)控制，擴(kuò)大了裝置的適用范圍。

所述拉壓力傳感器8獲得兩直線運(yùn)動(dòng)單元的相對(duì)速度信息，選取第一直線運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)為參考基準(zhǔn)，若檢測(cè)信號(hào)為受壓狀態(tài)，則說(shuō)明第二直線運(yùn)動(dòng)單元運(yùn)動(dòng)較快，反之，若檢測(cè)信號(hào)為受拉狀態(tài)，則說(shuō)明第二直線運(yùn)動(dòng)單元運(yùn)動(dòng)較慢，通過(guò)拉壓力信號(hào)可定性獲得兩直線運(yùn)動(dòng)單元的相對(duì)運(yùn)動(dòng)信息，形成速度反饋信號(hào)。速度反饋信號(hào)和位置反饋信號(hào)經(jīng)相應(yīng)的控制算法處理后用于控制驅(qū)動(dòng)第一滾珠絲杠和第二滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)，本實(shí)用新型利用將拉壓力傳感器所測(cè)得拉壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成速度信號(hào)，結(jié)合編碼器的位置反饋，對(duì)雙軸直線同步運(yùn)動(dòng)單元進(jìn)行速度和位置反饋控制。

加速度傳感器既可以檢測(cè)第一直線運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)速度信息，也能檢測(cè)第一直線運(yùn)動(dòng)單元的振動(dòng)信號(hào)，防止因兩懸臂板的耦合作用和電機(jī)自身的機(jī)械振動(dòng)使兩運(yùn)動(dòng)單元出現(xiàn)較大的速度差甚至出現(xiàn)破壞機(jī)械裝置本體的情況。

所述拉壓力傳感器及加速度傳感器檢測(cè)的信息經(jīng)過(guò)第一及第二A/D轉(zhuǎn)換卡輸出到數(shù)據(jù)采集卡，然后輸入到工控計(jì)算機(jī)，兩個(gè)伺服電機(jī)的光電編碼盤(pán)檢測(cè)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角信號(hào)通過(guò)第一及第二伺服驅(qū)動(dòng)器和運(yùn)動(dòng)控制卡輸入到工控計(jì)算機(jī)中，工控計(jì)算機(jī)根據(jù)上述得到的檢測(cè)信號(hào)輸出控制信號(hào)運(yùn)動(dòng)控制卡，通過(guò)兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩個(gè)伺服電機(jī)。

上述裝置進(jìn)行兩周同步運(yùn)動(dòng)的控制方法，具體步驟為：

步驟一兩個(gè)伺服電機(jī)的編碼器檢測(cè)兩個(gè)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角信號(hào)，經(jīng)過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器及運(yùn)動(dòng)控制卡，傳輸?shù)焦た赜?jì)算機(jī)進(jìn)行處理，得到相應(yīng)的伺服電機(jī)位置反饋信號(hào)；

步驟二拉壓力傳感器及加速度傳感器分別檢測(cè)懸臂板之間的受力狀態(tài)及直線運(yùn)動(dòng)單元的加速度后，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后生成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡輸入到工控計(jì)算機(jī)中得到速度反饋信號(hào)；

步驟三將步驟一及步驟二得到的速度和位置反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)工控計(jì)算機(jī)計(jì)算后得到控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡輸出到兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器中，分別驅(qū)動(dòng)到兩個(gè)伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行位置和速度雙閉環(huán)控制。

在本實(shí)施例中，伺服電機(jī)選用日本三菱公司生產(chǎn)的400瓦交流伺服電機(jī)，第一伺服電機(jī)和第二伺服電機(jī)的型號(hào)為HC-KFS43，伺服驅(qū)動(dòng)器為MR-J2S-40A。

兩個(gè)滾珠導(dǎo)向軸選用日本米思米MISUMI的微型直線導(dǎo)軌，型號(hào)為BESKSS-No.30-700，材質(zhì)為不銹鋼，導(dǎo)軌編號(hào)為30mm，組裝高度H為20mm，導(dǎo)軌長(zhǎng)度L為700mm。直線軸承9可選用日本米思米MISUMI標(biāo)準(zhǔn)型直線軸承，型號(hào)為SLHSSW，導(dǎo)向軸支座選擇日本米思米MISUMI(SHSTA-20)-40型支座，絲杠固定側(cè)組件選用C-BSFW20型。聯(lián)軸器可選用米思米MISUMI公司型號(hào)為MCSLC的高扭矩夾持型(雙膜片型)膜片式聯(lián)軸器。運(yùn)動(dòng)控制卡可選用美國(guó)GALIL公司生產(chǎn)的型號(hào)為DMC-18x6PCI的4軸運(yùn)動(dòng)控制卡。

拉壓力傳感器選用上海上海狄佳傳感科技有限公司生產(chǎn)的S型拉壓力傳感器，型號(hào)為DJSX-50，額定載荷0～50Kg,重復(fù)性0.02％F.S.，滯后0.02％F.S.；加速度傳感器選用公司生產(chǎn)的8632C10型立方體加速度傳感器，響應(yīng)頻率為1～5000Hz，非線性為±％FSO。

在控制過(guò)程中通過(guò)設(shè)計(jì)友好的人機(jī)交互界面可以實(shí)時(shí)顯示相關(guān)測(cè)量信號(hào)和控制信號(hào)動(dòng)態(tài)曲線，便于實(shí)時(shí)觀測(cè)以及控制的開(kāi)啟和關(guān)閉，控制策略參數(shù)的修改輸入，數(shù)據(jù)保存等操作，便于實(shí)時(shí)調(diào)試時(shí)分析和修改參數(shù)。

上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。