机械传动设计实现主从轴的运动控制

破碎重组

首先说明本人是菜鸟，才疏学浅，绝不是开贴授课，是抱着请论坛大侠指正指点的心态来学习的，是来抱大腿的，千万不要把我当做大腿；引入一个百度的定义，多轴同步控制，又称多轴系统同步控制，指在大多数多轴传动系统应用中，使各轴之间保持一定的同步运行关系。多轴系统是非线性、强耦合的多输入多输出系统。多轴同步控制的主要性能指标有：速度比例同步、位置（或角度）同步和绝对值误差小于某限幅值。 本文只讨论单一主轴+多个从轴的同步控制，不探讨多主轴+多从轴；
   下面我拿个具体实例来说明，光讲理论探讨有点扯淡，也有点深奥，毕竟我们还是要应用为主实战为主；
实际设备：旋盖机，功能，给旋转平台上的瓶子旋盖。

  设备3大组件：
1。主轴旋转盘组件；
   负责实现瓶子的上料和旋转，一次旋转某个角度（比如30度）
2.吸盖和放盖组件
   负责吸取盖子并放置到瓶子上面；
3.旋盖组件
   负责把瓶子上的盖子旋紧；

运动分析：
1. 主轴旋转盘组件每次旋转30度，3秒实现。然后停止3秒。再次3秒旋转30度停止3秒；
2. 吸盖组件包含上下运动和自身旋转运动
   上下移动距离是0-60MM，每次转动角度180度。
3. 旋盖组件
    只有上下运动，运动范围0-100MM； 旋盖运动由独立伺服控制夹具不在讨论范围。

最终功能要求
1. 转盘每次转动30度移动到吸盖放盖组件下面，停止的3秒内一定要
完成下降60MM放盖动作，同时另一侧完成吸盖动作； 转台转动的3秒内要吸盖放盖组件
完成上升60MM旋转180度动作；
2. 转盘每次转30度的3秒内，旋盖组件要完成上升100MM动作；
  转台停止的3秒内，旋盖组件要完成下降100MM动作；



功能就这3大块
1. 主旋转瓶子组 ： 主电机+凸轮分割器 间歇旋转带动大转盘，实现瓶子旋转到所需工位；
                   这个组属于一级机械传动：  主电机+减速机+链条传动+凸轮分割器1+凸轮分隔器输出轴旋转大转盘
2.  吸盖放盖组  ： 抓手下内置吸盘，抓手盘的转动和上下移动由主电机经过多级机械传动而来
                   这个组属于            ： 主电机+减速机+链条传动+凸轮分割器1+链条传动+链条传动+凸轮分割器2输出轴实现抓盘转动
                                            主电机+减速机+链条传动+凸轮分割器1+链条传动+链条传动+凸轮分割器2输出轴+连杆机构实现吸盖放盖抓盘上下运动
3.  旋盖组：      抓手自身的独立旋转运动由独立的伺服控制不在讨论范围；而 抓手所在的盘整体上下运动由主电机经过多级机械传动而来。                    这个运动是我们需要讨论的；
                   这个组属于            ： 主电机+减速机+链条传动+凸轮分割器1+链条传动+链条传动+连杆机构 实现旋盖抓盘上下运动



一个主电机通过机械传动实现了主轴的角度控制+吸盖放盖组轴的上下移动和旋转角度控制+旋盖组轴的上下移动控制；
典型的一个主轴+2根从轴的运动控制，并且还是机械传动实现的，只有一个动力源就是主3相异步电机，其余的链条，凸轮分隔器，连杆机构等都是机械传动，与电气技术无关。

1. 一个设计问题： 这样的机械传动机构如何设计？
2.一个调试问题：  你有机械0点的概念吗？ 这台设备的机械0点你清楚吗？  你的设备有机械0点吗？
                         这台设备的机械0点就是旋盖组的连杆轴处于最低端0MM处+主轴电机0角度+吸盖放盖组的连杆轴处于最低端0MM处，角度位置0角度处。


处理不好会有后果：
1.机械设计把握不好，主电机转了一圈，主轴转盘也转了30度，旋盖连杆轴没有实现从0到100MM的移动距离；或者吸盖放盖组轴没有完成180度旋转，没有实现0到60MM移动；
2. 没有理解机械0点，装配调试会出现，主轴处于0度时，主转盘也是0度，但是两个连杆轴却不在对应的位置高度；

这个案例让我不得不思考
1. 怎么设计机械传动式主从轴运动控制？
2.机械0点。

欢迎大家讨论，指正指点，谢谢  @晓昀     @向宏    @魍者归来  @tomback

陌上古道

厉害的大神，膜拜，啥时候能像你一样啊

丹枫911

太复杂繁琐了，
第一的转盘只需要减速电机配凸轮分割器，完全没必要再加一组链条传动。
第二个功能更是繁琐的不行，直接一个升降气缸配一个转台气缸，成本低，方便控制，稳定性也好。
第三个功能一个线性滑台配上一个电机足够了

魍者归来

首先声明：本人菜鸟。如果这是一个初始的设计（没有现成或相似的设备可以copy）的情况下，个人的习惯是这样的：

1、把最终要实现的功能理顺（这点楼主做的非常漂亮了）【这部分属于信息简化和逻辑处理】
2、初定传动结构，把简化的机械数据，用数学的方法进一步简化和表达。【首先楼主提到了0点，个人觉得这个例子可以考虑以主轴轴心的某一点作为0点，建立初始坐标系，各从动轴的0点可以相应的用矩阵来表示，简言之就是空间几何+线性代数，这部分属于机械人的数学思维】
3、用函数来表达运动【无论主轴的旋转还是从动轴的旋转，包括平移、升降等动作，都能用矩阵变换来确定新的0点，这部分属于单纯的数学计算】
4、用图形来验证理论。【结合计算机软件比如SW中的VBA功能，计算并绘制运动过程中的各关键点，连接各点组成曲线，简单的函数可以直接绘制公式曲线，可以验证比如各轴运动的极限位置、是否与设备所在的场所干涉、是否有超出预期的曲线斜率、是否有不可导的极值点等等】
5、确认传动结构及各参数修正。【数学的工作完成之后，剩下的就交给机械了。原定用齿轮传动的可能会因为空间、成本、中心距的问题，换用同步带等等】

最后回答楼主的两个问题：
1. 怎么设计机械传动式主从轴运动控制？
老手评经验，新手看数据。机械的老人，看到功能要求，一般都会直接从之前的工作经验里筛选出接近的方案，然后逐步完善自己的想法。新人没有经验优势，但可以凭借上述第3步中的数据来选择相应的机构，比如从动点的坐标包含旋转特征（正余弦等），轮式传动比较适合；从动点的坐标包含线性特征（坐标放大系数），连杆、凸轮等结构就比较合适。而具体哪一种或者哪几种合适，试过就知道了。
2.机械0点。
个人理解，机械0点相当于具备了数学思维，能够把复杂的问题简单化。拥有快速正确判断出0点的能力，也就意味着少走很多弯路，是用个人的思维能力，放大工作经验在机械设计中的优势。

上述为个人浅见，如有谬误，欢迎批评指正。以上。

坚如磐石

丹枫911 发表于 2019-1-24 16:30
太复杂繁琐了，
第一的转盘只需要减速电机配凸轮分割器，完全没必要再加一组链条传动。
第二个功能更是繁 ...

同意，这个很简单的。

坚如磐石

弄几个SMC气缸就行了，里面都有你需要的东西。

tomback

建议先规划一个时间点与动作的矩阵图吧，看那些动作的开合是一致，一致的动作考虑用一组分系统执行。

破碎重组

丹枫911 发表于 2019-1-24 16:30
太复杂繁琐了，
第一的转盘只需要减速电机配凸轮分割器，完全没必要再加一组链条传动。
第二个功能更是繁 ...

我是楼主，大侠说的有道理
1.加链条传动可能是为了布局方便，空间好安装；
2.气缸精度差，不够柔性，不行的；旋转用气缸或许可以一试；不知道精度是否可以？
3. 用机械传动带动从轴节省了电机，如果从轴也设独立电机，就没有机械传动之美了

Leo_20180309

有个小疑问，如果机台在组装好，一切功能都能实现，我机台运行半年左右，是不是需要进行维护，位置偏差，需要调整，链条传动会有噪音没有精度，2-如果我更换节奏，或者瓶子大小变化，但瓶盖没变，是不是需要重新购买机台

小熊叹

请问一下楼主你们公司开发的非标设备嘛？包装行业里 灌装 旋盖，压盖，都已经很成熟了的，结构都很类似，就是换一下产品