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机械传动设计实现主从轴的运动控制

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发表于 2019-1-24 15:45:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 破碎重组 于 2019-1-24 15:57 编辑

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




1旋盖机总图

1旋盖机总图

2吸盖放盖组件

2吸盖放盖组件

3旋盖组件

3旋盖组件

4旋盖组轴的机械传动

4旋盖组轴的机械传动

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Leo_20180309 + 1

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发表于 2019-1-24 16:15:45 | 显示全部楼层
厉害的大神,膜拜,啥时候能像你一样啊
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发表于 2019-1-24 16:30:05 | 显示全部楼层
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

点评

1-主要研究一个主轴+多个从动轴,,并非是多的轴——楼主的设备设计好之后,只需要启动主轴(三相异步电机)即可,不需要其他运动控制 2-您的想法是最经济,也是最常见的处理模式,多轴控制。难度全在控制上  发表于 2019-1-25 09:18
可能设备已经存在,在存在的基础上进行分析,修改。。第三个功能,能用光轴导向,气缸升降么  发表于 2019-1-25 09:00
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发表于 2019-1-24 16:45:45 | 显示全部楼层
本帖最后由 魍者归来 于 2019-1-30 11:04 编辑

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。

点评

大侠,多传授一点呗,数学套路咋走,有流程么。教程也很需要,怎么才能学好数学上的设计,本人经验无,急需理论支持  发表于 2019-1-25 09:36
大侠看来是很有经验的,目前做非标设备设计的都是凭经验,很少用你那个数学套路一番计算的; 你怎么跑去搞销售了呀? 有点可惜  发表于 2019-1-25 09:21

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发表于 2019-1-24 17:19:19 | 显示全部楼层
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。
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发表于 2019-1-24 17:23:01 | 显示全部楼层
弄几个SMC气缸就行了,里面都有你需要的东西。
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发表于 2019-1-25 08:57:35 | 显示全部楼层
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。
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 楼主| 发表于 2019-1-25 09:12:59 | 显示全部楼层
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

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发表于 2019-1-25 09:33:05 | 显示全部楼层
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

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偏差就是机械传动的偏差,链条需要加润滑; 瓶子大小变化 机台的旋转盘要变的  发表于 2019-1-25 10:46
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发表于 2019-1-25 09:42:21 | 显示全部楼层
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

点评

前公司的,这些设备很容易抄袭,但设计原理我们需要探讨  发表于 2019-1-25 10:47
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