[发明专利]机电混合式精密传动系统的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及精密传动技术领域，特别是一种机电混合式精密传动系统及其控制方法。

背景技术

精密传动是以高精度传递运动为主要目的的一类传动形式，在机器人、航空航天、武器装备、数控机床和钢铁冶金等领域应用十分广泛。现有技术中的精密传动多由机械传动中的少齿差行星齿轮传动装置实现，如谐波传动、日本的RV传动、捷克的Twispin传动和美国的Dojen传动等。上述精密传动装置均为纯机械传动形式，具有以下不足：传动装置中零部件的加工误差、装配误差、弹性变形和旋转零件的惯性载荷等都对整个传动装置的传动精度有很大的影响，要达到高传动精度，必须严格控制各零部件的加工误差和装配误差且同时采用复杂的结构以保证高刚度，从而使精密传动装置结构复杂、对加工和装配的要求较高、精度不易控制并且成本较高。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种机电混合式精密传动系统及其控制方法，能在实现精密传动的同时，对零部件加工误差和装配误差要求较低、传动精度容易控制和成本较低。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种机电混合式精密传动系统，包括驱动电机、补偿控制电机、传动装置、检测元件和控制器，所述传动装置包括两个动力输入传动部件，所述驱动电机和补偿控制电机分别与两个动力输入传动部件连接，所述检测元件设置在传动装置输出端上，所述检测元件与控制器输入端连接，所述控制器输出端与补偿控制电机连接。

采用上结构，传动装置具有两个自由度，两个输入运动实现确定的输出运动，输入运动由驱动电机和补偿控制电机提供；驱动电机提供初始的运动输入；在传动装置的输出端安装检测元件，用以测量其输出量，并将测量值输入控制器；控制器将输出量的测量值与理论值进行比较计算传动误差，并根据传动装置的特点确定补偿传动误差所需的电机转速；补偿控制电机接收来自控制器发送的电机转速指令，并以该转速驱动传动装置的一个动力输入传动部件，达到传动误差补偿的目的；传动装置由驱动电机和补偿控制电机同时驱动，其中驱动电机提供原始的运动输入，补偿控制电机提供传动误差补偿，使传动系统可以保持高精度的运动输出。该传动系统的传动精度不依赖于零部件的加工精度和装配精度，不依赖于复杂的结构实现高刚度，较传统的方式制造装配简便、结构简单且成本较低，通过闭环控制，响应速度快，直接从检测结果反馈至控制器，从而通过控制器控制补偿控制电机的转速，与驱动电机配合实现高精度传动，不受传动装置加工和装配精度的影响。

作为优选：所述传动装置为行星轮系，该行星轮系包括齿圈、太阳轮、行星架和行星轮，所述齿圈、太阳轮、行星架中其中两个为动力输入传动部件，另一个为传动装置的输出部件。

作为优选：所述传动装置为具有两个自由度的差动行星齿轮传动机构。

作为优选：所述传动装置为少齿差行星齿轮传动机构，包括内齿圈、行星齿轮和偏心轴，所述行星齿轮安装在偏心轴上，该行星齿轮与内齿圈啮合，所述驱动电机输出端与偏心轴连接，补偿控制电机的输出端与齿圈连接，所述行星齿轮上设置有偏心输出机构，该偏心输出机构连接有输出轴。

作为优选：所述检测元件为转速传感器，该检测元件安装在输出轴上。

本发明同时还提供一种机电混合式精密传动系统的控制方法，包括所述的机电混合式精密传动系统，关键在于：所述驱动电机提供的动力经其中一个动力输入传动部件输入传动装置；所述检测元件检测传动装置输出端的实际输出转速，并传送至控制器；控制器将实际输出转速与理论输出转速进行比较，计算出传动误差和补偿传动误差所需的补偿控制电机的转速，并控制补偿控制电机驱动另一个动力输入传动部件进行误差补偿。

作为优选：所述传动装置为少齿差行星齿轮传动机构，包括内齿圈、行星齿轮和偏心轴，所述驱动电机通过偏心轴输入原始动力，所述检测元件对少齿差动行星轮机构输出的转速进行检测，并将检测结果传送至控制器，所述控制器经运算获得误差补偿所需动力值后，通过补偿控制电机驱动齿圈提供误差补偿动力。

作为优选，所述补偿传动误差和补偿控制电机的计算方法如下：

根据运动学原理：

理论输出转速为：

则补偿传动误差为：

补偿控制电机的转速为：