[发明专利]一种伺服机械精冲压力机主传动机构及运动规划方法

权利要求书

1.一种伺服机械精冲压力机主传动机构，包括第一曲柄、第一连杆、第二连杆、第二曲柄、第三连杆、滑块和机架，其特征在于，所述第一曲柄的一端与机架相铰接，另一端与第一连杆的一端相铰接，第一连杆的另一端均与第二连杆及第三连杆的一端相铰接，第二连杆的另一端与第二曲柄的一端相铰接，第二曲柄的另一端与机架相铰接，第三连杆的另一端与滑块相铰接，滑块沿导轨竖直滑动，第一伺服电机驱动第一曲柄绕铰接点旋转，第二伺服电机驱动第二曲柄绕铰接点旋转；第一曲柄的一端与机架的铰接点与第二曲柄的另一端与机架的铰接点的水平距离为第二连杆与第二曲柄的长度之差，竖直距离为第一连杆与第一曲柄的长度之和，第一曲柄的一端与机架的铰接点与第三连杆的另一端与滑块的铰接点位于同一直线上。

2.根据上述权利要求1所述的一种伺服机械精冲压力机主传动机构，其特征在于，所述第一曲柄的长度小于第二曲柄的长度。

3.采用权利要求2所述的一种伺服机械精冲压力机主传动机构的运动规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

A)确定两伺服电机关键相位角，根据伺服机械精冲压力机的工艺过程，在一个工作周期内，滑块分为三个控制阶段，包括由运行起点快速到达冲裁起始点的快速闭合阶段、由冲裁起始点慢速到达冲裁终止点的慢速冲裁阶段、由冲裁终止点快速到达运行起始点的快速回程阶段，确定滑块的运行起始点、冲裁起始点、冲裁终止点及对应两伺服电机的运行起始相位角、冲裁起始相位角、冲裁终止相位角；

B)两伺服电机柔性加减速规划，起始和终止位置的加速度和加加速度为零，从加加速度构造函数J(t)：

其中，X为系数，T为一个加减速周期，T₀为加减速初始时间，

根据J(t)可推导出加速度函数为A(t)为：其中，C₁为常数系数，根据A(t)可推导出速度函数V(t)为：

其中，C₂为常数系数，根据V(t)可推导出位移函数S(t)为：

设v₀为加或减速初始速度，v₁为加或减速后的速度，C₃为常数系数，根据边界条件，当t＝T₀时，A(0)＝0，V(0)＝v₀，S(0)＝s₀，当t＝T₀+T时，A(T₀+T)＝0，V(T₀+T)＝v₁，因此解得：

设伺服电机的最大加速度为A_max，则A(t)≤A_max，即，

为充分发挥系统的运动能力，缩短加速周期，提高生产效率，取等号，则有：

因此，可解得加速过程的加加速度J(t)，加速度A(t)，速度V(t)，位移函数S(t)如下所示：

C)两伺服电机运动规划，

闭合阶段：第一伺服电机在运行起始相位角以角速度w₁₁匀速运行至靠近冲裁起始相位角后减速到w₁₂，到达冲裁起始相位角；第二伺服电机在运行起始相位角以角速度w₂₁匀速运行至靠近冲裁起始相位角后减速到0，到达冲裁起始相位角；

闭合阶段第一伺服电机的匀速时间为t₁₁，减速时间为t₁₂；第二伺服电机的匀速时间为t₂₁，减速时间为t₂₂；根据上述伺服电机加减速方法、两伺服电机的三个关键相位角、以及电机特性可确定：

其中，a_1max为第一伺服电机的最大加速度，a_2max为第二伺服电机的最大加速度，α为第一伺服电机的冲裁起始相位和终止相位的夹角，

因此第一伺服电机的闭合时间t₁为：

第二伺服电机的闭合时间t₂为：

设第一伺服电机的最大转速为w_1max，第二伺服电机的最大转速为w_2max，根据一般伺服的电机特性和数学关系，当w₁₁和w₂₁分别取两伺服电机的最大转速时，各自的闭合阶段时间达到最小值，即：

两伺服电机在闭合阶段的时间相等即：t₁＝t₂；为了最大限度地缩短空程时间且两伺服电机能够同时满足运动要求则闭合阶段的时间可确定如下：

w₁₂可根据冲裁速度v，第一伺服电机的冲裁起始相位角和冲裁终止相位角、机构特性确定如下：当α≥0.5π时：

当0＜α＜0.5π时：

其中r为上述第一曲柄的长度，L为第一连杆与第二连杆之和，

所述w₁₁根据第一伺服电机的运行起始相位角和冲裁起始相位角、闭合阶段时间、w₁₂、第一伺服电机电机特性确定如下：

冲裁阶段：第一伺服电机在冲裁起始相位角以角速度w₁₂匀速运行到冲裁终止相位角；第二伺服电机保持速度为0，

冲裁时间t₃根据第一伺服电机的冲裁起始相位角和冲裁终止相位角、w₁₂确定如下：

w₂₁根据第二伺服电机的运行起始相位角和冲裁起始相位角、闭合阶段时间、第二伺服电机电机特性确定如下：

回程阶段：两伺服电机快速回程阶段的运动轨迹与快速闭合阶段的运动轨迹分别关于两伺服电机的运行起始相位对称，第一伺服电机在冲裁终止相位角由角速度w₁₂加速到角速度w₁₁后以角速度w₁₁匀速运行到运行起始相位角，第二伺服电机在冲裁终止相位角由角速度0加速到角速度w₂₁后以角速度w₂₁匀速运行到运行起始相位角，

回程阶段第一伺服电机的匀速时间为t₁₁，加速时间为t₁₂；第二伺服电机的匀速时间为t₂₁，加速时间为t₂₂，

根据上述方案，第一伺服电机在一个工作周期内的运动轨迹规划w₁(t)为：

根据上述方案，第二伺服电机在一个工作周期内的运动轨迹规划w₂(t)为：

4.根据上述权利要求3所述的一种伺服机械精冲压力机主传动机构的运动规划方法，其特征在于，所述步骤A)中包括如下内容：选取滑块能够达到的最高点作为冲裁终止点，此时第一曲柄、第一连杆、第三连杆共线，第二曲柄与第二连杆反共线，从而可确定滑块在冲裁终止点时两伺服电机的冲裁终止相位角，确定滑块的冲裁终止点后，滑块的冲裁起始点由冲裁板厚决定，即冲裁板厚等于滑块冲裁起始点与冲裁终止点的距离，冲裁过程中，第二伺服电机始终处于冲裁终止相位角，即确定第二伺服电机的冲裁起始相位角等于冲裁终止相位角，即可确定第一伺服电机的起始相位角，设第一伺服电机、第二伺服电机在闭合和回程阶段的转角相等，确定第一伺服电机的运行起始相位与冲裁起始相位的夹角为π-0.5α，第二伺服电机的运行起始相位与冲裁起始相位的夹角为π。