[发明专利]一种基于电子凸轮控制的牙刷植毛系统及方法

权利要求书

1.一种基于电子凸轮控制的牙刷植毛系统，包括XY工作平台、主轴、信号采集模块(12)和控制器(13)；其特征在于：XY工作平台用于调整牙刷的位置，主轴用于带动需要植入牙刷的刷毛进行移动；所述的信号采集模块(12)采集XY工作平台和主轴的位置；控制器(11)用于XY工作平台和主轴运动；

该牙刷植毛系统的一个运动周期中具有两个控制区间，分别位于同步控制区间和非同步控制区间；主轴在运动周期中进行一次升降往复运动；在主轴从同步控制区间起点移动到同步控制区间终点的过程中，XY工作平台从动于主轴运动，其余时间中，XY工作平台保持静止；

主轴处于同步控制区间时，通过电子凸轮算法控制XY工作平台在X轴方向上的目标速度X_speed如下：

Z_route＝Z_stop-Z_start (1)

Z_movie＝Z_now-Z_start (2)

X_err＝X_target-X_now (4)

其中，Z_route为主轴在同步控制区间的运动总行程；Z_start为主轴在同步控制区间的起始位置；Z_stop为主轴在同步控制区间的结束位置；Z_movie为主轴当前相对于同步控制区间起始位置的偏置距离；Z_now为主轴当前绝对位置；X_start为XY工作平台在X轴方向运动的起始位置；X_stop为XY工作平台在X轴方向运动的结束位置；X_target为XY工作平台当前时刻下在X轴方向上的目标位置；X_now为XY工作平台在X轴方向上的当前位置；X_err为XY工作平台当前在X轴方向上目标位置和当前位置的偏差；T1为电子凸轮算法的执行周期。

2.根据权利要求1所述的一种基于电子凸轮控制的牙刷植毛系统，其特征在于：设定主轴在非同步控制区间的运动速度为V_o，在同步控制区间的的运动速度为V_t，加减速阶段时长t₁；V_o＜V_t；主轴在非同步控制区间中运动速度V随时间t的变化函数如下：

其中，Jerk为加减速阶段的急动度数值；t₂为匀速运动时长，其表达式为t₂＝T-2*t₁；T为主轴通过同步控制区间的时长；

加减速阶段的急动度数值Jerk的表达式如下：

其中，V_m为加减速的中间速度，其表达式为

主轴通过同步控制区间的时长T的表达式如下：

其中，S₁为加速度增大过程中主轴的行程，其表达式为S₂为加速度减小过程中主轴的行程，其表达式为

3.根据权利要求1所述的一种基于电子凸轮控制的牙刷植毛系统，其特征在于：该牙刷植毛系统还包括触摸屏(11)；触摸屏(11)用于输入牙刷版型和伺服电机组(15)中各电机的速度和位置信息，并展示系统各部分的工作状态。

4.根据权利要求1所述的一种基于电子凸轮控制的牙刷植毛系统，其特征在于：所述的XY工作平台和主轴由伺服电机组(15)驱动；伺服电机组(15)包括X轴电机(16)、Y轴电机(17)和主轴电机(18)；XY工作平台由X轴电机(16)和Y轴电机(17)驱动进行二自由度水平移动；主轴由Z轴电机(18)驱动进行竖直移动。

5.根据权利要求1所述的一种基于电子凸轮控制的牙刷植毛系统，其特征在于：所述的信号采集模块(12)通过伺服电机编码器获取X轴电机(16)、Y轴电机(17)和主轴电机(18)的位置信息，确定XY工作平台和主轴的位置。

6.一种基于电子凸轮控制的牙刷植毛方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的牙刷植毛系统；该牙刷植毛方法包括以下步骤：步骤一：获取牙刷上各植毛孔坐标；

步骤二：将各植毛孔坐标导入到控制器中，确定XY工作平台的工作区域，并设定XY工作平台的工作路径；从相邻的前一个植毛孔坐标移动到后一个植毛孔坐标为一个植毛周期；

步骤三：主轴开始运动，信号采集模块(12)实时采集主轴和XY工作平台的位置信息并反馈给控制器；

步骤四：当主轴处于非同步控制区间时，XY工作平台保持静止；当主轴处于同步控制区间时，控制器根据主轴的位置通过电子凸轮算法得到XY工作平台在X方向上的目标速度信息；主轴到达同步控制区间终点时，XY工作平台到达目标位置，使得主轴上的刷毛与工作台上牙刷的一个植毛孔对齐，XY工作平台停止移动，主轴上的植毛机构完成植毛动作，完成一个植毛周期；

步骤五：重复步骤三和四，直到牙刷上的一排植毛孔均完成植毛。