一种双肘节双电机并联驱动肘杆机构及其控制方法技术

本发明专利技术是一种双肘节双电机并联驱动肘杆机构及其控制方法，双肘节双电机并联驱动肘杆机构是一种两自由度并联机构，包括双肘节承载机构、上肘节调整机构、下肘节驱动机构，双肘节承载机构包括有两个肘节，上肘节调整机构和下肘节驱动机构分布在双肘节承载机构的同侧,上肘节调整机构及下肘节驱动机构分别通过驱动装置及传动机构与双肘节承载机构中的两个肘节连接，驱动双肘节承载机构中的两个肘节运动。本发明专利技术解决伺服机械压力机工作机构存在的增力效果与滑块行程相互钳制的矛盾，可获得滑块最大行程，并降低伺服电机功率容量和降低压力机的制造成本；且实现滑块运动速度、滑块最大行程以及滑块下死点可调，提升伺服压力机的工作性能和工艺适应性。

【技术实现步骤摘要】
一种双肘节双电机并联驱动肘杆机构及其控制方法
本专利技术涉及一种伺服机械压力机用的双肘节双电机并联驱动肘杆机构及其控制方法，是锻压机械领域的创新设计。
技术介绍
冲压机构是机械压力机的重要功能部件，采用交流伺服电机作为冲压机构驱动元件的压力机称为伺服机械压力机。与传统常规电机驱动的机械压力机相比，伺服机械压力机具有滑块运动可控、工作性能优良和高效节能环保等特点。但是，由于去除了用于储存和释放机械能的大飞轮，伺服机械压力机完全依靠伺服电机的瞬时扭矩，以产生足够的压制力才能使金属工件进入屈服状态，因此，往往需要采用功率高达几十甚至上百千瓦的伺服电机，而大功率伺服电机的制造成本是非常高昂的，从而大幅提升了压力机的制造成本，甚至无法开发出大吨位机型。为了开发出低成本、大吨位的伺服机械压力机，人们从驱动方式、减速机构和工作机构等方面开发新型伺服冲压机构。例如，中国专利号为CN102172760A和CN102172759B分别公开的“四电机并联驱动机械多连杆伺服压力机”和“六电机并联驱动机械多连杆伺服压力机”，其采用多台较小功率伺服电机并联驱动，采用单肘节肘杆机构推动滑块运动。该方案中，单台伺服电机的功率的确减少了，但所有伺服电机的总功率不一定减少，所采用的单肘节肘杆机构虽具有低速锻冲特性和增力效果，但公称压力行程和最大行程都受到限制。又例如，中国专利号为CN102019707A、CN101905263A和CN103586383A分别公开的“伺服压力机高增力比三角连杆-肘杆传动机构”、“用于精密冲裁、成形和/或冲压工件的机械压力机”和“一种适用于大吨位伺服直驱式热模锻压力机的传动系统”，均采用三角连杆-肘杆机构作为工作机构，该机构比一般单肘节肘杆机构具有更好的增力效果，但该肘杆机构存在公称压力行程内增力比有波动、增力效果与滑块行程相互钳制以及滑块最大行程与下死点不可调等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足而提供一种双肘节双电机并联驱动肘杆机构。本专利技术不仅可在获得足够滑块行程的同时获得很好的增力效果，而且在实现滑块运动速度可调的同时，实现滑块最大行程可调和滑块下死点可调。本专利技术的另一目的是提供一种方便实用的双肘节双电机并联驱动肘杆机构的控制方法。本专利技术通过以下技术方案实现：本专利技术的双肘节双电机并联驱动肘杆机构，为两自由度并联机构，包括双肘节承载机构、上肘节调整机构、下肘节驱动机构，双肘节承载机构包括有两个肘节，上肘节调整机构和下肘节驱动机构分布在双肘节承载机构的同侧,上肘节调整机构及下肘节驱动机构分别通过驱动装置及传动机构与双肘节承载机构中的两个肘节连接，驱动双肘节承载机构中的两个肘节运动。所述上肘节调整机构的驱动装置是第一伺服电机，下肘节驱动机构的驱动装置是第二伺服电机。所述上肘节调整机构的传动机构包括有滚珠丝杠、调整滑台、上连杆，第一伺服电机的输出轴与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠与调整滑台组成螺旋传动副，调整滑台置于导轨上，伺服电机输出轴的转动通过螺旋传动副转换为直线运动，使调整滑台沿导轨作往复直线移动，调整滑台通过第一销轴与上连杆的一端连接，上连杆的另一端通过第二销轴与上肘杆及中肘杆铰接，第一伺服电机是上肘节调整机构的输入段，上肘节是上肘节调整机构的输出端。所述第一伺服电机通过联轴器与滚珠丝杠连接。所述调整滑台通过铰接连接板与上连杆连接，其中调整滑台与铰接连接板连接，铰接连接板通过第一销轴与上连杆的一端连接，调整滑台带动铰接连接板运动，铰接连接板带动上连杆运动，第一伺服电机是上肘节调整机构的输入段，上肘节是上肘节调整机构的输出端。所述下肘节驱动机构的传动机构包括有连接轴、小齿轮、大齿轮、曲轴和下连杆，第二伺服电机的输出轴与连接轴的一端连接，连接轴的另一端安装有制动器，连接轴上安装的小齿轮与曲轴上安装的大齿轮啮合，曲轴支承在机架上，下连杆的一端与曲轴上的曲柄颈连接，下连杆的另一端通过第三销轴与中肘杆及下肘杆连接；第二伺服电机是下肘节驱动机构的输入端，下肘节是下肘节驱动机构的输出端。所述双肘节承载机构包括有上肘杆调整块、上肘杆、中肘杆、下肘杆、冲压滑块,上肘的一端通过第四销轴与上肘杆调整块铰接，上肘杆的另一端通过第二销轴与中肘杆的一端铰接构成上肘节，中肘杆的另一端通过第三销轴与下肘杆的一端铰接构成下肘节，下肘杆的另一端通过第五销轴与冲压滑块铰接，冲压滑块置于机架导轨中构成移动副；上肘杆调整块能沿铅垂方向调整高度，上肘杆绕第四销轴作摆动，中肘杆和下肘杆作兼有转动和移动的平面运动，冲压滑块在机架导轨上作直线往复运动。所述曲轴通过轴颈上装设的轴瓦支承在机架上。轴瓦与机架构成转动副。本专利技术的双肘节双电机并联驱动肘杆机构的控制方法，所述双肘节承载机构的第四销轴和第五销轴均处于铅垂线上，该铅垂线称为冲压铅垂线；上肘杆、中肘杆和下肘杆在冲压铅垂线上非重叠共线时的状态为该肘杆机构的下死点状态；双肘节双电机并联驱动肘杆机构的控制方法包括如下内容：1)肘杆机构回零时采用如下控制方案：第一伺服电机驱动调整滑台，第二伺服电机驱动曲轴，使上肘杆、中肘杆和下肘杆在冲压铅垂线非重叠共线，且上连杆和下连杆处于水平状态，该状态视为该肘杆机构的零点状态，肘杆机构从任意位置返回到零点状态称为回零过程；2)肘杆机构到达系统设定的最大冲压行程对应的上死点采用如下控制方案：第一伺服电机驱动调整滑台，使调整滑台远离冲压铅垂线，拉动上肘节偏离冲压铅垂线移动到对应位置，同时第二伺服电机驱动曲轴使曲轴上的曲柄颈与下连杆重叠共线，两台伺服电机完成各自运动后冲压滑块处于对应的上死点位置；该控制过程也称为上行空行程，运动过程中，两台伺服电机单独受控，且分别匀速运动，两者之间不存在协调关系；3)肘杆机构在冲压滑块的下行空行程采用如下控制方案：第一伺服电机驱动调整滑台，使调整滑台靠近冲压铅垂线，推动上肘节靠近并通过冲压铅垂线移动到对应位置，直至上肘杆与中肘杆到达非重叠共线，同时第二伺服电机驱动曲轴，拉动下肘节使之靠近冲压铅垂线，冲压滑块由于上、下肘节的向下运动分量而实现快速下行，直至快速靠近工件；运动过程中，两台伺服电机单独受控，且分别匀速运动，两者之间不存在协调关系；4)肘杆机构在冲压滑块的下行压制行程采用如下控制方案：第二伺服电机驱动曲轴，继续拉动下肘节使之靠近冲压铅垂线，直至中肘杆与下肘杆共线，同时第一伺服电机驱动调整滑台，使调整滑台靠近冲压铅垂线，拉动上肘节使之靠近冲压铅垂线，并使上肘杆与中肘杆保持非重叠共线，直至上肘杆、中肘杆和下肘杆在冲压铅垂线上达到非重叠共线，使冲压滑块到达下死点；运动过程中，两台伺服电机协调匀速运动，其中第二伺服电机为主电机，第一伺服电机为从电机，主电机匀速运动，从电机跟随主电机运动使上肘杆与中肘杆保持非重叠共线；5)肘杆机构通过控制两台伺服电机的转速和转向，在下行空行程、下行压制行程和上行空行程获得包含变速、暂停甚至后退的任意滑块运动。本专利技术的双肘节双电机并联驱动肘杆机构的控制方法，还包括如下内容：1）双肘节承载机构中的上肘杆调整块能沿冲压铅垂线调整高度，上肘杆绕第四销轴作摆动，中肘杆和下肘杆作兼有转动和移动的平面运动，冲压滑块在机架导轨上作直线往复运动；控制的关键是上肘节调整机构对上肘节的位置控制和下肘节驱动机构对下肘节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双肘节双电机并联驱动肘杆机构，其特征在于为两自由度并联机构，包括双肘节承载机构、上肘节调整机构、下肘节驱动机构，双肘节承载机构包括有两个肘节，上肘节调整机构和下肘节驱动机构分布在双肘节承载机构的同侧,上肘节调整机构及下肘节驱动机构分别通过驱动装置及传动机构与双肘节承载机构中的两个肘节连接，驱动双肘节承载机构中的两个肘节运动。

【技术特征摘要】
1.一种双肘节双电机并联驱动肘杆机构，其特征在于为两自由度并联机构，包括双肘节承载机构、上肘节调整机构、下肘节驱动机构，双肘节承载机构包括有两个肘节，上肘节调整机构和下肘节驱动机构分布在双肘节承载机构的同侧,上肘节调整机构及下肘节驱动机构分别通过驱动装置及传动机构与双肘节承载机构中的两个肘节连接，驱动双肘节承载机构中的两个肘节运动;所述上肘节调整机构的传动机构包括有滚珠丝杠、调整滑台、上连杆，第一伺服电机的输出轴与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠与调整滑台组成螺旋传动副，调整滑台置于导轨上，伺服电机输出轴的转动通过螺旋传动副转换为直线运动，使调整滑台沿导轨作往复直线移动，调整滑台通过第一销轴与上连杆的一端连接，上连杆的另一端通过第二销轴与上肘杆及中肘杆铰接，第一伺服电机是上肘节调整机构的输入段，上肘节是上肘节调整机构的输出端。2.根据权利要求1所述的双肘节双电机并联驱动肘杆机构，其特征在于所述上肘节调整机构的驱动装置是第一伺服电机，下肘节驱动机构的驱动装置是第二伺服电机。3.根据权利要求1所述的双肘节双电机并联驱动肘杆机构，其特征在于所述第一伺服电机通过联轴器与滚珠丝杠连接。4.根据权利要求1所述的双肘节双电机并联驱动肘杆机构，其特征在于所述调整滑台通过铰接连接板与上连杆连接，其中调整滑台与铰接连接板连接，铰接连接板通过第一销轴与上连杆的一端连接，调整滑台带动铰接连接板运动，铰接连接板带动上连杆运动，第一伺服电机是上肘节调整机构的输入段，上肘节是上肘节调整机构的输出端。5.根据权利要求2所述的双肘节双电机并联驱动肘杆机构，其特征在于所述下肘节驱动机构的传动机构包括有连接轴、小齿轮、大齿轮、曲轴和下连杆，第二伺服电机的输出轴与连接轴的一端连接，连接轴的另一端安装有制动器，连接轴上安装的小齿轮与曲轴上安装的大齿轮啮合，曲轴支承在机架上，下连杆的一端与曲轴上的曲柄颈连接，下连杆的另一端通过第三销轴与中肘杆及下肘杆连接；第二伺服电机是下肘节驱动机构的输入端，下肘节是下肘节驱动机构的输出端。6.根据权利要求1至5任一项所述的双肘节双电机并联驱动肘杆机构，其特征在于所述双肘节承载机构包括有上肘杆调整块、上肘杆、中肘杆、下肘杆、冲压滑块，上肘杆的一端通过第四销轴与上肘杆调整块铰接，上肘杆的另一端通过第二销轴与中肘杆的一端铰接构成上肘节，中肘杆的另一端通过第三销轴与下肘杆的一端铰接构成下肘节，下肘杆的另一端通过第五销轴与冲压滑块铰接，冲压滑块置于机架导轨中构成移动副；上肘杆调整块能沿铅垂方向调整高度，上肘杆绕第四销轴作摆动，中肘杆和下肘杆作兼有转动和移动的平面运动，冲压滑块在机架导轨上作直线往复运动。7.根据权利要求5所述的双肘节双电机并联驱动肘杆机构，其特征在于所述曲轴通过轴颈上装设的轴瓦支承在机架上。8.一种双肘节双电机并联驱动肘杆机构的控制方法，所述双肘节双电机并联驱动肘杆机构为两自由度并联机构，包括双肘节承载机构、上肘节调整机构、下肘节驱动机构，双肘节承载机构包括有两个肘节，上肘节调整机构和下肘节驱动机构分布在双肘节承载机构的同侧,上肘节调整机构及下肘节驱动机构分别通过驱动装置及传动机构与双肘节承载机构中的两个肘节连接，驱动双肘节承载机构中的两个肘节运动，所述双肘节承载机构包括有上肘杆调整块、上肘杆、中肘杆、下肘杆、冲压滑块，上肘杆的一端通过第四销轴与上肘杆调整块铰接，上肘杆的另一端通过第二销轴与中肘杆的一端铰接构成上肘节，中肘杆的另一端通过第三销轴与下肘杆的一端铰接构成下肘节，下肘杆的另一端通过第五销轴与冲压滑块铰接，冲压滑块置于机架导轨中构成移动副；上肘杆调整块能沿铅垂方向调整高度，上肘杆绕第四销轴作摆动，中肘杆和下肘杆作兼有转动和移动的平面运动，冲压滑块在机架导轨上作直线往复运动；其特征在于所述双肘节承载机构的第四销轴和第五销轴均处于铅垂线上，该铅垂线称为冲压铅垂线；上肘杆、中肘杆和下肘杆在冲压铅垂线上非重叠共线时的状态为该肘杆机构的下死点状态；双肘节双电机并联驱动肘杆机构的控制方法包括如下内容：1)肘杆机构回零时采用如下控制方案：第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建国，章争荣，孙友松，
申请(专利权)人：顺德职业技术学院，广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44