一种基于数学模型的贴片机运动控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于数学模型的贴片机运动控制方法及系统，包括：获取工作头质心在横梁的位置、横梁沿侧向挤压滚珠的位移、横梁偏转角及工作头质心偏移水平位置的距离；根据上述获取的数据确定横梁质心在贴片机平台的位置以及工作头质心在贴片机平台的位置；根据位置确定横梁质心的速度以及工作头质心的速度；根据速度和横梁偏转角确定贴片机平台总能量；根据总能量利用拉格朗日方程确定动力学方程；获取工作头的静态摩擦曲线；根据静态摩擦曲线确定非线性摩擦力；根据动力学方程和非线性摩擦力构建贴片机运动的数学模型；根据数学模型对贴片机的运动进行控制。通过本发明专利技术的上述方法对贴片机的运动进行控制，能够提高贴片机贴装芯片的准确性。

A motion control method and system of SMT machine based on mathematical model

【技术实现步骤摘要】
一种基于数学模型的贴片机运动控制方法及系统
本专利技术涉及贴片控制
，特别是涉及一种基于数学模型的贴片机运动控制方法及系统。
技术介绍
贴片机是一种高速的芯片贴装设备，其基本性能应做到快、稳、准。快速性要求系统能够达到足够高的速度，然而在高速运动情况下，强机械耦合效应及导轨副部件柔性变形容易造成过度的耦合约束内力，使贴片机系统高速运动时控制效果变差，并进一步导致贴片机贴装芯片的准确性降低。因此，需要对贴片机的运动进行控制，以提高贴片机贴装芯片的准确性。现有技术中在对贴片机的运动进行控制时，主要是对横梁两端的驱动电机进行同步控制，虽然在一定程度上提高了贴片机贴装芯片的准确性，但是并未考虑到在高速运动情况下，强机械耦合效应及导轨副部件柔性变形造成的耦合约束内力，因此贴片机贴装芯片的准确性还有待提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于数学模型的贴片机运动控制方法及系统，通过考虑强机械耦合效应及耦合约束内力，对贴片机运动进行控制，以提高贴片机贴装芯片的准确性。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于数学模型的贴片机运动控制方法，所述贴片机运动控制方法包括：获取工作头质心在横梁的位置、所述横梁沿侧向挤压滚珠的位移、所述横梁偏转角以及工作头质心偏移水平位置的距离；根据所述工作头质心在横梁的位置、所述横梁沿侧向挤压滚珠的位移、所述横梁偏转角以及工作头质心偏移水平位置的距离，确定所述工作头质心在贴片机平台的位置；根据所述工作头质心在横梁的位置、所述横梁沿侧向挤压滚珠的位移以及所述横梁偏转角，确定所述横梁质心在贴片机平台的位置；根据所述横梁质心在贴片机平台的位置以及所述工作头质心在贴片机平台的位置确定所述横梁质心的速度以及所述工作头质心的速度；根据所述横梁质心的速度、所述工作头质心的速度和所述横梁偏转角确定贴片机平台总能量；根据所述贴片机平台总能量，利用拉格朗日方程确定贴片机平台的动力学方程；获取工作头的静态摩擦曲线；所述工作头的静态摩擦曲线为所述工作头匀速运动时所受摩擦力与速度的关系；根据所述工作头的静态摩擦曲线确定工作头的非线性摩擦力；根据所述动力学方程和所述工作头的非线性摩擦力，构建贴片机运动的数学模型；根据所述数学模型对所述贴片机的运动进行控制。可选的，所述根据所述工作头质心在横梁的位置、所述横梁沿侧向挤压滚珠的位移、所述横梁偏转角以及工作头质心偏移水平位置的距离，确定所述工作头质心在贴片机平台的位置，具体包括：根据公式xM2＝xcosα+βcosα+hsinα和yM2＝y+xsinα-hcosα确定所述工作头质心在贴片机平台的位置；其中，α为横梁偏转角，β为横梁沿侧向挤压滚珠的位移，h为工作头质心偏移水平位置的距离，(x,y)为工作头质心在横梁的位置，(xM2，yM2)为工作头质心在贴片机平台的位置。可选的，所述根据所述工作头质心在横梁的位置、所述横梁沿侧向挤压滚珠的位移以及所述横梁偏转角，确定所述横梁质心在贴片机平台的位置，具体包括：根据公式xM1＝βcosα和yM1＝y确定所述横梁质心在贴片机平台的位置；其中，α为横梁偏转角，β为横梁沿侧向挤压滚珠的位移，(xM1，yM1)为横梁质心在贴片机平台的位置。可选的，所述根据所述横梁质心的速度、所述工作头质心的速度和所述横梁偏转角确定贴片机平台总能量，具体包括：根据公式确定贴片机平台的动能；根据公式确定滚珠产生的弹性势能；根据公式E＝Ek-Ep确定贴片机平台总能量；其中，M1为横梁质量，M2为工作头及其负载的质量，JM1为横梁的转动惯量，JM2为工作头及其负载的转动惯量，Ek为贴片机平台的动能，Ep为滚珠产生的弹性势能，α为横梁偏转角，β为横梁沿侧向挤压滚珠的位移，vM1为横梁质量速度，vM2为工作头的速度，E为贴片机平台总能量，为α对时间的一阶导数，Kα为等效旋转刚度，Kβ为等效平移刚度。可选的，所述根据所述动力学方程和所述工作头的非线性摩擦力，构建贴片机运动的数学模型，具体包括：所述贴片机运动的数学模型为：其中，Mq为惯性矩阵，Cq为科氏力和向心力矩阵，Bq＝B0T0-1，B0为粘性系数矩阵，T0为转换矩阵，Kq为弹簧刚度矩阵，T为推力关系矩阵，Fm为驱动力矩阵，Δ为建模误差，为坐标q对时间的二阶导数，为坐标q对时间的一阶导数，Sf为非线性摩擦力，Aq为库伦摩擦力系数矩阵。一种基于数学模型的贴片机运动控制系统，所述贴片机运动控制系统包括：第一数据获取模块，用于获取工作头质心在横梁的位置、所述横梁沿侧向挤压滚珠的位移、所述横梁偏转角以及工作头质心偏移水平位置的距离；工作头质心位置确定模块，用于根据所述工作头质心在横梁的位置、所述横梁沿侧向挤压滚珠的位移、所述横梁偏转角以及工作头质心偏移水平位置的距离，确定所述工作头质心在贴片机平台的位置；横梁质心位置确定模块，用于根据所述工作头质心在横梁的位置、所述横梁沿侧向挤压滚珠的位移以及所述横梁偏转角，确定所述横梁质心在贴片机平台的位置；速度确定模块，用于根据所述横梁质心在贴片机平台的位置以及所述工作头质心在贴片机平台的位置确定所述横梁质心的速度以及所述工作头质心的速度；贴片机平台总能量确定模块，用于根据所述横梁质心的速度、所述工作头质心的速度和所述横梁偏转角确定贴片机平台总能量；动力学方程确定模块，用于根据所述贴片机平台总能量，利用拉格朗日方程确定贴片机平台的动力学方程；第二数据获取模块，用于获取工作头的静态摩擦曲线；所述工作头的静态摩擦曲线为所述工作头匀速运动时所受摩擦力与速度的关系；非线性摩擦力确定模块，用于根据所述工作头的静态摩擦曲线确定工作头的非线性摩擦力；数学模型构建模块，用于根据所述动力学方程和所述工作头的非线性摩擦力，构建贴片机运动的数学模型；控制模块，用于根据所述数学模型对所述贴片机的运动进行控制。可选的，所述工作头质心位置确定模块，具体包括：工作头质心在贴片机平台位置确定单元，用于根据公式xM2＝xcosα+βcosα+hsinα和yM2＝y+xsinα-hcosα确定所述工作头质心在贴片机平台的位置；其中，α为横梁偏转角，β为横梁沿侧向挤压滚珠的位移，h为工作头质心偏移水平位置的距离，(x,y)为工作头质心在横梁的位置，(xM2，yM2)为工作头质心在贴片机平台的位置。可选的，所述横梁质心位置确定模块，具体包括：横梁质心在贴片机平台位置确定单元，用于根据公式xM1＝βcosα和yM1＝y确定所述横梁质心在贴片机平台的位置；其中，α为横梁偏转角，β为横梁沿侧向挤压滚珠的位移，(xM1，yM1)为横梁质心在贴片机平台的位置。可选的，所述贴片机平台总能量确定模块，具体包括：贴片机平台动能确定单元，用于根据公式确定贴片机平台的动能；滚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数学模型的贴片机运动控制方法，其特征在于，所述贴片机运动控制方法包括：/n获取工作头质心在横梁的位置、所述横梁沿侧向挤压滚珠的位移、所述横梁偏转角以及工作头质心偏移水平位置的距离；/n根据所述工作头质心在横梁的位置、所述横梁沿侧向挤压滚珠的位移、所述横梁偏转角以及工作头质心偏移水平位置的距离，确定所述工作头质心在贴片机平台的位置；/n根据所述工作头质心在横梁的位置、所述横梁沿侧向挤压滚珠的位移以及所述横梁偏转角，确定所述横梁质心在贴片机平台的位置；/n根据所述横梁质心在贴片机平台的位置以及所述工作头质心在贴片机平台的位置确定所述横梁质心的速度以及所述工作头质心的速度；/n根据所述横梁质心的速度、所述工作头质心的速度和所述横梁偏转角确定贴片机平台总能量；/n根据所述贴片机平台总能量，利用拉格朗日方程确定贴片机平台的动力学方程；/n获取工作头的静态摩擦曲线；所述工作头的静态摩擦曲线为所述工作头匀速运动时所受摩擦力与速度的关系；/n根据所述工作头的静态摩擦曲线确定工作头的非线性摩擦力；/n根据所述动力学方程和所述工作头的非线性摩擦力，构建贴片机运动的数学模型；/n根据所述数学模型对所述贴片机的运动进行控制。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于数学模型的贴片机运动控制方法，其特征在于，所述贴片机运动控制方法包括：
获取工作头质心在横梁的位置、所述横梁沿侧向挤压滚珠的位移、所述横梁偏转角以及工作头质心偏移水平位置的距离；
根据所述工作头质心在横梁的位置、所述横梁沿侧向挤压滚珠的位移、所述横梁偏转角以及工作头质心偏移水平位置的距离，确定所述工作头质心在贴片机平台的位置；
根据所述工作头质心在横梁的位置、所述横梁沿侧向挤压滚珠的位移以及所述横梁偏转角，确定所述横梁质心在贴片机平台的位置；
根据所述横梁质心在贴片机平台的位置以及所述工作头质心在贴片机平台的位置确定所述横梁质心的速度以及所述工作头质心的速度；
根据所述横梁质心的速度、所述工作头质心的速度和所述横梁偏转角确定贴片机平台总能量；
根据所述贴片机平台总能量，利用拉格朗日方程确定贴片机平台的动力学方程；
获取工作头的静态摩擦曲线；所述工作头的静态摩擦曲线为所述工作头匀速运动时所受摩擦力与速度的关系；
根据所述工作头的静态摩擦曲线确定工作头的非线性摩擦力；
根据所述动力学方程和所述工作头的非线性摩擦力，构建贴片机运动的数学模型；
根据所述数学模型对所述贴片机的运动进行控制。


2.根据权利要求1所述的基于数学模型的贴片机运动控制方法，其特征在于，所述根据所述工作头质心在横梁的位置、所述横梁沿侧向挤压滚珠的位移、所述横梁偏转角以及工作头质心偏移水平位置的距离，确定所述工作头质心在贴片机平台的位置，具体包括：
根据公式xM2＝xcosα+βcosα+hsinα和yM2＝y+xsinα-hcosα确定所述工作头质心在贴片机平台的位置；
其中，α为横梁偏转角，β为横梁沿侧向挤压滚珠的位移，h为工作头质心偏移水平位置的距离，(x，y)为工作头质心在横梁的位置，(xM2，yM2)为工作头质心在贴片机平台的位置。


3.根据权利要求2所述的基于数学模型的贴片机运动控制方法，其特征在于，所述根据所述工作头质心在横梁的位置、所述横梁沿侧向挤压滚珠的位移以及所述横梁偏转角，确定所述横梁质心在贴片机平台的位置，具体包括：
根据公式xM1＝βcosα和yM1＝y确定所述横梁质心在贴片机平台的位置；
其中，α为横梁偏转角，β为横梁沿侧向挤压滚珠的位移，(xM1，yM1)为横梁质心在贴片机平台的位置。


4.根据权利要求1所述的基于数学模型的贴片机运动控制方法，其特征在于，所述根据所述横梁质心的速度、所述工作头质心的速度和所述横梁偏转角确定贴片机平台总能量，具体包括：
根据公式确定贴片机平台的动能；
根据公式确定滚珠产生的弹性势能；
根据公式E＝Ek-Ep确定贴片机平台总能量；
其中，M1为横梁质量，M2为工作头及其负载的质量，JM1为横梁的转动惯量，JM2为工作头及其负载的转动惯量，Ek为贴片机平台的动能，Ep为滚珠产生的弹性势能，α为横梁偏转角，β为横梁沿侧向挤压滚珠的位移，vM1为横梁质量速度，vM2为工作头的速度，E为贴片机平台总能量，为α对时间的一阶导数，Kα为等效旋转刚度，Kβ为等效平移刚度。


5.根据权利要求1所述的基于数学模型的贴片机运动控制方法，其特征在于，所述根据所述动力学方程和所述工作头的非线性摩擦力，构建贴片机运动的数学模型，具体包括：
所述贴片机运动的数学模型为：



其中，Mq为惯性矩阵，Cq为科氏力和向心力矩阵，Bq＝B0T0-1，B0为粘性系数矩阵，T0为转换矩阵，Kq为弹簧刚度矩阵，T为推力关系矩阵，Fm为驱动力矩阵，Δ为建模误差，为坐标q对时间的二阶导数，为坐标q对时间的一阶导数，Sf为非线性摩擦力，Aq为库伦摩擦力系数矩阵。


6.一种基于数学模型的贴...

【专利技术属性】
技术研发人员：高会军，孙维超，袁也清，潘惠惠，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23