一种基于电子凸轮控制的牙刷植毛系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电子凸轮控制的牙刷植毛系统及方法。该牙刷植毛系统包括XY工作平台、主轴、信号采集模块和控制器。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。本发明专利技术提供了主轴进出同步控制区间时的合理速度变化曲线，使得主轴速度在同步控制区间和非同步控制区间之间平稳过渡，配合电子凸轮算法使XY工作平台的移动速度在孔与孔之间平稳过渡，抑制了XY工作平台停止时产生的振动，使得植毛过程更加精准，产品品质更高。质更高。质更高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电子凸轮控制的牙刷植毛系统及方法


[0001]本专利技术涉及伺服电机控制领域，更具体的说，本专利技术涉及一种电子凸轮的控制装置及方法。

技术介绍

[0002]随着国家经济水平的不断发展，人们越来越注重维护口腔健康。拥有坚固、洁白的牙齿是健康生活的保障，因此牙刷产品的需求量也与日俱增。全自动植毛机是一种给牙刷柄植毛的机电一体化设备，是牙刷生产过程中重要的工具。在传统的植毛机中，主轴和XY工作平台的配合采用机械凸轮方式，这需要传感器来触发信号，一方面会提高设备的制造成本，另一方面也可能发生由于传感器损坏或者机械凸轮位置偏移导致控制系统发生故障。
[0003]在控制方面，传统的植毛机为实现植毛的功能，其工作台及换毛机构都配有一个启动信号，当检测到启动信号上升沿时，控制系统会通过解析版型文件确定工作台及换毛机构移动的距离，然后根据速度规划的关键参数，规划相关机构的运动曲线，最后根据速度曲线驱动执行机构移动。该方法虽然能够实现任意移动距离的速度规划，但是不能保障速度曲线的执行时间。因此需要用户根据主轴转速和加工板型最大移动距离设置和力的速度规划参数，但实际上主轴转速与最大移动距离往往是变动的，这样就有可能出现相关机构的速度曲线与实际工况不匹配的情况。
[0004]除此之外，使用传统机械凸轮的植毛机的运行机构的移动速度是有级划分的，且在工作中速度是恒定的，同时为保证加工的效率，也需要较大的运行速度，所以在植毛这种高速、频繁启停的机构中，采用机械凸轮会产生较大的工作噪声和机械振动，降低植毛的品质。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题在于，针对传统植毛机在植毛过程中因主轴转速和移动距离的改变而需要频繁调整植毛机速度规划相关参数，提出一种更简洁、跟随性更好的电子凸轮控制装置及方法。
[0006]本专利技术提供一种基于电子凸轮控制的牙刷植毛系统，其包括XY工作平台、主轴、信号采集模块和控制器。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采集XY工作平台和主轴的位置。控制器用于XY工作平台和主轴运动。
[0007]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。
[0008]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：
[0009]Z
route
＝Z
stop
‑
Z
start
ꢀꢀꢀ
(1)
[0010]Z
movie
＝Z
now
‑
Z
start
ꢀꢀꢀ
(2)
[0011][0012]X
err
＝X
target
‑
X
now
ꢀꢀꢀ
(4)
[0013][0014]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。
[0015]作为优选，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：
[0016][0017]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；
[0018]加减速阶段的急动度数值Jerk的表达式如下：
[0019][0020]其中，V
m
为加减速的中间速度，其表达式为
[0021]主轴通过同步控制区间的时长T的表达式如下：
[0022][0023]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
[0024]作为优选，该牙刷植毛系统还包括触摸屏。触摸屏用于输入牙刷版型和伺服电机组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。
[0025]作为优选，所述的XY工作平台和主轴由伺服电机组驱动。伺服电机组包括X轴电
机、Y轴电机和主轴电机。XY工作平台由X轴电机和Y轴电机驱动进行二自由度水平移动；主轴由Z轴电机驱动进行竖直移动。
[0026]作为优选，所述的信号采集模块通过伺服电机编码器获取X轴电机、Y轴电机和主轴电机的位置信息，确定XY工作平台和主轴的位置。
[0027]基于电子凸轮控制的牙刷植毛系统的控制方法，具有如包括以下步骤：
[0028]步骤一：获取牙刷上各植毛孔坐标。
[0029]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。
[0030]步骤三：主轴开始运动，信号采集模块实时采集主轴和XY工作平台的位置信息并反馈给控制器。
[0031]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。
[0032]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。
[0033]本专利技术的有益效果为：
[0034]1、本专利技术提供的电子凸轮算法与主轴的运动控制方式相关程度极大，即XY工作平台的速度曲线和主轴的速度曲线相似；在此基础上，本专利技术提供了主轴进出同步控制区间时的合理速度变化曲线，使得主轴速度在同步控制区间和非同步控制区间之间平稳过渡，配合电子凸轮算法使XY工作平台的移动速度在孔与孔之间平稳过渡本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华，王超，吴杰，张与超，
申请(专利权)人：杭州墨攻科技有限公司，
类型：发明
国别省市：