CN113818108B - 一种基于混合驱动机构的分离罗拉驱动方法 - Google Patents

一种基于混合驱动机构的分离罗拉驱动方法 Download PDF

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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
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Abstract

本发明公开了一种基于混合驱动机构的分离罗拉驱动方法，该方法包括：基于分离罗拉的第一运动轨迹，获取运动轨迹的关键点，所述关键点包括倒转结束点，所述第一运动轨迹为预设模板运动轨迹；在混合驱动机构以第一工作模式工作时，对第一运动轨迹进行纵向分解，得到第一分运动轨迹和第二分运动轨迹，在混合驱动机构以第二工作模式工作时，对第一运动轨迹进行横向切分，以倒转结束点为界限拆分得到第一分运动轨迹和第二分运动轨迹；对第一分运动轨迹和第二分运动轨迹分别进行优化后分配给第一伺服电机和第二伺服电机，以驱动分离罗拉以第二运动轨迹运动。本发明实现伺服电机混合驱动分离罗拉，伺服电机运动性能更佳。

Description

一种基于混合驱动机构的分离罗拉驱动方法
技术领域
本发明涉及分离罗拉驱动技术领域，具体涉及一种基于混合驱动机构的分离罗拉驱动方法。
背景技术
为实现棉纤维丛分离结合工艺，分离罗拉传动机构的运动规律为倒转、正转、基本静止。目前采用连杆机构和行星轮系的组合机构的方法运动轨迹可调性差，且在高速时振动大。传统机构运动规律曲线并非分离结合过程中最佳工艺曲线。轨迹规划的目的是在满足工艺的前提下，使分离罗拉运动曲线具有更好的运动学特性和动力学特性。目前对分离罗拉运动轨迹研究主要有：以变速连杆机构作为差动轮系的输入机构，规划的轨迹和传统机构轨迹近似相同，但是采用两个变速连杆机构使传动复杂化，且不便于调整轨迹；设计采用双伺服电机驱动的差动轮系机构，对运动位移采用非线性优化函数优化，但是该位移曲线复杂，由于伺服电机自身性能的限制，并非任意的轨迹曲线都能实现。所以对混合驱动机构进行轨迹特性研究是非常必要的。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于混合驱动机构的分离罗拉驱动方法，通过分析分离结合过程中的工艺，得到分离罗拉运动的位移关键点，并设计差动轮系，根据差动轮系的运动规律提出第一工作模式和第二工作模式下的不同驱动方案，并规划出两种驱动方式对应的位移曲线。
具体的，本发明的一种基于混合驱动机构的分离罗拉驱动方法，所述混合驱动机构包括第一伺服电机和第二伺服电机，所述驱动方法包括：
基于分离罗拉的第一运动轨迹，获取运动轨迹的关键点，所述关键点包括倒转结束点，所述第一运动轨迹为预设模板运动轨迹；
在混合驱动机构以第一工作模式工作时，对第一运动轨迹进行纵向分解，得到第一分运动轨迹和第二分运动轨迹，在混合驱动机构以第二工作模式工作时，对第一运动轨迹进行横向切分，以倒转结束点为界限拆分得到第一分运动轨迹和第二分运动轨迹；
对第一分运动轨迹和第二分运动轨迹分别进行优化后分配给第一伺服电机和第二伺服电机，以驱动分离罗拉以第二运动轨迹运动。
在一种可能的实现方式中，所述对第一运动轨迹进行纵向分解，得到第一分运动轨迹和第二分运动轨迹，包括：
在混合驱动机构以第一工作模式工作时，对第一运动轨迹的位移-分度曲线上每个分度上的位移分解成第一分运动轨迹位移和第二分运动轨迹位移；
得到全部分度上的第一分运动轨迹和第二分运动轨迹。
在一种可能的实现方式中，所述对第一分运动轨迹和第二分运动轨迹分别进行优化，包括：
在混合驱动机构以第一工作模式工作时：
获取第一分运动轨迹和第二分运动轨迹上的所述关键点，生成第一分运动轨迹关键点坐标集和第二分运动轨迹关键点坐标集；
基于第一分运动轨迹关键点坐标集拟合优化第一分运动轨迹，基于第二分运动轨迹关键点坐标集拟合优化第二分运动轨迹。
在一种可能的实现方式中，所述基于第一分运动轨迹关键点坐标集拟合优化第一分运动轨迹，基于第二分运动轨迹关键点坐标集拟合优化第二分运动轨迹，采用三次样条插值法。
在一种可能的实现方式中，所述采用三次样条插值法拟合优化第一分运动轨迹，包括：
遍历第一分运动轨迹上点的曲率，根据曲率变化对第一分运动轨迹进行分段；
对于分段运动轨迹提取曲线特征参数，基于曲线特征参数通过插值点预测模型获取所述分段运动轨迹上在所述关键点基础上待补充的子关键点数量；
基于每个分段运动轨迹上的待补充的子关键点数量，通过粒子群算法确定每个子关键点在每个分段运动轨迹上的位置；
基于每个分段运动轨迹上的原有关键点和补充后的子关键点进行三次样条插值法。
在一种可能的实现方式中，所述对第一运动轨迹进行横向切分，以倒转结束点为界限拆分得到第一分运动轨迹和第二分运动轨迹，包括：
在混合驱动机构以第二工作模式工作时，对第一运动轨迹的位移-分度曲线以倒转结束点对应的分度的左、右两侧的位移-分度曲线分别作为第一分运动轨迹和第二分运动轨迹。
在一种可能的实现方式中，所述基于第一分运动轨迹关键点坐标集拟合优化第一分运动轨迹，基于第二分运动轨迹关键点坐标集拟合优化第二分运动轨迹，采用s加减速曲线算法。
在一种可能的实现方式中，所述采用s加减速曲线算法拟合优化第一/二分运动轨迹，包括：
基于第一分运动轨迹关键点坐标集的最后一个关键点和第二分运动轨迹关键点坐标集的第一个关键点的坐标点中点为中心位置，将中心位置右侧m个关键点坐标添加到第一分运动轨迹关键点坐标集中，将中心位置左侧n个关键点坐标添加到第二分运动轨迹关键点坐标集中，得到具有m+n个重合关键坐标点的第一分运动轨迹关键点坐标集和第二分运动轨迹关键点坐标集；
基于具有m+n个重合关键坐标点的第一分运动轨迹关键点坐标集采用s加减速曲线算法拟合第一分运动轨迹，基于具有m+n个重合关键坐标点的第二分运动轨迹关键点坐标集采用s加减速曲线算法拟合第二分运动轨迹；
基于拟合的第一分运动轨迹中m+n个重合关键点中的前a个重合关键点位置对拟合的第二分运动轨迹中的前a个关键点位置进行优化，a小于等于m+n；
基于第二分运动轨迹中的前a个关键点的优化后的位置参数，重新采用s加减速曲线算法拟合具有m+n个重合关键坐标点的第二分运动轨迹。
在一种可能的实现方式中，所述基于拟合的第一分运动轨迹中m+n个重合关键点中的前a个重合关键点位置对拟合的第二分运动轨迹中的前a个关键点位置进行优化，包括：
基于拟合的第一分运动轨迹中m+n个重合关键点中的前a个重合关键点中的前b个重合关键点的坐标位置替换拟合的第二分运动轨迹中的前a个重合关键点中的前b个重合关键点的坐标位置；
对于拟合的第二分运动轨迹中的后a-b个重合关键点的坐标位置保持不变。
在一种可能的实现方式中，所述基于拟合的第一分运动轨迹中m+n个重合关键点中的前a个重合关键点位置对拟合的第二分运动轨迹中的前a个关键点位置进行优化，包括：
基于拟合的第一分运动轨迹中m+n个重合关键坐标点中的前a个重合关键点中的前b个重合关键点的坐标位置替换拟合的第二分运动轨迹中的前a个重合关键点中的前b个重合关键点的坐标位置；
基于拟合的第一分运动轨迹中m+n个重合关键坐标点中的前a个重合关键点中的后a-b个重合关键点的坐标位置和拟合的第二分运动轨迹中的前a个重合关键点中的后a-b个重合关键点的坐标位置进行均值融合，获取第二分运动轨迹中m+n个重合关键点中的后a-b个重合关键点的坐标位置。
本发明的一种基于混合驱动机构的分离罗拉驱动方法，具备如下有益效果：
通过分析分离结合过程中的工艺，得到分离罗拉运动的位移关键点，并设计差动轮系，根据差动轮系的运动规律提出第一工作模式和第二工作模式下的不同驱动方案，采用混合驱动机构对分离罗拉高速正反转运动进行分解，第一工作模式的驱动方案采用三次样条插值算法，第二工作模式的驱动方案采用s加减速曲线算法，实现伺服电机混合驱动分离罗拉。实验结果表明，第二工作模式的驱动方案的有效输出量优于第一工作模式的驱动方案，第一工作模式的驱动方案的伺服电机的动态性能优于第二工作模式的驱动方案，混合驱动机构的两种工作模式的驱动方案均能够满足分离结合工艺参数要求
附图说明
图1是分离结合工艺中分离罗拉的位移-分度曲线示意图；
图2是本申请实施例中基于混合驱动机构的分离罗拉驱动方法流程图；
图3是本申请实施例中第一工作模式下拟合优化第一分运动轨迹的方法流程图；
图4是本申请实施例中第二工作模式下拟合优化第一和第二分运动轨迹的方法流程图；
图5-1、5-2、5-3分别是第一工作模式驱动方案对应的分离罗拉的位移-分度曲线、速度-分度曲线、加速度-分度曲线示意图；
图6-1是本申请实施例中第二工作模式驱动方案中第一分运动轨迹的加减速曲线运动规律示意图；
图6-2是本申请实施例中第二工作模式驱动方案中第二分运动轨迹的加减速曲线运动规律示意图；
图7-1、7-2分别是本申请实施例中第二工作模式驱动方案对应的第一分运动轨迹的位移-分度曲线、速度-分度曲线；
图7-3、7-4分别是本申请实施例中第二工作模式驱动方案对应的第二分运动轨迹的位移-分度曲线、速度-分度曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本发明的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种基于混合驱动机构的分离罗拉驱动方法，所述混合驱动机构包括第一伺服电机和第二伺服电机，包括：
基于分离罗拉的第一运动轨迹，获取运动轨迹的关键点，所述关键点包括倒转结束点即正转起始点，所述第一运动轨迹为预设模板运动轨迹；
在混合驱动机构以第一工作模式工作时，对第一运动轨迹进行纵向分解，得到第一分运动轨迹和第二分运动轨迹，在混合驱动机构以第二工作模式工作时，对第一运动轨迹进行横向切分，以倒转结束点为界限拆分得到第一分运动轨迹和第二分运动轨迹；
对第一分运动轨迹和第二分运动轨迹分别进行优化后分配给第一伺服电机和第二伺服电机，以驱动分离罗拉以第二运动轨迹运动，所述第二运动轨迹是基于第一分运动轨迹和第二分运动轨迹合并得到的优于预设模板运动轨迹的运动轨迹。
所述分离罗拉的预设模板运动轨迹，是在满足分离结合工艺要求下分离罗拉的运动轨迹曲线，为了获取在在满足工艺的前提下，具有更好的运动学特性和动力学特性的分离罗拉运动曲线，将模板运动轨迹采用两种分解方式获取分运动轨迹，对每个分运动轨迹分别进行运动曲线优化，并考虑两个分运动轨迹曲线的融合对整个分离罗拉运动曲线的运动学特性和动力学特性的影响，使得对每个分运动轨迹进行融合后得到的分离罗拉运动曲线具有最佳的运动学特性和动力学特性。
分离结合工艺主要是将梳理过的纤维从须丛中分离，与上一循环阶段形成的棉纤维搭接，并将棉网持续输出。在满足分离结合工艺要求下分离罗拉的运动轨迹曲线，如图1所示，具体过程为：以F0分度作为分离罗拉倒转时间起点，Fb为前段倒转量分度点，至Fd分度分离罗拉倒转位移为Sd。Fd分度为分离罗拉顺转定时,Ff分度至Fs分度为分离结合过程，Fs分度至Fj分度为分离罗拉的继续顺转时间。分离罗拉正转位移为Sz。之后分离罗拉开始静止进入分离结合准备阶段。直到F0分度时进入下一个工作周期。
在第一工作模式工作时，每个时刻第一伺服电机和第二伺服电机同时工作，每个伺服电机在驱动分离罗拉过程中提供部分运动位移，两个伺服电机提供的运动轨迹叠加作为分离罗拉的实际运动轨迹。
在第二工作模式工作时，同一时刻第一伺服电机和第二伺服电机只有一个工作，具体的，可以在分离罗拉的第一运动轨迹中的反向运动轨迹中由第一伺服电机驱动，在分离罗拉的第一运动轨迹中的正向运动轨迹中由第二伺服电机驱动，在分离罗拉的第一运动轨迹中的静止过程中，两个伺服电机均制动。
进一步的，上述对第一运动轨迹进行纵向分解，得到第一分运动轨迹和第二分运动轨迹，包括：
在混合驱动机构以第一工作模式工作时，对第一运动轨迹的位移-分度曲线上每个分度上的位移分解成第一分运动轨迹位移和第二分运动轨迹位移，以使每个分度的第一运动轨迹位移和第二分运动轨迹位移相加与第一运动轨迹上所述分度上的位移一致；
得到全部分度上的第一分运动轨迹和第二分运动轨迹。
具体的，本申请实施例中，对第一运动轨迹的位移-分度曲线上每个分度上的位移均分为第一分运动轨迹位移和第二分运动轨迹位移，即获得的第一分运动轨迹和第二分运动轨迹相同。
进一步的，上述对第一分运动轨迹和第二分运动轨迹分别进行优化，包括：
在混合驱动机构以第一工作模式工作时：
获取第一分运动轨迹和第二分运动轨迹上的所述关键点，生成第一分运动轨迹关键点坐标集和第二分运动轨迹关键点坐标集；
基于第一分运动轨迹关键点坐标集拟合优化第一分运动轨迹，基于第二分运动轨迹关键点坐标集拟合优化第二分运动轨迹。
进一步的，上述基于第一分运动轨迹关键点坐标集拟合优化第一分运动轨迹，基于第二分运动轨迹关键点坐标集拟合优化第二分运动轨迹，采用插值算法，进一步的采用三次样条插值法。
考虑到由伺服电机驱动分离罗拉时伺服电机输出运动轨迹的平滑性和伺服电机的可控性，本申请中对于第一工作模式下的第一分运动轨迹和第二分运动轨迹拟合优化采用插值算法，进一步选择三次样条插值法。
进一步的，上述采用三次样条插值法拟合优化第一分运动轨迹，包括：
遍历第一分运动轨迹上点的曲率，根据曲率变化对第一分运动轨迹进行分段；
对于分段运动轨迹提取曲线特征参数，基于曲线特征参数通过插值点预测模型获取所述分段运动轨迹上在所述关键点基础上待补充的子关键点数量；
基于每个分段运动轨迹上的待补充的子关键点数量，通过粒子群算法确定每个子关键点在每个分段运动轨迹上的位置；
基于每个分段运动轨迹上的原有关键点和补充后的子关键点进行三次样条插值法。
上述采用三次样条插值法拟合优化第二分运动轨迹的方法与上述合优化第一分运动轨迹的方法相同，在此不再赘述。
例如，根据分离罗拉的第一运动轨迹的特性，在经过第15分度的关键点位置时曲率较大，对应的，可以根据曲率值大于预设曲率阈值的条件分离出包含第15分度关键点位置在内的一个分段运动轨迹，其它分段运动轨迹的获取方法类似。
进一步的，上述根据曲率变化对第一分运动轨迹进行分段，包括：
基于每个关键点位置的曲率确定与所述关键点位置对应的曲率容许区间；
根据所述关键点位置对应的曲率容许区间，获取包含所述关键点位置在内的一个分段运动轨迹，所述分段运动轨迹的曲率在所述曲率容许区间内。
具体的，本申请实施例中，以每个关键点位置为基础，以关键点的曲率的曲率容许区间获取所述曲率容许区间对应的曲线段作为一个分段运动轨迹，即一个分段运动轨迹中的每个位置的曲率值都在关键点的曲率的邻域范围内。进而以一个分段运动轨迹为目标分析每个分段运动轨迹中需要补充的子关键点数量和子关键点位置。以实现在不同曲率范围区间的分段运动轨迹中采用不同的子关键点数量和位置补充方法。
进一步的，上述对于分段运动轨迹提取曲线特征参数，基于曲线特征参数通过插值点预测模型获取所述分段运动轨迹上在所述关键点基础上待补充的子关键点数量，包括：
根据数据库中的待拟合曲线，获取每个待拟合曲线的曲线特征参数以及拟合结果符合预设拟合结果的插值点个数；
基于所述每个待拟合曲线的曲线特征参数和插值点个数作为训练样本，对神经网络模型进行训练，训练完成得到插值点预测模型；
基于分段运动轨迹的曲线特征参数，通过插值点预测模型，获取与所述分段运动轨迹对应的插值点个数，即所述分段运动轨迹上在所述关键点基础上待补充的子关键点数量。
进一步的，上述对于分段运动轨迹提取曲线特征参数，包括但不限于曲率值均值、曲率值峰值、最大值、最小值。
进一步的，上述基于每个分段运动轨迹上的待补充的子关键点数量，通过粒子群算法确定每个子关键点在每个分段运动轨迹上的位置，包括：
(1)初始化粒子群，以每个分段运动轨迹上的子关键点在所述分段运动轨迹上的位置作为一个粒子，确定每个粒子的初始位置和初始速度；
(2)计算粒子群中每个粒子的适应度函数，获取截止到当代的每个粒子的最优适应度函数记录对应的粒子位置以及截止到当代的所有粒子的最优适应度函数记录对应的粒子位置；
(3)在迭代次数未达到预设最大迭代次数的情况下，基于粒子的速度和位移速度更新公式更新粒子位置和速度，回到步骤(2)；
(4)获取迭代次数达到预设最大迭代次数时，截止到当代的所有粒子的最优适应度函数记录对应的粒子位置，确定每个分段运动轨迹上的子关键点在所述分段运动轨迹上的位置。
具体的，其中粒子的适应度函数包括：第一函数，用于表征基于该粒子位置拟合的分段运动轨迹与原分段运动轨迹的距离，第二函数，用于表征基于该粒子位置拟合的分段运动轨迹的平滑度，第三函数，用于表征基于该粒子位置拟合的分段运动轨迹的稳定度，其中第一函数采用基于该粒子位置拟合的分段运动轨迹上的多个点和原分段运动轨迹对应的多个点之间距离的平方和确定，第二函数基于拟合的分段运动轨迹上多个点的平均曲率确定，第三函数基于拟合的分段运动轨迹上极值点的个数确定。
在本申请实施例中，在第二工作模式下，对第一运动轨迹进行横向切分，以倒转结束点为界限拆分得到第一分运动轨迹和第二分运动轨迹，包括：
在混合驱动机构以第二工作模式工作时，对第一运动轨迹的位移-分度曲线以倒转结束点对应的分度的左、右两侧的位移-分度曲线分别作为第一分运动轨迹和第二分运动轨迹。
具体的，本申请实施例中，在第二工作模式工作时，在分离罗拉的第一运动轨迹中的反向运动轨迹中由第一伺服电机驱动，在分离罗拉的第一运动轨迹中的正向运动轨迹中由第二伺服电机驱动，在分离罗拉的第一运动轨迹中的静止过程中，两个伺服电机均制动。
进一步的，上述基于第一分运动轨迹关键点坐标集拟合优化第一分运动轨迹，基于第二分运动轨迹关键点坐标集拟合优化第二分运动轨迹，采用s加减速曲线算法。
具体的，本申请实施例中，考虑到分离结合过程工作循环周期短，完全实现s加减速对伺服电机要求高，因此分离罗拉驱动设计方案需保证加速度连续变化，避免加速度突变造成的振动，保证棉丛分离结合质量。
进一步的，上述采用s加减速曲线算法拟合优化第一/二分运动轨迹，包括：
基于第一分运动轨迹关键点坐标集的最后一个关键点和第二分运动轨迹关键点坐标集的第一个关键点的坐标点中点为中心位置，将中心位置右侧m个关键点坐标添加到第一分运动轨迹关键点坐标集中，将中心位置左侧n个关键点坐标添加到第二分运动轨迹关键点坐标集中，得到具有m+n个重合关键坐标点的第一分运动轨迹关键点坐标集和第二分运动轨迹关键点坐标集；
基于具有m+n个重合关键坐标点的第一分运动轨迹关键点坐标集采用s加减速曲线算法拟合第一分运动轨迹，基于具有m+n个重合关键坐标点的第二分运动轨迹关键点坐标集采用s加减速曲线算法拟合第二分运动轨迹；
基于拟合的第一分运动轨迹中m+n个重合关键点中的前a个重合关键点位置对拟合的第二分运动轨迹中的前a个关键点位置进行优化，a小于等于m+n；
基于第二分运动轨迹中的前a个关键点的优化后的位置参数，重新采用s加减速曲线算法拟合具有m+n个重合关键坐标点的第二分运动轨迹。
具体的，本申请实施例中，考虑到在第二工作模式下，第一分运动轨迹和第二分运动轨迹之间的连接阶段要保证其整体运动轨迹的平稳，在对第一分运动轨迹和第二分运动轨迹进行驱动轨迹规划时，以对第一运动轨迹进行横向切分，以倒转结束点为界限拆分得到第一分运动轨迹和第二分运动轨迹为基础，将第一分运动轨迹的末端和第二分运动轨迹的起始端延伸，以使得延伸后的第一分运动轨迹的末端和第二分运动轨迹的起始端具有m+n个重合关键坐标点，可以理解，其中m和n的值小于上述基于分离罗拉的第一运动轨迹，获取运动轨迹的关键点的步骤中的关键点个数。进一步，基于对具有m+n个重合关键坐标点的第一分运动轨迹拟合后，得到拟合后第一分运动轨迹上对应的m+n个关键点的运动轨迹参数，基于对具有m+n个重合关键坐标点的第二分运动轨迹拟合后，得到拟合后第二分运动轨迹上对应的m+n个关键点的运动轨迹参数，基于第一分运动轨迹和第二分运动轨迹之间的连接处的平稳性考虑，可以将对拟合后的第一分运动轨迹对应的m+n个关键点坐标和拟合后的第二分运动轨迹对应的m+n个关键点坐标进行融合优化，以基于融合优化后的m+n个关键点坐标再次拟合具有m+n个重合关键坐标点的第二分运动轨迹。
进一步的，上述基于拟合的第一分运动轨迹中m+n个重合关键点中的前a个重合关键点位置对拟合的第二分运动轨迹中的前a个关键点位置进行优化，包括：
基于拟合的第一分运动轨迹中m+n个重合关键点中的前a个重合关键点中的前b个重合关键点的坐标位置替换拟合的第二分运动轨迹中的前a个重合关键点中的前b个重合关键点的坐标位置；
对于拟合的第二分运动轨迹中的后a-b个重合关键点的坐标位置保持不变。
具体的，在一种实施方式中，在拟合后的第一分运动轨迹中的m+n个重合关键点和拟合后的第二分运动轨迹中的m+n个重合关键点中，对第二分运动轨迹起始端的若干个关键点位置以第一分运动轨迹末端对应的若干个关键点位置代替，并对第二分运动轨迹重新拟合，以保证第一分运动轨迹末端和第二分运动轨迹起始端的平滑连接。
进一步的，上述基于拟合的第一分运动轨迹中m+n个重合关键点中的前a个重合关键点位置对拟合的第二分运动轨迹中的前a个关键点位置进行优化，包括：
基于拟合的第一分运动轨迹中m+n个重合关键坐标点中的前a个重合关键点中的前b个重合关键点的坐标位置替换拟合的第二分运动轨迹中的前a个重合关键点中的前b个重合关键点的坐标位置；
基于拟合的第一分运动轨迹中m+n个重合关键坐标点中的前a个重合关键点中的后a-b个重合关键点的坐标位置和拟合的第二分运动轨迹中的前a个重合关键点中的后a-b个重合关键点的坐标位置进行均值融合，获取第二分运动轨迹中m+n个重合关键点中的后a-b个重合关键点的坐标位置。
具体的，在一种实施方式中，在拟合后的第一分运动轨迹中的m+n个重合关键点和拟合后的第二分运动轨迹中的m+n个重合关键点中，对第二分运动轨迹起始端的若干个关键点位置以第一分运动轨迹末端对应的若干个关键点位置代替，并对第二分运动轨迹重新拟合，以保证第一分运动轨迹末端和第二分运动轨迹起始端的平滑连接。并对第二分运动轨迹的m+n个重合关键点中的其它a-b个重合关键点融入第二分运动轨迹中对应的重合关键点的坐标位置参数，以使得用于再次拟合第二分运动轨迹时采用的m+n个重合关键点中的后a-b个重合关键点的坐标位置既保留了第二分运动轨迹起始端的运动特征，又融合了第一分运动轨迹末端的运动运动特征。
假定所纺纤维长度为30mm，可设计运动过程为：标定6分度倒转开始，前段倒转量分度点为11分度，位移为16mm。至15分度分离罗拉倒转结束，倒转位移为45mm。15分度至31分度为顺转时间，15-18分度的位移为15mm，18分度至24分度进入分离结合阶段。分离罗拉继续顺转量分度点为31分度，继续顺转位移为20mm，31-6分度保持静止。因此可确定如下关键工艺点坐标(6，0)、(11，-16)、(15，-45)、(18，-30)、(24，7)、(31，27)。
对于上述第一工作模式下的分离罗拉驱动轨迹规划方法，包括：
假定三次样条插值算法的插值点坐标为(x0,y0),(x1,y1),(x2,y2)……(xn,yn)
1.计算步长hi＝xi+1-xi；
2.将步长数据节点和初始速度、加速度条件带入矩阵方程:
Figure BDA0003278255530000111
3.解矩阵方程，求得二次微分值mi
4.计算样条曲线的系数：
ai＝yi
Figure BDA0003278255530000112
Figure BDA0003278255530000113
Figure BDA0003278255530000114
5，在每个子区间xi≤x≤xi+1中，函数表达式为：
fi(x)＝ai+bi(x-xi)+ci(x-xi)2+di(x-xi)3
将插值点坐标代入函数表达式，可得第一工作模式下的拟合优化后的第一分运动轨迹和第二分运动轨迹，对应的，第一工作模式下驱动方案对应的分离罗拉的位移-分度曲线、速度-分度曲线、加速度-分度曲线如图5-1、5-2、5-3所示。
对于上述第二工作模式下的分离罗拉驱动轨迹规划方法，包括：
在分离罗拉倒转阶段，即6分度-15分度阶段，如图6-1所示，6-11分度设计为加减速运动，实现分离罗拉前段倒转量。11-15分度分离罗拉速度逐渐降为为0，因此将11-13.5分度加加速运动，13.5-15分度减加速运动。运动规律可表示为：
a1＝j1T1 (3)
a2＝j1T1+j2T2 (4)
Figure BDA0003278255530000121
Figure BDA0003278255530000122
Figure BDA0003278255530000123
Figure BDA0003278255530000124
Figure BDA0003278255530000125
Figure BDA0003278255530000126
Figure BDA0003278255530000127
式中：Ti为各阶段运行时间，Ti＝ti+1-ti；ji为各阶段时刻对应的跃度，ai为各阶段时刻对应的加速度，vi为各阶段时刻对应的速度，si为各阶段时刻对应的位移。
根据式(10)可以求出j1，v3为分离罗拉倒转结束时的速度v3＝0，根据式(3)-(9)，可求出j2、j3。根据式(12)可求s3，对应的，第二工作模式下驱动方案对应的第一分运动轨迹的位移-分度曲线、速度-分度曲线如图7-1、7-2所示。
在分离罗拉正转阶段，即15分度-31分度阶段，如图6-2所示，为满足分离牵伸要求，分离罗拉在18分度的速度要大于钳板速度，因此15-16分度为加加速运动，16-17分度为匀加速运动，17-18分度为减加速运动，保证速度持续增大；18-24分度为分离结合时间，此时钳板运动逐渐减慢，因此该段设计为加减速运动；24-31分度的位移为继续顺转量，分离罗拉速度逐渐将为0，因此设计为减减速运动。运动规律可表示为：
a1＝j1T1 (13)
a2＝j3T4 (14)
Figure BDA0003278255530000131
v2＝v1+a1T2 (16)
Figure BDA0003278255530000132
Figure BDA0003278255530000133
Figure BDA0003278255530000134
Figure BDA0003278255530000135
Figure BDA0003278255530000136
Figure BDA0003278255530000137
Figure BDA0003278255530000138
Figure BDA0003278255530000139
限定条件：j1＝j2，j3＝j4 (25)
s3为分离结合开始的位移，根据式(13)-(16)、(20)-(22)可以求出j1，v5为分离罗拉倒转时的速度，v5＝0根据式(13)-(19)，可求出j3。根据式(24)可求s5。对应的，第二工作模式下驱动方案对应的第一分运动轨迹的位移-分度曲线、速度-分度曲线如图7-3、7-4所示。
获取上述第一和第二工作模式下的分离罗拉驱动轨迹规划结果的工艺参数、分离结合过程速度变化、分离罗拉运动特性参数分别如下表1、表2、表3所示：
表1工艺参数
Figure BDA0003278255530000141
表2分离结合过程速度变化
Figure BDA0003278255530000142
表3分离罗拉运动特性
Figure BDA0003278255530000143
由表1可知，与第一工作模式驱动方案相比，第二工作模式驱动方案的倒转量减少2mm，分离结合长度增加12.7mm，顺转量增加6.3mm，有效输出长度增加1.3mm。第二工作模式驱动方案的继续顺转量增加7.6mm。因此第二工作模式驱动方案较适合精梳长纤维。第一工作模式驱动方案更有利于叠合棉网的层数，使输出棉网的均匀度更好。两种驱动方式的继续顺转量均小于纤维长度，保证了下一分离结合工作的进行。
分离结合开始时，若分离罗拉的转速小于钳板的摆速，则棉丛与分离罗拉易发生碰撞从而产生弯钩等质量问题。因此在18-24分度分离罗拉速度应逐渐降低，以便提高输出棉网的均匀度。由表2可知：在此时段第二工作模式驱动方案的速度较高，分离牵伸倍数均值明显高于第一工作模式驱动方案。
由表3可知，相较于第二工作模式驱动方案，第一工作模式驱动方案加速度峰值降低了22％，具有更好的电机动态性能。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于混合驱动机构的分离罗拉驱动方法，所述混合驱动机构包括第一伺服电机和第二伺服电机，其特征在于，包括：
基于分离罗拉的第一运动轨迹，获取运动轨迹的关键点，所述关键点包括倒转结束点，所述第一运动轨迹为预设模板运动轨迹；
在混合驱动机构以第一工作模式工作时，对第一运动轨迹进行纵向分解，得到第一分运动轨迹和第二分运动轨迹，在混合驱动机构以第二工作模式工作时，对第一运动轨迹进行横向切分，以倒转结束点为界限拆分得到第一分运动轨迹和第二分运动轨迹；
对第一分运动轨迹和第二分运动轨迹分别进行优化后分配给第一伺服电机和第二伺服电机，以驱动分离罗拉以第二运动轨迹运动，在第一工作模式工作时，每个时刻第一伺服电机和第二伺服电机同时工作，在第二工作模式工作时，同一时刻第一伺服电机和第二伺服电机只有一个处于工作状态；
所述对第一运动轨迹进行纵向分解，得到第一分运动轨迹和第二分运动轨迹，包括：
在混合驱动机构以第一工作模式工作时，对第一运动轨迹的位移-分度曲线上每个分度上的位移分解成第一分运动轨迹位移和第二分运动轨迹位移；
得到全部分度上的第一分运动轨迹和第二分运动轨迹；
所述对第一运动轨迹进行横向切分，以倒转结束点为界限拆分得到第一分运动轨迹和第二分运动轨迹，包括：
在混合驱动机构以第二工作模式工作时，对第一运动轨迹的位移-分度曲线以倒转结束点对应的分度的左、右两侧的位移-分度曲线分别作为第一分运动轨迹和第二分运动轨迹；
所述对第一分运动轨迹和第二分运动轨迹分别进行优化，包括：
在混合驱动机构以第一工作模式工作时：
获取第一分运动轨迹和第二分运动轨迹上的关键点，生成第一分运动轨迹关键点坐标集和第二分运动轨迹关键点坐标集；
基于第一分运动轨迹关键点坐标集采用三次样条插值法拟合优化第一分运动轨迹，基于第二分运动轨迹关键点坐标集采用三次样条插值法拟合优化第二分运动轨迹；
在混合驱动机构以第二工作模式工作时：获取第一分运动轨迹和第二分运动轨迹上的关键点，生成第一分运动轨迹关键点坐标集和第二分运动轨迹关键点坐标集；
基于第一分运动轨迹关键点坐标集的最后一个关键点和第二分运动轨迹关键点坐标集的第一个关键点的坐标点中点为中心位置，将中心位置右侧m个关键点坐标添加到第一分运动轨迹关键点坐标集中，将中心位置左侧n个关键点坐标添加到第二分运动轨迹关键点坐标集中，得到具有m+n个重合关键点坐标的第一分运动轨迹关键点坐标集和第二分运动轨迹关键点坐标集；
基于具有m+n个重合关键点坐标的第一分运动轨迹关键点坐标集采用s加减速曲线算法拟合第一分运动轨迹，基于具有m+n个重合关键点坐标的第二分运动轨迹关键点坐标集采用s加减速曲线算法拟合第二分运动轨迹；
基于拟合的第一分运动轨迹中m+n个重合关键点中的前a个重合关键点位置对拟合的第二分运动轨迹中的前a个关键点位置进行优化，a小于等于m+n；
基于第二分运动轨迹中的前a个关键点的优化后的位置参数，重新采用s加减速曲线算法拟合具有m+n个重合关键点坐标的第二分运动轨迹。
2.根据权利要求1所述的一种基于混合驱动机构的分离罗拉驱动方法，其特征在于，所述采用三次样条插值法拟合优化第一分运动轨迹，包括：
遍历第一分运动轨迹上点的曲率，根据曲率变化对第一分运动轨迹进行分段；
对于分段运动轨迹提取曲线特征参数，基于曲线特征参数通过插值点预测模型获取所述分段运动轨迹上在所述关键点基础上待补充的子关键点数量；
基于每个分段运动轨迹上的待补充的子关键点数量，通过粒子群算法确定每个子关键点在每个分段运动轨迹上的位置；
基于每个分段运动轨迹上的原有关键点和补充后的子关键点进行三次样条插值法。
3.根据权利要求1所述的一种基于混合驱动机构的分离罗拉驱动方法，其特征在于，所述基于拟合的第一分运动轨迹中m+n个重合关键点中的前a个重合关键点位置对拟合的第二分运动轨迹中的前a个关键点位置进行优化，包括：
基于拟合的第一分运动轨迹中m+n个重合关键点中的前a个重合关键点中的前b个重合关键点的坐标位置替换拟合的第二分运动轨迹中的前a个重合关键点中的前b个重合关键点的坐标位置；
对于拟合的第二分运动轨迹中的后a-b个重合关键点的坐标位置保持不变。
4.根据权利要求1所述的一种基于混合驱动机构的分离罗拉驱动方法，其特征在于，所述基于拟合的第一分运动轨迹中m+n个重合关键点中的前a个重合关键点位置对拟合的第二分运动轨迹中的前a个关键点位置进行优化，包括：
基于拟合的第一分运动轨迹中m+n个重合关键点坐标中的前a个重合关键点中的前b个重合关键点的坐标位置替换拟合的第二分运动轨迹中的前a个重合关键点中的前b个重合关键点的坐标位置；
基于拟合的第一分运动轨迹中m+n个重合关键点坐标中的前a个重合关键点中的后a-b个重合关键点的坐标位置和拟合的第二分运动轨迹中的前a个重合关键点中的后a-b个重合关键点的坐标位置进行均值融合，获取第二分运动轨迹中m+n个重合关键点中的后a-b个重合关键点的坐标位置。
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