CN114990765A - 一种间隔织物用钢筘运动路径规划及其驱动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种间隔织物用钢筘运动路径规划及其驱动控制方法，属于间隔织物打纬技术领域，包括以下步骤：基于共轭凸轮串联铰接四杆机构的平行打纬机构，从间隔织物打纬运动过程中钢筘运动路径及钢筘动态特性需求出发，运用刚体导引和打纬工艺相结合的方法得到钢筘打纬的运动路径，并通过凸轮机构从动件运动特性控制钢筘运动状态。本发明具有提高钢筘的强度与可靠性，减小经纱开口高度，降低经纱断头率，有效降低开口与引纬驱动机构的加速度峰值，提高机器可靠性，适用不同织物织造需求的优点。

Description

一种间隔织物用钢筘运动路径规划及其驱动控制方法

技术领域

本发明属于间隔织物打纬技术领域，尤其是涉及一种间隔织物用钢筘运动路径规划及其驱动控制方法。

背景技术

间隔织物是具有代表性的立体织物之一，它是用经纱将上下两层织物连接起来构成的中空结构立体织物。

间隔织物主要由两个表面层和中间的间隔层组成，如图1所示，开口时综框4、6控制的上层地经纱9形成上层梭口，综框3、5控制的下层地经纱9'形成下层梭口。综框1、2控制的接结经纱10和10'分别处于上层梭口的上方和下层梭口的下方。纬纱7、7'由剑杆同时引入上、下层梭口后，钢筘8'把纬纱打进各层织口形成上下层织物。之后综框控制接结经纱与地经纱各自变换位置形成新梭口，而接结经纱分别与上下两纬纱交织，从而将上下两层织物连接成整体性间隔织物。

但目前利用传统的连杆或凸轮打纬，大间隔织物上下层底布受力不一致，平行打纬机构钢筘运动轨迹为直线，钢筘在后死心静止时，经纱开口量过大，导致纱线断裂；且打纬过程中钢筘受凸轮从动件运动特性控制，凸轮从动件运动规律设计不合理，未形成参数化，造成打纬机构振动噪声大，可靠性低，不能满足不同规格织物打纬及其动态特性的控制。

本发明研究发现，间隔织物打纬工艺需求应遵循以下原则：

(1)织物厚度h满足30～80mm需求下，钢筘对上下层纬纱施以相同作用效果以保证上下层织物纬密一致性。

(2)前死心位置时钢筘偏中下部位进行打纬以减小其受力变形且钢筘应垂直于织口纵截面。后死心位置时钢筘中心应处于梭口截面中分线上。在打纬运动过程中钢筘尽可能垂直将纬纱推入织口，其转动角度误差θ_1j应满足|θ_1j|≤2.5°在保证顺利引纬前提下可尽量减小钢筘动程L以减轻对经纱摩擦。

(3)钢筘在打纬周期内作变速运动，由运动到静止或由静止到运动过程变化平缓，且钢筘运动位移、速度和加速度连续变化，无突变。由工艺要求设计打纬运动角为θ₀，即钢筘往复运动一次所占织机主轴转角，向前打纬占θ₀/2和向后回程占θ₀/2。当凸轮轴转角θ＝0时，钢筘位于后死心位置，其速度、加速度都减小为零。当θ＝θ₀/2时，钢筘处于前死心位置且瞬时速度为零，瞬时加速度达到峰值以达到最大打纬惯性力使其克服打纬阻力。

基于上述设计原则，打纬机构应综合考虑钢筘运动路径和其在运动过程中动态特性等因素而确定。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种间隔织物用钢筘运动路径规划及其驱动控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种间隔织物用钢筘运动路径规划及其驱动控制方法，包括以下步骤：基于共轭凸轮串联铰接四杆机构的平行打纬机构，从间隔织物打纬运动过程中钢筘运动路径及钢筘动态特性需求出发，运用刚体导引和打纬工艺相结合的方法得到钢筘打纬的运动路径，并通过凸轮机构从动件运动特性控制钢筘运动状态。

进一步地，所述平行打纬机构的共轭凸轮作为驱动机构，所述铰接四杆机构为从动机构。

进一步地，第一摇杆、连杆、第二摇杆与机架构成双摇杆机构，且钢筘与连杆固结，第一摇杆做变速往复摆动，且为凸轮从动件运动规律，所述共轭凸轮中的主凸轮控制摆杆推程，回凸轮控制摆臂回程；凸轮转角θ＝θ₀/2时对应打纬钢筘前死心位置，凸轮绕轴O₁₁做匀速逆时针转动，带动摆臂与第一摇杆绕轴O₁₃做顺时针摆动，当运动θ₀/2后钢筘回到后死心位置，随后因处于凸轮休止阶段钢筘停止运动，以便于引纬进行，通过优化设计四杆机构尺寸参数控制运动过程中钢筘位置状态。

进一步地，所述钢筘运动路径：以第一摇杆与机架的铰接点O₁₃为原点建立绝对坐标系xO₁₃y，取钢筘中心点P作为其运动轨迹，打纬期间钢筘运动路径，以打纬工艺需求给定钢筘的若干个位置状态∑₁、∑₂、…、∑_j，其中当转角θ＝θ₀/2与0时，钢筘位于两极限位置，即前死心位置∑_l和后死心位置∑_j，钢筘上中点P相应坐标为P_j(P_jx,P_jy)。

进一步地，所述钢筘运动路径需满足如下设计要求：

一、当钢筘位于前死心位置时，钢筘处于竖直位置状态，以对上下层纬纱作用效果一致；从后死心位置到前死心，钢筘的上升高度(Δy_1j＝P_1y-P_jy)应满足偏钢筘中点P下方进行打纬，其值为筘高的1/3～1/5；

二、在后死心位置时，钢筘可相对前死心位置有转动角度误差θ_1j，其误差应小于许用值；钢筘距离第1片综框应有5～10mm间隙，避免发生接触碰撞；钢筘在满足开口动程下其筘高不宜过大；

三、在误差范围内钢筘运动过程中可有微小转动角度，其中点P的运动轨迹为一弧线。

进一步地，所述钢筘运动路径的驱动机构设计，包括以下步骤：基于铰接四杆机构的连杆曲线设计钢筘运动轨迹，使其与钢筘规划运动路径接近重合，进而实现钢筘位置状态上的工艺需求。

进一步地，钢筘由铰接四杆机构驱动，从位置∑_l运动至位置∑_j的过程作刚体平面运动，第一摇杆和第二摇杆均以双铰杆作为联架杆，利用刚体导引方法可获得第一摇杆、连杆和第二摇杆的尺寸；

若O₁₃与O₁₅的坐标已知，仅需确定在坐标中A、B坐标即可确定机构尺寸，可利用三位置刚体导引分别获得前死心位置机构铰接点A₁、B₁坐标，即j＝3。此时设P₁坐标为(P_1x,P_1y)，且P_2x＝P_1x+L/2,P_2y＝P_1y-Δy₁₂，P_3x＝P_1x+L,P_3y＝P_1y-Δy₁₃。其中L为钢筘中点P在位置1、3的水平距离，即打纬动程；Δy₁₂为钢筘中点P在位置1、2的垂直距离，Δy₁₃为钢筘中点P在位置1、3的垂直距离，由O₁₃ABO₁₅构成的铰接四杆机构即达到设计要求，其中A₁、B₁点是关于钢筘三位置参数的函数：

式中：f₁、f₂为刚体导引结果函数；θ_1j为钢筘位置∑_j(j＝2,3)与位置∑₁间的角位移。

在式(1)中若钢筘三位置均已知，可直接求出铰接点A₁、B₁坐标，但在规划钢筘路径时设P₁(P_1x,P_1y)为待求参数，给出其它点P₂、P₃的相对坐标。可根据工艺需求对以下作约束求解式(1)：

一、主动杆在前死心位置的初始角：

二、连杆在前死心位置的角位移：

三、与凸轮转子臂最大动程相对应的主动杆摆角动程：

四、钢筘相对于连杆铰接点B的位置：

x_PB＝P_1x-B_1x (5)

y_PB＝P_1y-B_1y (6)

其中式(5)和式(6)是约束连杆与钢筘这一构件的刚体形状，当式(1)只有P_1x、P_1y两个未知参数时，可联立式(3)和式(6)两个方程进行求解，当式(2)中有多个未知参数时，可根据工艺要求选择合适式(3)～式(6)求解方程组，从而求出机构在初始位置各点坐标和机构尺寸参数。

进一步地，所述钢筘动态特性进行建模，当打纬机构进行周期运动时，共轭凸轮为钢筘输出运动特性，因此对凸轮从动件构建运动规律，为方便建模以对称形式给出钢筘运动规律周期图，其中横坐标φ与凸轮转角θ的关系为φ＝θ+π/2，在运动周期内共分为4个区域，其中Ⅰ、Ⅳ区域是静止阶段，Ⅱ区域是由静止向前打纬阶段，Ⅲ区域是打纬完成后向后回程阶段，当φ＝π/2时，位移曲线中的A点为钢筘后死心位置，运动θ₀/2后钢筘位于前死心位置，对应位移曲线中的B点，C点对应打纬完成后钢筘回到后死心位置。

进一步地，为满足间隔织物的工艺特点，所述钢筘动态特性的设计要求如下：

一、在整个打纬运动周期中，钢筘的位移、速度和加速度都应连续，避免出现刚、柔性冲击；

二、钢筘开始向前打纬时，其加速度应由零逐渐递增，钢筘从前死心位置向后摆动到静止位置时，其加速度也应逐渐递减到零，在钢筘启停转换阶段其运动特性变化应平缓，以利于开口和引纬工艺的进行；

三、为形成惯性打纬，在前死心位置时刻钢筘达到最大负加速度，对应D点。

进一步地，设从动件实际角位移函数为S＝S(φ)，为便于计算把函数映射到0～1范围内，则归一化处理后的角位移函数为s＝s(φ)，则位移函数s(φ)展开傅里叶级数如下：

式中：S_max为凸轮从动件动程，由摇杆摆角确定；a₀、a_k和b_k为傅里叶系数；n＝1，2，...。

角位移函数s＝s(φ)的一阶、二阶导数分别为

式中：v,a分别称为类角速度和类角加速度；V,A分别为从动件实际角速度和角加速度；ω为凸轮角速度；

根据设计要求，在运动时间π-θ₀/2≤φ≤π+θ₀/2内钢筘状态为由后死心向前运动，打纬完成后回到后死心位置，因此对极限位置建立边界条件可以由φ＝π-θ₀/2、π、π+θ₀/2时所对应的s,v,a。在运动时间(0≤φ≤π-θ₀/2Uπ+θ₀/2≤φ≤2π)内，钢筘分别处于两段静止阶段，用傅里叶级数构造的位移函数表示实际运动s_i(φ)与理想运动

的误差可通过位移之间的方差来控制，则其误差函数计算如下：

式中：a_i和e_i表示某段起始角位移和终止角位移。

在满足精度要求下可计算出系数a_k和b_k，并可求解出位移函数s(φ)与其类角速度、类角加速度，从而确定钢筘实际运动规律函数如下：

进一步地，通过对钢筘运动路径和运动特性的计算，根据得到的参数与凸轮廓线方程，可计算出凸轮实际廓线。

由于采用上述技术方案，本发明的有益效果为：

一、基于共轭凸轮与铰接四连杆串联的机构构型，设计打纬过程中钢筘的运动路径为曲线，由后死心向前死心运动时，钢筘上升，实现打纬时钢筘的中下部与织物接触，提高钢筘的强度与可靠性，由前死心向后死心运动时，钢筘下降，减小经纱开口高度，降低经纱断头率；

二、参数化设计凸轮从动件运动规律，改善凸轮打纬机构的动态特性，降低振动与噪声，通过调节从动件运动规律的最大负向加速度峰值获得不同的惯性力，满足不同规格与品种织物的需求，且在打纬启停阶段获得更长的近似静止时间，为开口与引纬工艺提供更长的时间，有效降低开口与引纬驱动机构的加速度峰值，提高机器可靠性；

三、基于打纬动程参数化设计了铰接四杆机构，调节主动杆的位置获得不同的钢筘运动路径及其运动特性，适用不同织物织造需求。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1是间隔织物织造示意图

图2是本发明平行打纬机构原理图

图3是本发明钢筘运动路径示意图

图4是本发明铰接四杆机构设计图

图5是本发明钢筘运动周期图

图6是本发明钢筘打纬运动路径示意图

图7是本发明钢筘转动角度误差曲线示意图

图8是本发明钢筘运动规律特性示意图

图9是本发明不同K值下的类加速度示意图

图10是本发明钢筘打纬速度曲线示意图

图11是本发明钢筘打纬加速度曲线示意图

图12是本发明凸轮实际廓线示意图。

图中：

1,2—接结经纱综框；3,5—下层地经纱综框；4,6—上层地经纱综框；7—上层纬纱；9—上层地经纱；7'—下层纬纱；9'—下层地经纱；8,8'—钢筘；10,10'—接结经纱；11a—主凸轮；11b—回凸轮；12a,12b—滚子13a—摆杆；13b—摆臂；13'—第一摇杆14—连杆；14'—钢筘；15—第二摇杆。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明：

一种间隔织物用钢筘运动路径规划及其驱动控制方法，包括由共轭凸轮与铰接四杆机构串联组合的平行打纬机构，所述共轭凸轮作为驱动机构，所述铰接四杆机构为从动机构，根据打纬工艺需求设计共轭凸轮从动件运动规律，实现钢筘运动过程中的动态特性控制；基于铰接四杆机构的连杆曲实现钢筘运动轨迹，控制钢筘运动过程中的位置状态。

如图2所示，第一摇杆13’、连杆14、第二摇杆15与机架构成双摇杆机构，且钢筘与连杆14固结，第一摇杆13’做变速往复摆动，且为凸轮从动件运动规律，所述共轭凸轮中的主凸轮11a控制摆杆13a推程，回凸轮11b控制摆臂13b回程，图2所示机构位置为凸轮转角θ＝θ₀/2时对应打纬钢筘前死心位置，凸轮绕轴O₁₁做匀速逆时针转动，带动摆臂13b与第一摇杆13’绕轴O₁₃做顺时针摆动，当运动θ₀/2后钢筘14'回到后死心位置，随后因处于凸轮休止阶段钢筘停止运动，以便于引纬进行。通过优化设计四杆机构尺寸参数控制运动过程中钢筘位置状态。

钢筘运动路径规划，以第一摇杆13’与机架的铰接点O₁₃为原点建立绝对坐标系xO₁₃y，取钢筘中心点P作为其运动轨迹，

如图3所示，打纬期间钢筘运动路径，以打纬工艺需求给定钢筘的若干个位置状态∑₁、∑₂、…、∑_j，其中当转角θ＝θ₀/2与0时，钢筘位于两极限位置，即前死心位置∑₁和后死心位置∑_j，钢筘上中点P相应坐标为P_j(P_jx,P_jy)。

钢筘运动路径需满足如下设计要求：

(1)当钢筘位于前死心位置时，钢筘处于竖直位置状态，以对上下层纬纱作用效果一致；从后死心位置到前死心，钢筘的上升高度(Δy_1j＝P_1y-P_jy)应满足偏钢筘中点P下方进行打纬，其值为筘高的1/3～1/5；

(2)在后死心位置时，钢筘可相对前死心位置有转动角度误差θ_1j，其误差应小于许用值；钢筘距离第1片综框应有5～10mm间隙，避免发生接触碰撞；钢筘在满足开口动程下其筘高不宜过大；

(3)在误差范围内钢筘运动过程中可有微小转动角度，其中点P的运动轨迹为一弧线。

钢筘运动路径驱动机构设计，基于铰接四杆机构的连杆曲线设计钢筘运动轨迹，使其与钢筘规划运动路径接近重合，进而实现钢筘位置状态上的工艺需求。

如图4所示，钢筘由铰接四杆机构驱动，从位置∑₁运动至位置∑_j的过程作刚体平面运动，第一摇杆13’和第二摇杆15均以双铰杆作为联架杆，利用刚体导引^[17]方法可获得第一摇杆13’、连杆14和第二摇杆15的尺寸。

若O₁₃与O₁₅的坐标已知，仅需确定在坐标中A、B坐标即可确定机构尺寸，可利用三位置刚体导引分别获得前死心位置机构铰接点A₁、B₁坐标，即j＝3。此时设P₁坐标为(P_1x,P_1y)，且P_2x＝P_1x+L/2,P_2y＝P_1y-Δy₁₂，P_3x＝P_1x+L,P_3y＝P_1y-Δy₁₃。其中L为钢筘中点P在位置1、3的水平距离，即打纬动程；Δy₁₂为钢筘中点P在位置1、2的垂直距离，Δy₁₃为钢筘中点P在位置1、3的垂直距离。由O₁₃ABO₁₅构成的铰接四杆机构即达到设计要求，其中A₁、B₁点是关于钢筘三位置参数的函数：

式中：f₁、f₂为刚体导引结果函数；θ_1j为钢筘位置∑_j(j＝2,3)与位置∑₁间的角位移。

在式(1)中若钢筘三位置均已知，可直接求出铰接点A₁、B₁坐标，但在规划钢筘路径时设P₁(P_1x,P_1y)为待求参数，给出其它点P₂、P₃的相对坐标。可根据工艺需求对以下作约束求解式(1)：

(1)主动杆在前死心位置的初始角：

(2)连杆在前死心位置的角位移：

(3)与凸轮转子臂最大动程相对应的主动杆摆角动程：

(4)钢筘相对于连杆铰接点B的位置：

x_PB＝P_1x-B_1x (5)

y_PB＝P_1y-B_1y (6)

其中式(5)和式(6)是约束连杆与钢筘这一构件的刚体形状。当式(1)只有P_1x、P_1y两个未知参数时，可联立式(3)和式(6)两个方程进行求解，当式(2)中有多个未知参数时，可根据工艺要求选择合适式(3)～式(6)求解方程组，从而求出机构在初始位置各点坐标和机构尺寸参数。

钢筘运动特性建模，

如图5所示，当打纬机构进行周期运动时，共轭凸轮为钢筘输出运动特性，因此对凸轮从动件构建运动规律，为方便建模以对称形式给出钢筘运动规律周期图，其中横坐标φ与凸轮转角θ的关系为φ＝θ+π/2。由图5可知，在运动周期内共分为4个区域，其中Ⅰ、Ⅳ区域是静止阶段，Ⅱ区域是由静止向前打纬阶段，Ⅲ区域是打纬完成后向后回程阶段。当φ＝π/2时，位移曲线中的A点为钢筘后死心位置，运动θ₀/2后钢筘位于前死心位置，对应位移曲线中的B点，C点对应打纬完成后钢筘回到后死心位置。为满足间隔织物的工艺特点，钢筘运动规律的设计要求如下：

(1)在整个打纬运动周期中，钢筘的位移、速度和加速度都应连续，避免出现刚、柔性冲击。

(2)钢筘开始向前打纬时，其加速度应由零逐渐递增。钢筘从前死心位置向后摆动到静止位置时，其加速度也应逐渐递减到零。在钢筘启停转换阶段其运动特性变化应平缓，以利于开口和引纬工艺的进行。

(3)为形成惯性打纬，在前死心位置时刻钢筘达到最大负加速度，对应图中D点。

根据图5和上述要求，设从动件实际角位移函数为S＝S(φ)，为便于计算把函数映射到0～1范围内，则归一化处理后的角位移函数为s＝s(φ)，则位移函数s(φ)展开傅里叶级数如下：

式中：S_max为凸轮从动件动程，由摇杆13'摆角确定；a₀、a_k和b_k为傅里叶系数；k＝1,2,3,…,n。

角位移函数s＝s(φ)的一阶、二阶导数分别为

式中：v,a分别称为类角速度和类角加速度；V,A分别为从动件实际角速度和角加速度；ω为凸轮角速度。

如图5所示，根据设计要求，在运动时间π-θ₀/2≤φ≤π+θ₀/2内钢筘状态为由后死心向前运动，打纬完成后回到后死心位置，因此对极限位置建立边界条件可以由φ＝π+θ₀/2、π、π+θ₀/2时所对应的s,v,a。在运动时间(0≤φ≤π-θ₀/2Uπ+θ₀/2≤φ≤2π)内，钢筘分别处于两段静止阶段，用傅里叶级数构造的位移函数表示实际运动s_i(φ)与理想运动

的误差可通过位移之间的方差来控制。则其误差函数计算如下：

式中：a_i和e_i表示某段起始角位移和终止角位移。

在满足精度要求下可计算出系数a_k和b_k，并可求解出位移函数s(φ)与其类角速度、类角加速度，从而确定钢筘实际运动规律函数如下：

实施例：

钢筘运动路径分析，当打纬动程为160mm，铰接四杆机构回转中心O₁₃，O₁₅已知时，计算出四杆机构的尺寸和位置参数，表1示出第一摇杆13’在不同初始角位移

情况下分别取5组参数。由表得知，在相同钢筘动程和机架位置不变条件下，随

逐渐增大，第一摇杆13’摆角

逐渐降低，机构尺寸中l₂逐渐增大，l₁和l₃尺寸变化率为0.93％、0.23％。

表1不同

值时机构参数

如图6所示，通过对打纬四杆机构进行运动分析，得出五种结果的钢筘运动轨迹。连杆上钢筘中点P的水平位移均满足钢筘动程L要求，在打纬时刻前后范围的运动轨迹近似一条直线；在不同

情况下计算出的连杆曲线均可逼近钢筘运动路径，五种结果运动轨迹与钢筘规划路径中的P点位置坐标之间误差(运动轨迹与P₁、P₂、P₃之间的平均误差)分别为0.47％、0.02％、0.36％、0.47％和0.37％。因此，当

为85.5°时所计算出钢筘运动轨迹与规划运动路径之间的误差率最小，更加接近规划路径。

如图7所示，其为在运动期间钢筘转动角度误差θ_1j变化曲线。在前死心位置时，不同

的钢筘都处于竖直位置状态，垂直于织口纵截面；而在后死心位置时，钢筘均有一定角度误差。在运动期间钢筘转动角度误差最大值|θ_1j|_max分别为2.316°、1.384°、2.258°、4.802°和6.363°，其中

为85.5°的钢筘角度误差最小，且符合在路径规划中钢筘所允许角位移。

在对比不同

下运动路径误差和打纬过程中钢筘转动角度误差方面，结果表明：当

为85.5°所计算的机构参数更加符合规划运动路径中钢筘位置状态的工艺需求。

钢筘运动特性分析，

如图8所示，取位移误差、速度误差和加速度误差小于10^-4,构建对称形式构建运动规律。图8示出傅里叶级数构造的从动件运动规律特性，其中把自变量φ转换为凸轮转角θ，且K为-3.25。由图可知，图中曲线平滑，连杆机构能够稳定运动，在打纬启停阶段无跃度及更高阶突变，能够很好地避免出现机构的刚、柔性冲击。在θ＝0～35°或θ＝145°～180°时间内钢筘由静止到运动、由运动到静止的位移曲线变化平缓，占从动件动程的1/10，有利于进行开口和引纬。在θ＝90°对应打纬时刻，钢筘达到最大负加速度，且在此刻范围附近加速度曲线为一直线，保证钢筘能够稳定进行惯性打纬。

如图9所示，示出取不同K值下的类加速度局部变化曲线。在K取-3.25时前死心位置范围内加速度为一直线，K大于-3.25时加速度曲线向内凹，K小于-3.25时加速度曲线向外凸。当对打纬惯性力有特殊要求时，在相同凸轮转速下可通过调节K的取值改变打纬时刻加速度峰值，从而达到调节惯性力的工艺需求。

当以相同阶数的傅里叶函数直接构造图8的运动规律，则位移误差的数量级比第3节计算结果大10倍，拟合效果不理想。

机构参数优化分析，取

时，对数据优化处理。表2示出钢筘实际运动轨迹与规划运动路径中的P点坐标对比。由表可知，三个位置坐标非常接近，平均误差为0.14％；钢筘水平方向动程为160.464mm，满足理论钢筘动程，竖直方向动程为57.609mm，符合偏钢筘中下部位进行打纬的要求。前死心位置钢筘处于竖直状态，后死心位置钢筘有最大转动角度误差，其值为2.445°，满足钢筘位置状态需求。

表2钢筘运动路径对比

如图10和图11所示，在转速为240r/min时由上述构建的运动特性计算钢筘速度和加速度，由图10和图11可知，图4机构向左运动为打纬过程，在0～π/2内钢筘从静止运动到前死心位置，速度从0递增然后逐渐降至为0。水平方向加速度达到最大值+325.5m/s²，从而形成向左方向的最大打纬惯性力，竖直方向加速度降至最小值-16.7m/s²，在后死心位置钢筘速度和加速度都为0，满足打纬机构适应织造高密厚重织物的惯性打纬设计需求。

凸轮驱动机构，在验证上述钢筘运动路径和运动特性的正确性后，可根据上表参数和凸轮廓线方程，通过上述构建运动规律可计算出凸轮实际廓线，如图12所示。主、回凸轮廓线压力角的最大值分别为26°和29.5°，小于许用压力角[α]＝30°，满足实际工况传力性能要求。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种间隔织物用钢筘运动路径规划及其驱动控制方法，其特征在于：包括以下步骤：基于共轭凸轮串联铰接四杆机构的平行打纬机构，从间隔织物打纬运动过程中钢筘运动路径及钢筘动态特性需求出发，运用刚体导引和打纬工艺相结合的方法得到钢筘打纬的运动路径，并通过凸轮机构从动件运动特性控制钢筘运动状态。

2.根据权利要求1所述的间隔织物用钢筘运动路径规划及其驱动控制方法，其特征在于：所述平行打纬机构的共轭凸轮作为驱动机构，所述铰接四杆机构为从动机构。

3.根据权利要求2所述的间隔织物用钢筘运动路径规划及其驱动控制方法，其特征在于：第一摇杆、连杆、第二摇杆与机架构成双摇杆机构，且钢筘与连杆固结，第一摇杆做变速往复摆动，且为凸轮从动件运动规律，所述共轭凸轮中的主凸轮控制摆杆推程，回凸轮控制摆臂回程；凸轮转角θ＝θ₀/2时对应打纬钢筘前死心位置，凸轮绕轴O₁₁做匀速逆时针转动，带动摆臂与第一摇杆绕轴O₁₃做顺时针摆动，当运动θ₀/2后钢筘回到后死心位置，随后因处于凸轮休止阶段钢筘停止运动，以便于引纬进行，通过优化设计四杆机构尺寸参数控制运动过程中钢筘位置状态。

4.根据权利要求3所述的间隔织物用钢筘运动路径规划及其驱动控制方法，其特征在于：所述钢筘运动路径：以第一摇杆与机架的铰接点O₁₃为原点建立绝对坐标系xO₁₃y，取钢筘中心点P作为其运动轨迹，打纬期间钢筘运动路径，以打纬工艺需求给定钢筘的若干个位置状态∑₁、∑2、…、∑_j，其中当转角θ＝θ₀/2与0时，钢筘位于两极限位置，即前死心位置∑₁和后死心位置∑_j，钢筘上中点P相应坐标为P_j(P_jx,P_jy)。

5.根据权利要求4所述的间隔织物用钢筘运动路径规划及其驱动控制方法，其特征在于：所述钢筘运动路径的驱动机构设计，包括以下步骤：基于铰接四杆机构的连杆曲线设计钢筘运动轨迹，使其与钢筘规划运动路径接近重合，进而实现钢筘位置状态上的工艺需求。

6.根据权利要求5所述的间隔织物用钢筘运动路径规划及其驱动控制方法，其特征在于：钢筘由铰接四杆机构驱动，从位置∑₁运动至位置∑_j的过程作刚体平面运动，第一摇杆和第二摇杆均以双铰杆作为联架杆，利用刚体导引方法可获得第一摇杆、连杆和第二摇杆的尺寸；

若O₁₃与O₁₅的坐标已知，仅需确定在坐标中A、B坐标即可确定机构尺寸，可利用三位置刚体导引分别获得前死心位置机构铰接点A₁、B₁坐标，即j＝3，此时设P₁坐标为(P_1x,P_1y)，且P_2x＝P_1x+L/2,P_2y＝P_1y-Δy₁₂，P_3x＝P_1x+L,P_3y＝P_1y-Δy₁₃，其中L为钢筘中点P在位置1、3的水平距离，即打纬动程；Δy₁₂为钢筘中点P在位置1、2的垂直距离，Δy₁₃为钢筘中点P在位置1、3的垂直距离，由O₁₃ABO₁₅构成的铰接四杆机构即达到设计要求，其中A₁、B₁点是关于钢筘三位置参数的函数：

式中：f₁、f₂为刚体导引结果函数；θ_1j为钢筘位置∑_j(j＝2,3)与位置∑₁间的角位移；

在式(1)中若钢筘三位置均已知，可直接求出铰接点A₁、B₁坐标，但在规划钢筘路径时设P₁(P_1x,P_1y)为待求参数，给出其它点P₂、P₃的相对坐标，可根据工艺需求对以下作约束求解式(1)：

一、主动杆在前死心位置的初始角：

二、连杆在前死心位置的角位移：

三、与凸轮转子臂最大动程相对应的主动杆摆角动程：

四、钢筘相对于连杆铰接点B的位置：

x_PB＝P_1x-B_1x (5)

y_PB＝P_1y-B_1y (6)

其中式(5)和式(6)是约束连杆与钢筘这一构件的刚体形状，当式(1)只有P_1x、P_1y两个未知参数时，可联立式(3)和式(6)两个方程进行求解，当式(2)中有多个未知参数时，可根据工艺要求选择合适式(3)～式(6)求解方程组，从而求出机构在初始位置各点坐标和机构尺寸参数。

7.根据权利要求6所述的间隔织物用钢筘运动路径规划及其驱动控制方法，其特征在于：所述钢筘动态特性进行建模，当打纬机构进行周期运动时，共轭凸轮为钢筘输出运动特性，因此对凸轮从动件构建运动规律，为方便建模以对称形式给出钢筘运动规律周期图，其中横坐标φ与凸轮转角θ的关系为φ＝θ+π/2，在运动周期内共分为4个区域，其中Ⅰ、Ⅳ区域是静止阶段，Ⅱ区域是由静止向前打纬阶段，Ⅲ区域是打纬完成后向后回程阶段，当φ＝π/2时，位移曲线中的A点为钢筘后死心位置，运动φ＝θ₀/2后钢筘位于前死心位置，对应位移曲线中的B点，C点对应打纬完成后钢筘回到后死心位置。

8.根据权利要求7所述的间隔织物用钢筘运动路径规划及其驱动控制方法，其特征在于：设从动件实际角位移函数为S＝S(φ)，为便于计算把函数映射到0～1范围内，则归一化处理后的角位移函数为s＝s(φ)，则位移函数s(φ)展开傅里叶级数如下：

式中：S_max为凸轮从动件动程，由摇杆3'摆角确定；a₀、a_k和b_k为傅里叶系数；k＝1,2,3,…,n，

角位移函数s＝s(φ)的一阶、二阶导数分别为

式中：v,a分别称为类角速度和类角加速度；V,A分别为从动件实际角速度和角加速度；ω为凸轮角速度；

根据设计要求，在运动时间π-θ₀/2≤φ≤π+θ₀/2内钢筘状态为由后死心向前运动，打纬完成后回到后死心位置，因此对极限位置建立边界条件可以由φ＝π-θ₀/2、π、π+θ₀/2时所对应的s,v,a，在运动时间(0≤φ≤π-θ₀/2Uπ+θ₀/2≤φ≤2π)内，钢筘分别处于两段静止阶段，用傅里叶级数构造的位移函数表示实际运动s_i(φ)与理想运动

的误差可通过位移之间的方差来控制，则其误差函数计算如下：

式中：a_i和e_i表示某段起始角位移和终止角位移，

在满足精度要求下可计算出系数a_k和b_k，并可求解出位移函数s(φ)与其类角速度、类角加速度，从而确定钢筘实际运动规律函数如下：

9.根据权利要求8所述的间隔织物用钢筘运动路径规划及其驱动控制方法，其特征在于：通过对钢筘运动路径和运动特性的计算，根据得到的参数和凸轮廓线方程，可计算出凸轮实际廓线。

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