CN210524442U - 一种连杆转台 - Google Patents
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Abstract
一种连杆转台，属于关联性运动控制机构技术领域。技术方案：转台立柱垂直安装在转台基座上，连杆转台通过滑动机构A与转台立柱滑动连接，连杆转台所述滑动机构B与转台基座滑动连接，X轴光栅尺读数头安装在滑动机构B上，X轴光栅尺安装于所述转台基座下方、并与所述X轴光栅尺读数头相对设置。有益效果：本实用新型将X轴光栅尺读数头从转台基座改装到转台支撑滑块上，由Z0轴移动产生的水平位移，直接通过测量叠加的方式融合到了X轴的闭环当中，由光栅尺直接计算出来的位移，精度高，无延迟，在这种机械结构上能够达到更有效的控制水平。
Description
技术领域
本实用新型属于关联性运动控制机构技术领域，尤其涉及一种连杆转台。
背景技术
连杆解耦的控制方法，主要应用案例是申请号为CN201810806333.1，申请人为科德数控股份有限公司，名称为一种滚珠丝杠拖动的摇篮转台的中国专利申请，该结构的简化运动过程如图2所示。
按照传统的控制方法，单独的控制两个方向的轴运动，假设竖直方向为Z0轴，水平方向为X轴，转台的水平滑动机构为X′，转台摆动机构为A轴，Z0轴的光栅尺安装在转台基座，方向与Z0轴竖直方向导轨平行，Z0轴读数头安装在z轴丝杠螺母上，X轴光栅尺安装在床身上，方向与X轴导轨平行，X轴读数头安装在转台基座上，随着转台机床进行水平位移。这种传统安装方法，在控制的时候有以下几处缺陷：
1.需要额外的计算Z0轴在拖动转台的时候引起的转台水平位移ΔX′；
2.转台水平瞬间位移计算出来的值通常会有一定的延迟及误差，叠加到X轴指令上，表达位置不够精准，对精度产生了不良影响；
3.相比普通直线轴的控制方法改动比较大，应用起来比较繁琐；
4.A轴与X轴在控制算法上存在相互的耦合关系。
实用新型内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提出一种连杆转台，使得对X轴的动态性能要求有所降低、无需手动计算Z0轴引起的转台水平位移ΔX′，并且提升了控制精度。
技术方案如下：
一种连杆转台，其特征在于，包括：转台立柱、连杆转台、X轴光栅尺读数头、X轴光栅尺、转台基座，滑动机构A、滑动机构B，所述转台立柱垂直安装在所述转台基座上，所述连杆转台通过滑动机构A与所述转台立柱滑动连接，所述连杆转台通过所述滑动机构B与所述转台基座滑动连接，所述X轴光栅尺读数头安装在所述滑动机构B上，所述X轴光栅尺安装于所述转台基座下方、并与所述X轴光栅尺读数头相对设置。
进一步的，所述滑动机构A包括：Z0轴滚珠丝杠、Z0轴滑枕、连杆机构第一旋转节点、连杆机构连杆、Z0轴导轨，所述Z0轴导轨设于所述转台立柱上，所述Z0轴滚珠丝杠与所述Z0轴导轨连接，所述Z0轴滑枕与所述Z0轴导轨滑动连接，所述连杆机构连杆的一端通过所述连杆机构第一旋转节点与所述Z0轴滑枕可旋转连接、另一端与所述连杆转台连接。
进一步的，所述滑动机构B包括：水平导轨、连杆机构第二旋转节点、水平滑枕，所述水平导轨设于所述转台基座上，所述连杆转台通过所述连杆机构第二旋转节点与所述水平滑枕可旋转连接，所述水平滑枕与所述水平导轨滑动连接，所述X轴光栅尺读数头安装在所述水平滑枕上。
进一步的，还包括连杆转台滑枕、床身、转台导轨、转台拖动丝杠、转台拖动螺母，所述床身设有所述转台导轨、转台拖动丝杠和连杆转台滑枕，所述连杆转台滑枕与所述转台导轨滑动连接，所述转台拖动丝杠上设有所述转台拖动螺母。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型所述的连杆转台有益效果在于：在传统应用中，Z0轴与X轴闭环控制各不相干，需要手动计算水平方向上的位移，然后再手动将水平方向上的位移，加到X轴指令上，中间除了计算产生的误差外还存在较大的延时。本实用新型将X轴光栅尺读数头从转台基座改装到转台支撑滑块上，由Z0轴移动产生的水平位移，直接通过测量叠加的方式融合到了X轴的闭环当中，由光栅尺直接计算出来的位移，精度高，无延迟，在这种机械结构上能够达到更有效的控制水平。
附图说明
图1为本实用新型连杆转台结构示意图；
图2为背景技术所涉方案结构的简化运动过程示意图；
图3为传统控制算法图；
图4为本实用新型解耦控制算法原理图；
图5为本实用新型解耦控制算法控制流程图；
图中附图标记如下：1-转台立柱、2、Z0轴滚珠丝杠、3-Z0轴滑枕、4-连杆机构第一旋转节点、5、连杆机构连杆、6-Z0轴导轨、7-水平导轨、8-连杆转台、9-连杆机构第二旋转节点、10-X轴光栅尺读数头、11-水平滑枕、12-连杆转台滑枕、13、X轴光栅尺、14-转台基座、15-床身、16-转台导轨、17-转台拖动丝杠、18-转台拖动螺母。
具体实施方式
下面结合附图1-图5对连杆转台做进一步说明。
实施例1
一种连杆转台，其特征在于，包括：转台立柱1、连杆转台8、X轴光栅尺读数头10、X轴光栅尺13、转台基座14，滑动机构A、滑动机构B，所述转台立柱1垂直安装在所述转台基座14上，所述连杆转台8通过滑动机构A与所述转台立柱1滑动连接，所述连杆转台8通过所述滑动机构B与所述转台基座14滑动连接，所述X轴光栅尺读数头10安装在所述滑动机构B上，所述X轴光栅尺13安装于所述转台基座14下方、并固定于床身、并与所述X轴光栅尺读数头10相对设置。
进一步的，所述滑动机构A包括：Z0轴滚珠丝杠2、Z0轴滑枕3、连杆机构第一旋转节点4、连杆机构连杆5、Z0轴导轨6，所述Z0轴导轨6设于所述转台立柱1上，所述Z0轴滚珠丝杠2与所述Z0轴导轨6连接，所述Z0轴滑枕3与所述Z0轴导轨6滑动连接，所述连杆机构连杆5的一端通过所述连杆机构第一旋转节点4与所述Z0轴滑枕3可旋转连接、另一端与所述连杆转台8连接。
进一步的，所述滑动机构B包括：水平导轨7、连杆机构第二旋转节点9、水平滑枕11，所述水平导轨7设于所述转台基座14上，所述连杆转台8通过所述连杆机构第二旋转节点9与所述水平滑枕11可旋转连接，所述水平滑枕11与所述水平导轨7滑动连接，所述X轴光栅尺读数头10安装在所述水平滑枕11上。
进一步的，还包括连杆转台滑枕12、床身15、转台导轨16、转台拖动丝杠17、转台拖动螺母18，所述床身15设有所述转台导轨16、转台拖动丝杠17和连杆转台滑枕12，所述连杆转台滑枕12与所述转台导轨16滑动连接，所述转台拖动丝杠17上设有所述转台拖动螺母18；所述连杆转台滑枕12固定在转台基座14上面，再与床身15上的转台导轨16滑动连接。
一种连杆转台的解耦控制方法，步骤如下：
S1、测量三角结构斜边的长度L；
S2、将系统输入的A轴坐标，按照
Z0＝L＊cosα
换算成Z0轴的坐标，输入到Z0轴上，Z0代表Z0轴的螺母位置相对Z0轴参考点的长度，参考点位于连杆结构两个旋转节点位移轨迹的延长线相交处，α代表转台的角度，即转台法线与X′轴正方向的夹角。
如果是速度控制方法，按照
ΔZ0＝L＊(cosα1-cosα2)
换算成Z0的周期性位移，输入到Z0轴，ΔZ0表示Z0轴的位移，α1表示转台在移动之前的角度，α2表示转台移动后的角度。
进一步的，测量三角结构斜边的长度L前对连杆转台进行装配，装配步骤如下：
S0.1、将X轴光栅尺平行于X轴安装于床身；
S0.2、将X轴光栅尺读数头对准X轴光栅尺，固定在水平滑枕上，反复水平移动连杆转台，检查读数；
S0.3、将连杆转台的圆光栅安装正对A轴旋转中心，同轴安装。
进一步的，通过以下步骤获取三角结构斜边的长度L：
移动Z0到第一个位置，记录Z0坐标Z01，A轴角度α1；移动Z0到第二个位置，记录Z0坐标Z02，转台角度α2，可以得到以下等式：
L*cosα1-L*cosα2＝Z01-Z02；
继而得出三角结构斜边的长度L：
L＝ΔZ0/(cosα1-cosα2)。
进一步的，步骤S2详细步骤如下：
S2.1、指令A0即Δα，发送到Z0控制器；指令X发送到X轴控制器；
S2.2、Z0控制器根据指令和反馈回来的A轴转角计算出下一周期A轴需要走的距离Δα，发出的指令角度Δα当中包含了跟随误差与速度前馈；
A0轴控制器根据指令和反馈回来的A轴转角计算出下一周期A轴需要走的距离Δα，发出的指令角度Δα当中包含了跟随误差与速度前馈；X轴执行同样的流程。
S2.3、在输入到Z0执行机构前，Δα根据公式ΔZ0＝L(cosα1-cos(α1+Δα))，换算成当前要Z0要走的直线距离ΔZ0，再将指令发送到Z0执行机构；ΔX发送到X轴执行机构；
S2.4、Z0执行机构带动转台联动机构产生了A轴摆角变化Δα′、以及X轴方向水平位移ΔX′，Δα′用来参与下一周期的闭环运算；X轴执行机构同样产生位移ΔX0，ΔX0与转台联动机构所产生的水平位移ΔX′叠加参与下一周期的闭环运算；
S2.5、周期性循环执行步骤S2.1-步骤S2.4。
实施例2
本申请所提出的控制方法，相对于传统控制方案来说只需要改动一个地方即可，改造方便快捷，成本低，效果明显。本申请所述技术方案的实现只需要将X轴的读数头从转台基座改装到转台支撑滑块上即可。
传统的控制方法在算法原理图上表现如图3所示；
本申请所提及的控制方案的原理图如图4所示；
需要说明的是图中虚线部分不需要额外的去实现，只需要更改X轴读数头的安装位置即可，X轴控制算法不需要做出任何改动。
在传统控制算法当中需要根据Z0计算出来水平方向上的位移并加到指令X当中，但是在这里，由于读数头被安装在了转台支撑滑块上，因此对于Z0轴移动引起的转台水平位移，可以实时的通过光栅尺(或其他测量装置)实时的反馈的位移反馈到X轴的闭环当中。
假设X轴的指令X不变的情况下，可以自动的实现Z0轴在拖动转台的过程当中转台的水平中心保持不变，即在图2当中A轴旋转中心的X左边始终是X1。
此控制结构的所独有的优势总结如下：
1.由于转台水平位移是由光栅尺测量出来的，因此省去了计算水平位移的部分，节省了人力。
2.由于转台水平位移是由光栅尺测量出来的，所以可以保证数值的实时性与精准度，保证了控制应有的精度。
3.在实际应用当中，由于读数头安装在转台支撑滑块上，因此有转台水平产生的位移会自动的加到X轴的水平位移反馈当中，完全不用对X轴的控制算法作出任何更改，同样节省了人力。
实施步骤：
装配方面：
1.将光栅尺平行于X轴安装于床身，检查无误后进行步骤2；
2.将X轴光栅尺读数头对准光栅尺，固定在水平转台的支撑滑块上，反复水平移动转台检查读数正常后进行步骤3；
3.将转台的圆光栅安装正对A轴旋转中心，同轴安装，反复检查无误后进行步骤4；
测量方面：
4.测量三角结构的斜边的长度，测量出长度后反复移动Z0，等差距离验证斜边长度、A轴角度以及Z0坐标是否能够完美的匹配成三角形，完成测量后继续执行步骤6，如果各位置计算出来的三角形相差较大应当重新检查装配，并从步骤1重新开始执行。如果没有精确的测量装置则执行步骤5；
5.移动Z0到第一个位置，记录Z0坐标Z01，A轴角度α1，移动Z0到第二个位置，记录Z0坐标Z02，转台角度α2，由于转台机械结构是直角安装，可以按照以下公式计算出斜边长度，假设斜边长度为L：
L*cosα1-L*cosα2＝Z01-Z02
L＝ΔZ0/(cosα1-cosα2)
计算结果时应当多找几个位置验证计算的L是否正确，如果反复计算的L值相差较大，说明机械装配的结果并不是直角，应该好好检查一下机械装配，并从步骤1重新开始执行，如果认为计算得出的斜边长度已经足够精确，执行步骤6。
算法方面：
6.更改系统A轴控制方法，将系统输入的A轴坐标，按照以下Z0＝L*sinα换算成Z0轴的坐标，输入到Z0轴上，如果是速度控制方法，就按照
ΔZ0＝L＊(cosα1-cosα2)
换算成Z0的周期性位移(即速度)，输入到Z0轴，其他轴均无需有任何改动。
连杆解耦控制的流程图如图5所示；
步骤如下：
1.指令A0即Δα，发送到Z0控制器；指令X发送到X轴控制器；
2.A0控制器根据指令和反馈回来的A轴转角计算出下一周期A轴需要走的距离Δα，发出的指令角度Δα当中包含了跟随误差与速度前馈；ΔX同样如此；
3.在输入到Z0执行机构前，Δα根据公式，换算成当前要Z0要走的直线距离ΔZ0，再将指令发送到Z0执行机构，一般是伺服电机，变频器等执行机构；同样ΔX发送到X轴执行机构；
4.Z0执行机构带动转台联动机构产生了A轴摆角变化Δα′、以及X轴方向水平位移ΔX′，Δα′用来参与下一周期的闭环运算；X轴执行机构同样产生位移ΔX0，ΔX0与转台联动机构所产生的水平位移ΔX′叠加参与下一周期的闭环运算；
5.如此周期性循环执行。
在传统控制方法当中，Z0轴与X轴闭环控制各不相干，需要手动计算水平方向上的位移，然后再手动将水平方向上的位移，加到X轴指令上，中间除了计算产生的误差外还存在较大的延时。但是在更改控制算法后，由Z0轴移动产生的水平位移，直接通过测量叠加的方式融合到了X轴的闭环当中，由光栅尺直接计算出来的位移，精度高，无延迟，在这种机械结构上能够达到更有效的控制水平。
另外优化后的控制算法，A轴在旋转的过程当中，使得X轴具有了RTCP的运动特性，降低了对X轴电机动态性能的要求。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种连杆转台，其特征在于，包括：转台立柱(1)、连杆转台(8)、X轴光栅尺读数头(10)、X轴光栅尺(13)、转台基座(14)，滑动机构A、滑动机构B，所述转台立柱(1)垂直安装在所述转台基座(14)上，所述连杆转台(8)通过滑动机构A与所述转台立柱(1)滑动连接，所述连杆转台(8)通过所述滑动机构B与所述转台基座(14)滑动连接，所述X轴光栅尺读数头(10)安装在所述滑动机构B上，所述X轴光栅尺(13)安装于所述转台基座(14)下方、并与所述X轴光栅尺读数头(10)相对设置。
2.如权利要求1所述的连杆转台，其特征在于，所述滑动机构A包括：Z0轴滚珠丝杠(2)、Z0轴滑枕(3)、连杆机构第一旋转节点(4)、连杆机构连杆(5)、Z0轴导轨(6)，所述Z0轴导轨(6)设于所述转台立柱(1)上，所述Z0轴滚珠丝杠(2)与所述Z0轴导轨(6)连接，所述Z0轴滑枕(3)与所述Z0轴导轨(6)滑动连接，所述连杆机构连杆(5)的一端通过所述连杆机构第一旋转节点(4)与所述Z0轴滑枕(3)可旋转连接、另一端与所述连杆转台(8)连接。
3.如权利要求1所述的连杆转台，其特征在于，所述滑动机构B包括：水平导轨(7)、连杆机构第二旋转节点(9)、水平滑枕(11)，所述水平导轨(7)设于所述转台基座(14)上，所述连杆转台(8)通过所述连杆机构第二旋转节点(9)与所述水平滑枕(11)可旋转连接，所述水平滑枕(11)与所述水平导轨(7)滑动连接，所述X轴光栅尺读数头(10)安装在所述水平滑枕(11)上。
4.如权利要求1所述的连杆转台，其特征在于，还包括连杆转台滑枕(12)、床身(15)、转台导轨(16)、转台拖动丝杠(17)、转台拖动螺母(18)，所述床身(15)设有所述转台导轨(16)、转台拖动丝杠(17)和连杆转台滑枕(12)，所述连杆转台滑枕(12)与所述转台导轨(16)滑动连接，所述转台拖动丝杠(17)上设有所述转台拖动螺母(18)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921326005.8U CN210524442U (zh) | 2019-08-15 | 2019-08-15 | 一种连杆转台 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921326005.8U CN210524442U (zh) | 2019-08-15 | 2019-08-15 | 一种连杆转台 |
Publications (1)
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| CN210524442U true CN210524442U (zh) | 2020-05-15 |
Family
ID=70601704
Family Applications (1)
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| CN201921326005.8U Active CN210524442U (zh) | 2019-08-15 | 2019-08-15 | 一种连杆转台 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN210524442U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021027915A1 (zh) * | 2019-08-15 | 2021-02-18 | 科德数控股份有限公司 | 一种连杆转台及其解耦控制方法 |
-
2019
- 2019-08-15 CN CN201921326005.8U patent/CN210524442U/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021027915A1 (zh) * | 2019-08-15 | 2021-02-18 | 科德数控股份有限公司 | 一种连杆转台及其解耦控制方法 |
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