CN102430681A - 一种压力机的双伺服电机的驱动机械协调装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双伺服电机的驱动机械协调装置，包括机架、伺服电机A、伺服电机B、曲柄A、曲柄B、连杆A、连杆B、连杆C和导杆，所述的曲柄A、曲柄B、连杆A、连杆B和连杆C构成一个二自由度的并联机构，导杆通过转动副C连接于连杆B上。本发明工作时，当伺服电机A和伺服电机B不同步驱动时，导致曲柄A和曲柄B相位不一致，进而使得连杆A和连杆C不对称运动，连杆A和连杆C共同驱动连杆B绕着转动副C作微小旋转运动，既避免了两台电机输入不同步造成的运动干涉，又使得两个伺服电机功率得以叠加输出。采用该装置协调合成两个伺服电机功率以得到大功率伺服压力机，不会产生因输入误差而引起的内力干涉，可提高控制稳定性。

Description

一种压力机的双伺服电机的驱动机械协调装置

技术领域

本发明涉及一种锻压机械技术领域的装置，具体是一种压力机的双伺服电机的驱动机械协调装置。

背景技术

压力机是金属成形加工领域中广泛使用的锻压设备，品种和数量繁多，其中以机械压力机应用最为广泛。现代制造技术的发展要求压力机不仅能够高速度、高精度、大负载运转，而且应具有更大的柔性，能迅速、方便地改变输出运动规律。传统的机械压力机运动特性单一、工艺适用性差。近年来随着交流伺服电机驱动成形装备技术的逐步发展，出现了滑块运动曲线可调的各种交流伺服驱动压力机，使得压力机的工作性能和工艺适用性大大提高，设备朝着柔性化、智能化的方向发展。

普通机械压力机一般采用各种不同的机械传动机构获得工艺所需的滑块运动规律，以满足不同的工艺要求。传统的机械压力机通过选择适当的执行机构及其构件的尺寸，得到一些满足冲压工艺要求的典型运动规律，但一种结构方案无法满足多种典型运动规律的要求。虽然采用偏置曲柄滑块机构、多连杆机构、非圆齿轮机构等可以部分改变某种驱动机构的滑块运动规律，但当各杆件的尺寸参数确定后，滑块的运动特性也随之确定，因而不具有柔性，难以用于不同的冲压工艺。将交流伺服电动机应用于机械压力机的研究始于上世纪90年代美国俄亥俄州立大学工程研究中心，该中心S.Yossifon and R.Shivpuri提出了由交流伺服电动机驱动滚珠丝杠或曲柄，通过多杆机构将运动转化为滑块所需的运动，它能极方便地改变滑块的运动曲线，获得不同的工件变形速度，适用于不同的冲压工艺，保证冲压件的质量。之后，交流伺服电动机应用于机械压力机的研究迅速发展，日本、加拿大等国均进行了深入的研究，日本小松和会田等公司分别开发了各自的交流伺服电动机驱动型压力机。

经过对现有技术的检索发现，komatsu公司的HCP3000，两台12kW伺服电动机通过皮带各自独立驱动两套滚珠丝杠，通过丝杆的螺母直接带动冲压滑块，其公称压力仅达到800kN。komatsu公司的H2F300，由两台100kW伺服电动机通过皮带分别驱动两套滚珠丝杠，再通过两套独立多连杆机构共同驱动冲压滑块，其公称压力达到3000kN。

考察现有的伺服压力机驱动机构可以发现，从机构学的角度来看，上述压力机的传动机构都为单自由度机构，伺服电机以旋转(曲柄)或移动(滚珠丝杠)方式直接或通过多连杆机构驱动冲压滑块。单自由度机构实现确定运动的原则是应用一台伺服电动机驱动。如果伺服压力机驱动机构采用两个伺服电机冗余驱动，这两个伺服电机必须保证时时同步，以避免输入不同步造成的运动干涉。这样虽然可以增加输入功率，增大压机的成形压力，却增加了控制策略的难度，并且控制的稳定性变差，任一个输入误差都会造成驱动机构无法正常工作甚至发生损坏。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种不会产生因输入误差而引起内力干涉、且控制稳定性好的双伺服电机的驱动机械协调装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种双伺服电机的驱动机械协调装置，包括机架、伺服电机A、伺服电机B、曲柄A、曲柄B、连杆A、连杆B、连杆C和导杆，所述的曲柄A、曲柄B、连杆A、连杆B和连杆C构成一个二自由度的并联机构，导杆通过转动副C连接于连杆B上；

所述的二自由度的并联机构，包括伺服电机A、伺服电机B、曲柄A、曲柄B、连杆A、连杆B和连杆C，所述的伺服电机A与曲柄A连接，曲柄A与连杆A通过转动副A连接，伺服电机B与曲柄B连接，曲柄B与连杆C通过转动副E连接，连杆B的一端与连杆A的一端用转动副B连接，连杆B的另一端与连杆C的一端用转动副D连接。

本发明所述的转动副A、转动副B、转动副C、转动副D和转动副E的轴线互相平行。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于压力机的双伺服电机驱动机械协调装置，利用二自由度并联机构的双输入特性，以两个伺服电机驱动曲柄为输入，通过连杆共同驱动一个导杆沿着导轨做直线运动。该导杆可以直接驱动冲压滑块，还可以连接具有增力作用的肘杆机构驱动冲压滑块。当伺服电机A和伺服电机B不同步驱动时，导致曲柄A和曲柄B相位不一致，进而使得连杆A和连杆C不对称运动，连杆A和连杆C共同驱动连杆B绕着转动副C作微小旋转运动，既避免了两台电机输入不同步造成的运动干涉，又使得两个伺服电机功率得以叠加输出。采用该装置协调合成两个伺服电机功率以得到大功率伺服压力机，不会产生因输入误差而引起的内力干涉。

2、本发明结构简单、控制容易，制造成本低，能够很好解决现有伺服压力机双伺服电机冗余驱动而引起的同步控制成本高和可靠性差的问题。当伺服压力机驱动机构采用两个伺服电机冗余驱动时，必须对这两台伺服电机进行同步控制以保证两台伺服电机时时同步，否则就会出现伺服电机内力干涉或机构运动干涉等问题。但由于控制误差、***误差、机械本体磨损等原因，使得同步控制较为困难，且可靠性差。采用本发明，可以通过机械协调来消除两台伺服电机的输入误差，而不必对两台伺服电机进行同步，提高控制稳定性。目前国内外尚未见到类似于本发明双伺服电机驱动机械协调装置的文献报道。

附图说明

本发明仅有附图1张，其中：

图1是本发明的结构示意图。

图中：1、伺服电机A，2、曲柄A，3、机架，4、转动副A，5、连杆A，6、转动副B，7、连杆B，8、转动副C，9、导轨，10、导杆，11、转动副D，12、连杆C，13、转动副E，14、曲柄B，15、伺服电机B。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。如图1所示，一种双伺服电机的驱动机械协调装置，包括机架3、伺服电机A1、伺服电机B15、曲柄A2、曲柄B14、连杆A5、连杆B7、连杆C12和导杆10，所述的曲柄A2、曲柄B14、连杆A5、连杆B7和连杆C12构成一个二自由度的并联机构，导杆10通过转动副C8连接于连杆B7上；

所述的二自由度的并联机构，包括伺服电机A1、伺服电机B15、曲柄A2、曲柄B14、连杆A5、连杆B7和连杆C12，所述的伺服电机A1与曲柄A2连接，曲柄A2与连杆A5通过转动副A4连接，伺服电机B15与曲柄B14连接，曲柄B14与连杆C12通过转动副E13连接，连杆B7的一端与连杆A5的一端用转动副B6连接，连杆B7的另一端与连杆C12的一端用转动副D11连接。所述的转动副A4、转动副B6、转动副C8、转动副D11和转动副E13的轴线互相平行。

本实施例的工作原理如下：伺服电机A1按设定运动规律转动，驱动曲柄A2转动，伺服电机B15按设定运动规律转动，驱动曲柄B14转动。曲柄A2通过连杆A5，曲柄B14通过连杆C12共同驱动连杆B7运动，连杆B7驱动导杆10沿导轨9进行上下运动。由此，来自于两台伺服电机的运动和力传递合成于导杆10上。

本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

Claims (2)

1.一种双伺服电机的驱动机械协调装置，其特征在于：包括机架(3)、伺服电机A(1)、伺服电机B(15)、曲柄A(2)、曲柄B(14)、连杆A(5)、连杆B(7)、连杆C(12)和导杆(10)，所述的曲柄A(2)、曲柄B(14)、连杆A(5)、连杆B(7)和连杆C(12)构成一个二自由度的并联机构，导杆(10)通过转动副C(8)连接于连杆B(7)上；

所述的二自由度的并联机构，包括伺服电机A(1)、伺服电机B(15)、曲柄A(2)、曲柄B(14)、连杆A(5)、连杆B(7)和连杆C(12)，所述的伺服电机A(1)与曲柄A(2)连接，曲柄A(2)与连杆A(5)通过转动副A(4)连接，伺服电机B(15)与曲柄B(14)连接，曲柄B(14)与连杆C(12)通过转动副E(13)连接，连杆B(7)的一端与连杆A(5)的一端用转动副B(6)连接，连杆B(7)的另一端与连杆C(12)的一端用转动副D(11)连接。

2.根据权利要求1所述的一种双伺服电机的驱动机械协调装置，其特征在于：所述的转动副A(4)、转动副B(6)、转动副C(8)、转动副D(11)和转动副E(13)的轴线互相平行。

Images