以船用自動倉儲為應用背景,構造了基于同步帶驅動的柔性直線定位伺服系統(tǒng)。首先,基于集總參數法構建了系統(tǒng)的動力學模型。其次,設計了包含電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)在內的三閉環(huán)控制器,并對比分析了半閉環(huán)位置控制系統(tǒng)和全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)的優(yōu)劣,分析結果表明,在船舶橫搖運動的干擾下,全閉環(huán)控制系統(tǒng)具有更高的定位精度。 

【文章來源】：機械與電子. 2019,37(08)

【文章頁數】：5 頁

【部分圖文】：

圖１船用倉儲布局示意移載車沿導軌方向的運動由如圖２所示的同步帶

示。入庫時，移載車首先與轉運車對接，將貨物從轉運車取出，然后輸送到指定位置，與貨架完成對接后將貨物輸送到指定貨位。出庫時，移載車需將貨物從指定貨位取出并輸送至轉運機。圖１船用倉儲布局示意移載車沿導軌方向的運動由如圖２所示的同步帶直線定位系統(tǒng)實現。同步帶的兩端固定在庫內基座上，帶輪固定在移栽車上，張緊輪保證了帶輪和帶齒的嚙合。電機驅動帶輪，帶動移栽車沿導軌方向移動。圖２同步帶直線定位系統(tǒng)移載車與貨架之間的對接機構如圖３所示。鏈輪Ａ安裝在貨架上；鏈輪Ｂ及鏈條安裝在移載車上，可沿鏈輪Ａ方向伸出或者收回。移載車移至指定貨架位置后，運動控制器發(fā)送指令控制鏈輪Ｂ及鏈條向鏈輪Ａ方向伸出，直至鏈輪Ａ和鏈條嚙合。已知鏈輪Ａ的齒厚約為２０ｍｍ，圖３船用倉儲系統(tǒng)對接機構鏈條的內鏈節(jié)內寬約為２４ｍｍ，那么同步帶驅動定位系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差只有保證在２ｍｍ以內才能實現鏈輪Ａ與鏈條的正常嚙合。２數學模型２．１同步帶模型同步帶定位系統(tǒng)是依靠嚙合的帶齒和輪齒來傳遞動力［４］。首先伺服電機驅動帶輪，輪齒對帶齒產生擠壓，將圓周力傳遞給同步帶內的鋼絲芯，鋼絲芯受拉力產生拉伸變形，拉伸變形產生的彈性拉力驅動移載車沿導軌方向運動。此外，當輪齒和帶齒嚙合時，帶齒谷底面與輪齒頂部相接觸部分產生摩擦力，該部分的摩擦力也能起到傳遞動力的作用。同步帶的傳動受力分析情況如圖４所示，其中Ｆｆｎ為摩擦力，Ｑｎ為輪齒與帶齒之間的作用力，兩者之和即為同步帶受

的穩(wěn)態(tài)誤差只有保證在２ｍｍ以內才能實現鏈輪Ａ與鏈條的正常嚙合。２數學模型２．１同步帶模型同步帶定位系統(tǒng)是依靠嚙合的帶齒和輪齒來傳遞動力［４］。首先伺服電機驅動帶輪，輪齒對帶齒產生擠壓，將圓周力傳遞給同步帶內的鋼絲芯，鋼絲芯受拉力產生拉伸變形，拉伸變形產生的彈性拉力驅動移載車沿導軌方向運動。此外，當輪齒和帶齒嚙合時，帶齒谷底面與輪齒頂部相接觸部分產生摩擦力，該部分的摩擦力也能起到傳遞動力的作用。同步帶的傳動受力分析情況如圖４所示，其中Ｆｆｎ為摩擦力，Ｑｎ為輪齒與帶齒之間的作用力，兩者之和即為同步帶受到的圓周力Ｆｎ。圖４同步帶受力分析為了便于構建同步帶直線驅動機構的數學模型，可作以下假設［５］：將同步帶看作一無質量的且始終工作在彈性變形范圍內的彈簧；忽略同步帶的彎曲剛性；所有傳動部件之間無間隙。在上述假設的基礎上，應用集總參數法構建同步帶直線定位系統(tǒng)的動力學模型為：Ｊｅｑ＝Ｊ＋ＪＧ＋Ｇ２ＪｍＧτｍ＝Ｊｅｑ¨θ＋（Ｔ２－Ｔ１）ｒ＋Ｔｆａ·ｓｉｇｎ（?θ）＋Ｂ·ｒ２?θＴ２－Ｔ１＝Ｍ¨ｘ＋Ｆｆ·ｓｉｇｎ（?ｘ）＋Ｂｌ·?ｘ＋Ｍｇｓｉｎα＋烅烄烆Ｎ（１）Ｊｅｑ為折算后的等效轉動慣量；Ｇ為電機減速器的減速比；ＪＧ，Ｊｍ，Ｊ分別為減速器、電機和帶輪的轉動慣量；Ｍ為移載車的質量；θ，?θ，¨θ分別為帶輪的角位移、角速度、角加速度；ｒ為帶輪半徑；Ｔｆａ為作用

【參考文獻】：
期刊論文
[1]同步齒形帶的研究使用現狀與發(fā)展[J]. 楊玉萍,曹清林,沈世德.  南通工學院學報. 2000(01)

博士論文
[1]柔性驅動拱架機器人的建模與控制[D]. 吳金波.華中科技大學 2007



本文編號：3615571