專利名稱：一種并聯機構運動平臺和變加速度運動控制方法
技術領域：
本發明涉及一種并聯機構運動平臺和變加速度運動控制方法。
背景技術：
電子封裝的對象一般都尺寸微小、質量輕、定位精度要求高，對裝配運動平臺、機械手或焊頭的運動性能要求苛刻。運動過程中的振動要小，特別是啟動和停止階段的速度和加速度曲線必須連續或光滑，否則影響定位精度和工作效率。變加速度可應用于并聯機構運動平臺裝置中，通過變加速度控制，可以使運動平臺和焊頭的運行曲線、速度曲線和加速度曲線都連續、光滑，中間沒有停滯、突變現象，因此運動平臺在運行過程中沖擊、振動小；在啟動和停止時，運動平臺加速度為零，因此運動平臺能柔和起停，運動平臺上的執行器具能以“零接觸力”接觸工件或元器件，這對提高裝配質量和效率非常有利。該機構可應用于電子封裝設備的聞速聞精度執行機構中，例如:IC芯片粘片機、焊線機和SMT的焊頭等。

發明內容
針對執行機構在運動的起點和終點需要平穩、柔和運動，而在其他路徑上需要盡可能的高速運行。本發明的目的是提供一種并聯機構運動平臺和變加速度運動控制方法。本發明提供一種并聯機構運動平臺和變加速度控制方法，該并聯機構運動平臺包括機架、直線導軌、左滑塊、右滑塊、第一連桿、第二連桿、第三連桿和動平臺；所述直線導軌安裝在所述機架上，所述左滑塊和右滑塊沿所述直線導軌運動；動平臺與所述第一連桿、第二連桿、第三連桿的一端鉸接，所述第一連桿、第二連桿的另一端與所述左滑塊鉸接，所述第三連桿的另一端與所述右滑塊鉸接；所述三個連桿、兩個滑塊和動平臺形成平面并聯機構；按照不同的加速度曲線對所述左滑塊和右滑塊進行變加速度控制。進一步地，采用兩個伺服電機分別通過不同的S型速度控制曲線控制所述左、右滑塊的運動，使得所述左、右滑塊的加速度為變加速度。進一步地，所述變加速度為T形曲線。一種基于上述變加速度控制方法的并聯機構運動平臺，所述三副連桿的長度相等，其中第一連桿與第二連桿平行；所述第一連桿、第二連桿、所述左滑塊、所述動平臺形成平行四邊形結構，確保所述動平臺在運動過程中始終與直線導軌平行。進一步地，在所述直線導軌的兩端分別安裝兩個光電開關。進一步地，所述機架和所述三個連桿都采用鋁合金制作。進一步地，所述機架安裝在的鑄鋼底座上。本發明由于采用以上技術方案，具有以下優點:
I)通過驅動電機的變加速度控制，可以使運動平臺和焊頭的運行曲線、速度曲線和加速度曲線都連續、光滑，中間沒有停滯、突變現象，運動平臺在運行過程中沖擊、振動小；在啟動和停止時，運動平臺的加速度為零，因此運動平臺能柔和起停，運動平臺上的焊頭能以“零接觸力”接觸工件或元器件。2)并聯機構連接動平臺結構穩定，剛度大；與串聯機構相比，在相同自重與體積下具有較高的承載能力，同時具有機構的運動精度高、運動速度快、加速度大的特點。3)滑塊在直線導軌上只作平動，控制較為容易。4)長度相等的兩個連桿、動平臺和左滑塊組成的平行四邊行機構，保證動平臺在運動過程中始終與直線導軌保持平行。5)光柵尺測量滑塊的位置，通過 全閉環反饋控制伺服電機轉動的角度，來帶動左右滑塊的移動，從而實現動平臺的高精度位移和定位。6)機構整體重量比較輕，尺寸小，特別是并聯機構和動平臺的重量輕，容易安裝在其他的機器上或和其他機器聯合使用。


圖1是本發明裝置的示意圖。圖2是本發明裝置的左右滑塊加速度示意圖。圖3是本發明裝置的動平臺X、Y方向及合成的速度曲線示意圖。圖4是本發明裝置的動平臺X、Y方向及總加速度曲線示意圖。其中:I動平臺，2焊頭，3、4長度相等的第一和第二連桿，5左伺服電機，6右伺服電機，7左滑塊，8運動軌跡曲線，9第三連桿，10右滑塊，11光柵尺，12直線導軌，13、14滾珠絲杠，15機架，16光電開關，17軸承座。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步地詳細說明:
如圖1所示，本發明包括機架15，承載著全部結構，兩條直線導軌12安裝在機架水平方向。機架的兩端安裝有軸承座17，滾珠絲杠13、14的兩端軸承安裝在軸承座里，滾珠絲杠和導軌平行，左滑塊7、右滑塊10分別安裝在直線導軌12上，由滾珠絲杠驅動左右滑塊沿直線導軌移動；由于右滑塊10運行的距離比左滑塊7運行的距離長，將與左滑塊7相連的滾珠絲杠的螺距選擇小一些，與右滑塊相聯的滾珠絲杠的螺距大一些，便于均衡左右電機的轉速；直線導軌12的上側面裝有光柵尺11，用于確定滑塊的位置，將光柵尺檢測到的滑塊位置的數字量傳輸到計算機，和預定的數字量進行比較，從而調整給驅動電機的指令，提高動平臺和焊頭的位置精度；三副連桿長度相等，其中第一連桿3、第二連桿4的兩端分別與動平臺I和左滑塊7鉸接，形成一個平行四邊形機構，使動平臺和焊頭只能平動而不能轉動。第三連桿9的一端與右滑塊10鉸接，另一端與動平臺I鉸接，第一連桿3、第二連桿4和第三連桿9組成了一個并聯機構，該并聯機構結構穩定，剛度大。與串聯機構相比，在相同自重與體積下具有較高的承載能力；驅動電機5、6安裝在機架上，減輕了運動系統的重量和慣性，可以優化整個機構的運動學、動力學性能。長度相等的第一連桿3、第二連桿4、第三連桿9和相連的左右滑塊、動平臺等組成并聯機構，結構穩定，剛度大，有較高的承載能力。在立式機架的直線導軌兩端分別安裝兩個光電開關16，控制左右滑塊的終端位置，一旦滑塊越程，光電開關產生脈沖，計算機控制整個機構停止運行，發出報警，等待處理。
為了減輕機構的重量，連桿件和立式機架的材料都采用鋁合金；為了減小機構的振動，立式機架安裝在的鑄鋼底座上。本機構采用兩套直線導軌導向，兩個伺服電機分別驅動各自的滾珠絲杠，光柵尺檢測位置精度。本機構的兩個伺服電機分別采用不同的S型速度控制曲線來進行控制，其加速度為T形，為變加速度，動平臺及其上的焊頭的加速度、速度為兩個驅動電機的加速度、速度的矢量和，因此在起點和終點，機構的速度、加速度為零，即運動平臺和安裝的焊頭能柔和起停，以“零接觸力”接觸拾取的元器件，在運行過程中平臺的加速度也連續，即機構的運行路徑上的一階、二階導數存在，三階導數連續，所以動平臺的運動平穩，沖擊、振動小，這對提高封裝質量和效率非常有利。所描述的運動控制包括如下步驟:
I)本發明裝置的左右滑塊加速度控制(圖2)
采用T型加速度控制曲線時，右滑塊在整個運行區間的加速度曲線:
經過第一個時間間 隔(即經過時間
2石、T41和^ )，右滑塊運行的距離和速度分別為:
權利要求
1.一種并聯機構運動平臺的變加速度運動控制方法， 所述并聯機構運動平臺包括機架(15)、直線導軌(12)、左滑塊(7)、右滑塊(10)、第一連桿(3)、第二連桿(4)、第三連桿(9)和動平臺(I)； 所述直線導軌(12)安裝在所述機架(15)上，所述左滑塊(7)和右滑塊(10)沿所述直線導軌(12)運動； 所述動平臺(1)與所述第一連桿(3)、第二連桿(4)、第三連桿(9)的一端鉸接，所述第一連桿(3)、第二連桿(4)的另一端與所述左滑塊(7)鉸接，所述第三連桿(9)的另一端與所述右滑塊(10)鉸接； 所述三個連桿(3、4、9)、兩個滑塊(7、10)和動平臺(I)形成平面并聯機構； 其特征在于: 按照不同的加速度曲線對所述左滑塊(7 )和右滑塊(10 )進行變加速度控制。
2.根據權利要求1所述的一種并聯機構運動平臺的變加速度控制方法，其特征在于: 采用兩個伺服電機分別采用不同的S型速度控制曲線控制所述左、右滑塊(7、10)的運動，使得所述左、右滑塊(7、10 )的加速度為變加速度。
3.根據權利要求1或2所述的一種并聯機構運動平臺的變加速度控制方法，其特征在于: 所述變加速度為T形。
4.一種基于權利要求1-3所述的變加速度控制方法的并聯機構運動平臺，其特征在于: 所述三副連桿長度相同，其中第一連桿(3 )與第二連桿(4)平行； 所述第一連桿(3)、第二連桿(4)、所述左滑塊(7)、所述動平臺(1)形成平行四邊形結構，確保所述動平臺(1)在運動過程中始終與直線導軌(12)平行。
5.根據權利要求4所述的并聯機構運動平臺，其特征在于: 在所述直線導軌(12)的兩端分別安裝兩個光電開關(16)。
6.根據權利要求4所述的并聯機構運動平臺，其特征在于: 所述機架(15 )和所述三個連桿(3、4、9 )都采用鋁合金材料制作。
7.根據權利要求4所述的并聯機構運動平臺，其特征在于: 所述機架(15)安裝在的鑄鋼底座上。
全文摘要
本發明公開了一種并聯機構運動平臺和變加速度運動控制方法，該裝置由滑塊、連桿、動平臺和直線導軌等組成。動平臺由三副連桿鉸接支撐，三副連桿的另一端分別同兩個滑塊鉸接。其中兩副連桿、兩個滑塊和動平臺形成對稱結構，另一副連桿與其中一副連桿平行，使兩平行連桿、滑塊和動平臺形成平行四邊形結構，確保動平臺在運動過程中始終與直線導軌平行。兩滑塊、連桿和動平臺形成平面并聯機構。通過分別控制兩滑塊作變加速移動，可以使動平臺實現運動軌跡曲線、速度曲線和加速度曲線都連續、光滑，中間沒有停滯、突變現象，因此運動平臺在運行過程中沖擊、振動小；在啟動和停止時，運動平臺加速度為零。
文檔編號B25J13/00GK103213119SQ20131016144
公開日2013年7月24日 申請日期2013年5月6日 優先權日2013年5月6日
發明者陳新, 李克天, 彭衛東, 陳新度, 楊海東 申請人:廣東工業大學