專利名稱：一種雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)消隙裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)消隙裝置，更具體的說(shuō)，尤其涉及一種采用兩個(gè) 電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)并消隙的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)消隙裝置。
背景技術(shù)：
在高精度的位置伺服系統(tǒng)中，由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械加工誤差和機(jī)械磨損的存在， 使得電機(jī)至受控對(duì)象之間存在較大的傳動(dòng)間隙。為此，人們采用消隙齒輪、自動(dòng)預(yù)緊機(jī)構(gòu)等 辦法消除此間隙，此方法可有效的消除傳動(dòng)間隙的靜態(tài)誤差，但在高精度的位置伺服中，電 機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載進(jìn)行頻繁的換向，即使采用上述的機(jī)械消隙措施，由于間隙所造成的瞬態(tài)誤差 仍難以克服，使得控制精度達(dá)不到所需的控制要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型為了克服上述技術(shù)問(wèn)題的缺點(diǎn)，提供了一種采用兩個(gè)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的 雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)消隙裝置。本實(shí)用新型的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)消隙裝置，包括固定于導(dǎo)向臺(tái)上的齒條、與工作臺(tái)相固 定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控制的電機(jī)控制系統(tǒng)，其特別之處在于所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī) 包括第一電機(jī)和第二電機(jī)，所述的電機(jī)控制系統(tǒng)包括第一電機(jī)控制系統(tǒng)和第二電機(jī)控制系 統(tǒng)；所述的第一電機(jī)控制系統(tǒng)和第二電機(jī)控制系統(tǒng)均包括對(duì)相應(yīng)電機(jī)的位置進(jìn)行檢測(cè)的位 置測(cè)量模塊、與位置測(cè)量模塊輸出端相連的位置控制器、與位置控制器的輸出端相連的速 度控制器、電流控制器，所述位置控制器的輸入端還連接有插補(bǔ)信號(hào)；所述的電流控制器的 輸入端與輸出端分別與速度控制器的輸出端和相應(yīng)電機(jī)的輸入端相連接；所述電機(jī)控制系 統(tǒng)還包括PI控制器和濾波器模塊，所述PI控制器的輸入端和輸出端分別與兩個(gè)速度控制 器的輸出端和輸入端相連接，所述濾波器的輸入端與輸出端分別與力矩差值信號(hào)和PI控 制器的輸入端相連接。如果采用單個(gè)電機(jī)來(lái)進(jìn)行傳動(dòng)的過(guò)程中，當(dāng)電機(jī)的環(huán)形的過(guò)程中，由 于齒輪和齒條相配合時(shí)存在間隙，導(dǎo)致傳動(dòng)精度不高。因此，本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)置第 一電機(jī)和第二電機(jī)，以便實(shí)現(xiàn)傳遞過(guò)程中的消隙，第一電機(jī)和第二電機(jī)固定在工作臺(tái)上；位 置測(cè)量模塊用于對(duì)電機(jī)移動(dòng)位置進(jìn)行檢測(cè)并把檢測(cè)到的結(jié)果反饋輸入到位置控制器的輸 入端，位置控制器的輸入端還連接有插補(bǔ)信號(hào)，以便控制電機(jī)的運(yùn)行精度。第一電機(jī)輸出的 力矩值與第二電機(jī)輸出的力矩值之差的大小可以通過(guò)改變力矩差值信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。力矩差值 信號(hào)經(jīng)由濾波器處理之后接到PI控制器的輸入端，PI控制器的輸入端還與兩速度控制器 的輸出端相連接，PI控制器可實(shí)現(xiàn)對(duì)力矩差值信號(hào)和兩個(gè)速度控制器輸出端信號(hào)的運(yùn)算并 把運(yùn)算的結(jié)果反饋到速度控制器的輸入端，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的精準(zhǔn)控制。電流控制器用于實(shí)現(xiàn) 對(duì)電機(jī)的直接控制。本實(shí)用新型的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)消隙裝置，所述的第一電機(jī)控制系統(tǒng)和第二電機(jī)控制系 統(tǒng)均包括用于檢測(cè)電機(jī)電流的電流檢測(cè)模塊和用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊；所述的 電流測(cè)量模塊與電流控制器的輸入端電氣連接，所述的轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊與速度控制器的輸入端電氣連接。電流檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)電機(jī)電流的測(cè)量，并把檢測(cè)到的電流值反饋至電流控制器 的輸入端，使得電流控制器的控制形成一個(gè)閉環(huán)控制回路，使得控制更加的準(zhǔn)確和穩(wěn)定 ’轉(zhuǎn) 速測(cè)量模塊可實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量，并把測(cè)得量接到速度控制器的輸入端，使得速度控制 器也組成一個(gè)閉環(huán)回路，使得控制回路更加的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。本實(shí)用新型的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)消隙裝置，所述的位置測(cè)量模塊為電機(jī)編碼器或光柵 尺。電機(jī)編碼器和光柵尺所實(shí)現(xiàn)的精度等級(jí)不同，根據(jù)控制精度的要求可選擇電機(jī)編碼器 或光柵尺。本實(shí)用新型的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)消隙裝置，所述的第一電機(jī)和第二電機(jī)均為伺服電機(jī)。 伺服電機(jī)有控制精度的較好，可以滿足控制要求。本實(shí)用新型的有益效果是通過(guò)設(shè)置兩個(gè)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)消隙，即消除了機(jī)床定位時(shí) 易產(chǎn)生的間隙震蕩，也降低了單個(gè)電機(jī)的額定功率以及齒輪與齒條的模數(shù)，使得傳遞精度 更高更穩(wěn)定，減小了減速箱、齒輪和齒條的體積；同預(yù)加載荷的機(jī)械消隙方法中只能消除最 后一級(jí)齒輪-齒條的間隙相比，本實(shí)用新型的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)消隙可完全消除傳動(dòng)鏈中所有的 嚙合側(cè)隙。
圖1為本實(shí)用新型的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的原理示意圖；圖2為本實(shí)用新型的電路控制系統(tǒng)的原理圖；圖3為本實(shí)用新型的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)消隙裝置及消隙方法的消隙原理示意圖。圖中1第一電機(jī)，2第二電機(jī)，3齒條。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1給出了本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)用新型的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)消隙裝置包括第 一電機(jī)1、第二電機(jī)2和齒條3，所示的齒條3固定在導(dǎo)向臺(tái)上，該導(dǎo)向臺(tái)可以是水平的導(dǎo)軌 平臺(tái)也可以是其他方向的平臺(tái)，在工作臺(tái)移動(dòng)或靜止的過(guò)程中齒條3均處于靜止?fàn)顟B(tài)，第 一電機(jī)1和第二電機(jī)2均固定在工作臺(tái)上，與齒條3相配合的兩個(gè)齒輪分別與第一電機(jī)1 和第二電機(jī)2通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接。圖2為本電路控制系統(tǒng)的原理圖，第一電機(jī)1和第二電機(jī)2的控制系統(tǒng)均包括電 機(jī)編碼器、位置控制器、速度控制器、電流控制器、電流檢測(cè)模塊、轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊，電機(jī)編碼 器用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)位置的測(cè)量并把測(cè)得的數(shù)據(jù)反饋給位置控制器，電流檢測(cè)模塊用于檢測(cè)流 經(jīng)電機(jī)線圈電流的大小并把測(cè)得的數(shù)值反饋給電流控制器，轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊用于檢測(cè)電機(jī)的 轉(zhuǎn)速并把測(cè)量的數(shù)值反饋給速度控制器。圖2所示的電路控制系統(tǒng)還包括PI控制器和濾 波器，濾波器輸入端的輸入信號(hào)為力矩差值信號(hào)，力矩差值信號(hào)即圖中所示的力矩偏差信 號(hào)，通過(guò)改變力矩差值信號(hào)的大小就可改變第一電機(jī)輸出力矩與第二電機(jī)輸出力矩之間差 值的大小，力矩差值信號(hào)經(jīng)濾波器濾波后接到PI控制器的輸入端，力矩差值信號(hào)和兩速度 控制器輸出端的輸出信號(hào)為PI控制器輸入端的輸入信號(hào)，PI控制器的輸出信號(hào)接到兩速 度控制器的輸入端。位置控制器輸入端的信號(hào)為系統(tǒng)給定的插補(bǔ)信號(hào)和電機(jī)編碼器的反饋 信號(hào)，輸出端與速度控制器的輸入端相連接；電機(jī)編碼器把測(cè)得的信號(hào)反饋到位置控制器的輸入端，使得控制系統(tǒng)形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使得控制更加的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。速度控制器輸入端的信號(hào)為位置控制器的輸出信號(hào)、PI控制器的輸出信號(hào)和轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊的反饋信號(hào)，轉(zhuǎn) 速測(cè)量模塊把測(cè)量的速度信號(hào)反饋到速度控制器的輸入端，使得速度信號(hào)的控制也為閉環(huán) 控制，使得控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定。電流控制器輸入端的信號(hào)為速度控制器的輸出信號(hào)、電流檢 測(cè)模塊的反饋信號(hào)，電流控制器的控制方式也為閉環(huán)回路控制。圖2中所示的機(jī)械連接表 示第一電機(jī)和第二電機(jī)在工作的過(guò)程中處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。圖3給出了本實(shí)用新型的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)消隙裝置及消隙方法的消隙原理示意圖，其 包括圖(1)至圖(8)八個(gè)狀態(tài)示意圖，所示的master或slave齒輪分別與第一電機(jī)或第 二電機(jī)的輸出軸傳動(dòng)連接。不妨設(shè)master齒輪與第一電機(jī)的輸出軸相連接，slaver齒輪 與第二電機(jī)的輸出軸相連接，圖(1)為靜止?fàn)顟B(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖，在這種狀態(tài)下，第一電機(jī) 和第二電機(jī)的輸出力矩大小相等方向相反，且第一電機(jī)和第二電機(jī)的輸出力矩大小均為恒 定值Δ大小的二分之一，左側(cè)的master齒輪與齒條上的相應(yīng)齒的左齒面緊密接觸，右側(cè) 的slaver齒輪與齒條上的相應(yīng)齒的右齒面緊密接觸；圖(2)至圖(5)均為工作臺(tái)向左加速 狀態(tài)下的示意圖，圖⑵中所示的第一電機(jī)的輸出力矩加大，第二電機(jī)的速出力矩減??；圖 (3)中所示第一電機(jī)的輸出力矩等于恒定值△，第二電機(jī)輸出力矩的大小變?yōu)榱悖趫D(3) 所示的時(shí)刻之前，第二電機(jī)輸出力矩的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颍粓D(4)中所示的第一電機(jī) 和第二電機(jī)的力矩值方向相同且均達(dá)到了最大值，這時(shí)，不僅工作臺(tái)克服最大靜摩擦力，開(kāi) 始運(yùn)動(dòng)，而且slaver齒輪與齒條上的相應(yīng)齒的左齒面緊密接觸，以便在第一電機(jī)和第二電 機(jī)的共同作用下開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，有利于減小單個(gè)電機(jī)的而定功率；圖(5)和圖(6)為第一電機(jī)和 第二電機(jī)克服最大靜摩擦力之后由加速到勻速的過(guò)程，根據(jù)工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)所需克服的摩擦 力大小和設(shè)定的兩電機(jī)力矩之差的恒定值Δ大小不同，圖(5)和圖(6)所示的第一電機(jī)和 第二電機(jī)的力矩會(huì)有所不同；圖(7)和圖(8)為減速狀態(tài)下的示意圖，在第一電機(jī)和第二電 機(jī)共同的作用下，工作臺(tái)進(jìn)行向左運(yùn)動(dòng)的減速運(yùn)動(dòng)，最后的狀態(tài)會(huì)回到如圖(1)所示的靜 止?fàn)顟B(tài)。在進(jìn)行檢測(cè)和控制工作臺(tái)移動(dòng)位置的過(guò)程中，如果是向左運(yùn)動(dòng)，則左面的電機(jī) (即第一電機(jī))作為主運(yùn)動(dòng)電機(jī)，工作臺(tái)的行程控制和測(cè)量均通過(guò)第一電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)；如果是 向右運(yùn)動(dòng)，則右面的電機(jī)(即第二電機(jī))作為主運(yùn)動(dòng)電機(jī)，工作臺(tái)的行程控制和測(cè)量均通過(guò) 第二電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求一種雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)消隙裝置，包括固定于導(dǎo)向臺(tái)上的齒條(3)、與工作臺(tái)相固定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控制的電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)包括第一電機(jī)(1)和第二電機(jī)(2)，所述的電機(jī)控制系統(tǒng)包括第一電機(jī)控制系統(tǒng)和第二電機(jī)控制系統(tǒng)；所述的第一電機(jī)控制系統(tǒng)和第二電機(jī)控制系統(tǒng)均包括對(duì)相應(yīng)電機(jī)的位置進(jìn)行檢測(cè)的位置測(cè)量模塊、與位置測(cè)量模塊輸出端相連的位置控制器、與位置控制器的輸出端相連的速度控制器、電流控制器，所述位置控制器的輸入端還連接有插補(bǔ)信號(hào)；所述的電流控制器的輸入端與輸出端分別與速度控制器的輸出端和相應(yīng)電機(jī)的輸入端相連接；所述電機(jī)控制系統(tǒng)還包括PI控制器和濾波器模塊，所述PI控制器的輸入端和輸出端分別與兩個(gè)速度控制器的輸出端和輸入端相連接，所述濾波器的輸入端與輸出端分別與力矩差值信號(hào)和PI控制器的輸入端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)消隙裝置，其特征在于所述的第一電機(jī)控制系 統(tǒng)和第二電機(jī)控制系統(tǒng)均包括用于檢測(cè)電機(jī)電流的電流檢測(cè)模塊和用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的 轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊；所述的電流測(cè)量模塊與電流控制器的輸入端電氣連接，所述的轉(zhuǎn)速測(cè)量模 塊與速度控制器的輸入端電氣連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)消隙裝置，其特征在于所述的位置測(cè)量模 塊為電機(jī)編碼器或光柵尺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)消隙裝置，其特征在于所述的第一電機(jī)和 第二電機(jī)均為伺服電機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種采用兩個(gè)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)消隙裝置，包括固定于導(dǎo)向臺(tái)上的齒條、與工作臺(tái)相固定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控制的電機(jī)控制系統(tǒng)，其特別之處在于所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)包括第一電機(jī)和第二電機(jī)，所述的第一電機(jī)控制系統(tǒng)和第二電機(jī)控制系統(tǒng)均包括對(duì)相應(yīng)電機(jī)的位置進(jìn)行檢測(cè)的位置測(cè)量模塊、與位置測(cè)量模塊輸出端相連的位置控制器、與位置控制器的輸出端相連的速度控制器、電流控制器，所述位置控制器的輸入端還連接有插補(bǔ)信號(hào)。本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)置兩個(gè)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)消隙，既消除了間隙震蕩，也降低了電機(jī)的額定功率以及齒輪與齒條的模數(shù)，使得傳遞精度更高更穩(wěn)定。
文檔編號(hào)H02P5/52GK201708749SQ20102020638
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者劉翔云, 劉通, 李文濤 申請(qǐng)人:濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司