一種新型LED顯示屏陣列式插件機(jī)同步送料機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真與參數(shù)優(yōu)化

1、一種新型LED顯示屏陣列式插件機(jī)同步送料機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真與參數(shù)優(yōu)化    論文關(guān)鍵詞:同步送料  運(yùn)動仿真  時序安排    論文摘要:采用了UG Motion的輔助運(yùn)動仿真分析方法,在仿真系統(tǒng)運(yùn)動過程的基礎(chǔ)上,詳盡分析了該模塊內(nèi)部的運(yùn)動約束關(guān)系,提出了系統(tǒng)運(yùn)動優(yōu)化目標(biāo),進(jìn)而求解了系統(tǒng)時序最優(yōu)安排,并根據(jù)求解結(jié)果,對驅(qū)動凸輪部件進(jìn)行了動力學(xué)相關(guān)參數(shù)優(yōu)化,為系統(tǒng)在設(shè)定工況下能按較佳的運(yùn)動和動力特性工作提供了保證。    1引言    

2、;  LED顯示屏陣列式插件機(jī)是針對 LED顯示屏生產(chǎn)工藝過程中LED發(fā)光管插件工序開發(fā)的一種新型高速自動插件設(shè)備，如圖1所示，采用陣列機(jī)械手同步工作方式，單次動作循環(huán)完成整列發(fā)光管的插件工序過程，實現(xiàn)高速、自動插件，以替代目前 LED顯示屏生產(chǎn)中插件工序的大量人工操作，提高生產(chǎn)效率。        由于LED顯示屏陣列式插件機(jī)采用功能模塊化設(shè)計，各模塊之間銜接緊密，模塊內(nèi)部動作部件較多，動作同步性要求高，同時，為提高工作能力，關(guān)鍵部件均處于較高速度運(yùn)動狀態(tài)，在其設(shè)計開發(fā)過程中，各動作部件的動作

3、時序和同步問題、關(guān)鍵零部件的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特性成為需要解決的核心問題之一一，特別是送料模塊，動作零部件多，動作順序之間有進(jìn)步進(jìn)行優(yōu)化，提高模塊工作效率。     2機(jī)構(gòu)動作過程     LED顯示屏陣列式插件機(jī)送料模塊，如圖2所示。    其送料動作過程為：     (1)發(fā)光管來料同步送入第一分料動?xùn)虐搴?，第一分料動?xùn)虐逑蛞粋?cè)移動，至八槽通料靜柵板通料槽奇數(shù)槽位，槽 口對齊后，發(fā)光管被推入八槽靜柵板通料槽，至第一分料擋板停； 

4、0;   (2)發(fā)光管離開第一分料動?xùn)虐搴?，第一分料動?xùn)虐逋嘶刂猎冀恿衔?，第二批管料通過四槽通料靜柵板同步送人后，第一分料動?xùn)虐逑蛄硪粋?cè)移動，至八槽通料靜柵板通料槽偶數(shù)槽位，槽口對齊后，發(fā)光管被推入八槽靜柵板通料槽，至第一分料擋板停 止：     (3)八槽通料靜柵板中儲存八個發(fā)光管后，第一分料擋板移動，發(fā)光管離開擋板被送入沖裁模板，沖裁模板動作，裁去長余部分管腳；     (4)沖裁后的發(fā)光管被推入到極性旋轉(zhuǎn)組件處，按照檢測的極性正反順序進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，調(diào)整成統(tǒng)一極性排列；  

5、   (5)完成極性調(diào)整后，發(fā)光管被推人第二分料動?xùn)虐澹鋭幼黜樞蛲谝环至辖M件，最終完成十六列發(fā)光管排列輸送到位。整個動作過程示意，如圖3所示。        3運(yùn)動仿真分析     按照設(shè)計工作能力要求，并為后續(xù)改進(jìn)中設(shè)備工作效率提升預(yù)留空間，該送料模塊單次動作周期須36s，由此可推算出送料機(jī)構(gòu)各動作部分動作頻率及時序約束關(guān)系：         即第二分料擋板處出

6、料動作頻率為 136Hz以上；         即第一分料擋板處出料動作頻率為 118Hz以上(該處十六列發(fā)光管由第一分料動?xùn)虐褰?jīng)過兩次分料動作后儲存完成)； 與之對應(yīng)，第二分料動?xùn)虐搴偷谝环至蟿訓(xùn)虐宥夹杞?jīng)過左移分料一回位接料一右移分料一回位接料的循環(huán)動作過程 ，其動作周期滿足：        第二分料動?xùn)虐遄笠品至?、回位接?、右移分料動作周期時間；    ；一分料動?xùn)虐遄笠品至?、回位接?、右

7、移分料動作周期時間。    該過程各步動作時間周期受驅(qū)動凸輪運(yùn)動特性和驅(qū)動電機(jī)特I生參數(shù)限制，需根據(jù)仿真分析結(jié)果，對凸輪運(yùn)動曲線進(jìn)行優(yōu)化，同時應(yīng)考慮驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性，選取滿足條件的驅(qū)動電機(jī)。 受機(jī)構(gòu)動作頻率限制，極性旋轉(zhuǎn)和管料縱向移動也需要消耗一定時間，該部分時間安排在上述各動作部分時間周期內(nèi)，以減小時間消耗，        四槽通料靜柵板、八槽通料靜柵板、極性旋轉(zhuǎn)輸出柵板、十六槽通料靜柵板中發(fā)光管通過時間周期；一分料動?xùn)虐搴偷诙至蟿訓(xùn)虐遄笠品至?、回位接料、右移分料動作升?/p>

8、、停留、回程時間周期。    為在各 自動作頻率和運(yùn)動特性限制范圍內(nèi)合理安排各動作步序，需要將各機(jī)構(gòu)動作綜合進(jìn)行運(yùn)動分析，以尋求合理的時序安排和相應(yīng)時序安排下各驅(qū)動元件的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特性設(shè)計，根據(jù)上述各動作時間周期模型，利用設(shè)計軟件的運(yùn)動仿真分析功能輔助求解，以得到合理的時序安排結(jié)果。     仿真分析過程中，首先將各動作機(jī)構(gòu)運(yùn)動形式按相應(yīng)運(yùn)動副形式進(jìn)行設(shè)置；然后按照式(1)、(2)、(3)、(4)、進(jìn)行動作時序關(guān)系設(shè)置，并按運(yùn)動先后順序和機(jī)構(gòu)動作互鎖性質(zhì)對各動作機(jī)構(gòu)動作觸發(fā)關(guān)系進(jìn)行設(shè)定；參照驅(qū)動電機(jī)動力特性參數(shù)

9、預(yù)設(shè)置驅(qū)動力形式，并對不同機(jī)構(gòu)中間間歇時間分別以區(qū)問限定的時間自變量予以代替，設(shè)定完成后運(yùn)行仿真系統(tǒng)，系統(tǒng)按設(shè)定情況進(jìn)行解算，輸出運(yùn)動模擬情況和仿真數(shù)據(jù)結(jié)果。第一分料動?xùn)虐搴偷诙至蟿訓(xùn)虐鍣C(jī)構(gòu)動作時序，如圖4所示。    4驅(qū)動凸輪運(yùn)動曲線設(shè)計    圖4顯示的第一分料動?xùn)虐搴偷诙至蟿訓(xùn)虐鍣C(jī)構(gòu)動作時序是系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定機(jī)構(gòu)動作約束關(guān)系解算后得到的最佳時序，用于指導(dǎo)動作機(jī)構(gòu)驅(qū)動組件的運(yùn)動設(shè)計。設(shè)計中，驅(qū)動組件為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動凸輪實現(xiàn)預(yù)期動作，根據(jù)凸輪運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特性，不能將二述時序曲線直接轉(zhuǎn)化成驅(qū)動輪的運(yùn)動曲線，必須以

10、上述時序要求為指導(dǎo)，對輪運(yùn)動曲線進(jìn)行優(yōu)化，以獲得較好的系統(tǒng)動力學(xué)特性，避免驅(qū)動組件工作時產(chǎn)生較大的沖擊和噪聲，提高系統(tǒng)工作壽命。如表 1所示，為優(yōu)化后的常見凸輪運(yùn)動曲線特性值。        按凸輪運(yùn)動形式分類，本插件機(jī)送料機(jī)構(gòu)屬中速輕載形式根據(jù)凸輪運(yùn)動規(guī)律的選用原則，對中速輕載晴況，應(yīng)選用A 和 較小的曲線，以保證從動件運(yùn)轉(zhuǎn)時的工作精度。     由表數(shù)據(jù)可以看出，修正梯形和通用優(yōu)化 I具有較低的 值，分別為6143和 6947(當(dāng)  取值不同時略有變化)，而修正

11、梯形曲線的  值和 t 值(分別未 4888和 2671)均較通用優(yōu)化 I(分別為 5528和3417)小，可見修正梯形較適用于該場合應(yīng)用。修正梯形是由等加速度曲線修正得到，即在等加速度的不連續(xù)處(兩端和中間)加上簡諧曲線作為過度曲線并且仍保持其對稱性 ，即         該曲線保留了等加速度曲線 A 小的優(yōu)點，又克服了其不連續(xù)的缺點，適合中速輕載的場合。插件機(jī)的送料驅(qū)動凸輪選用該型運(yùn)動曲線進(jìn)行設(shè)計，以獲得較好的運(yùn)動和動力學(xué)特性，保證從動件的工作精度。根據(jù)以上掙陛，插件機(jī)送料機(jī)構(gòu)第一分料動?xùn)虐搴偷诙至?/p>

12、動?xùn)虐弪?qū)動凸輪運(yùn)動曲線按該曲線進(jìn)行設(shè)計。     根據(jù)仿真結(jié)果，取動力學(xué)特性良好 。    5結(jié)論     LED顯示屏陣列式插件機(jī)送料模塊動作循環(huán)周期短，運(yùn)動速度較高，配合零部件數(shù)量多，在對相關(guān)運(yùn)動參數(shù)和約束進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，采用相關(guān)軟件輔助進(jìn)行運(yùn)動仿真分析，求解系統(tǒng)時序最優(yōu)安排，得到較合理的時序安排結(jié)果，根據(jù)求解結(jié)果，對驅(qū)動部件進(jìn)行了動力學(xué)相關(guān)參數(shù)優(yōu)化，并在此基礎(chǔ)上對驅(qū)動凸輪進(jìn)行了曲線優(yōu)化選取和設(shè)計，從仿真反饋和實際系統(tǒng)工作測試情況看設(shè)計方案較好的滿足了設(shè)計需求。

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