本發(fā)明涉及一種多齒輪動(dòng)態(tài)漸近嚙合同步驅(qū)動(dòng)裝置，特別涉及一種基于電伺服多齒輪動(dòng)態(tài)漸近嚙合同步驅(qū)動(dòng)裝置。

背景技術(shù)：
電伺服同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于柔性產(chǎn)品的制造過程中，以保證制造設(shè)備輸出恒定的速度及恒定的張緊度，如在塑料、印刷、包裝及造紙等行業(yè)中，要求布匹紙張等被加工物在各部分傳送時(shí)的運(yùn)行線速度步調(diào)一致、張力恒定。電伺服同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)還應(yīng)用于大負(fù)載、長跨度的設(shè)備中，以增加設(shè)備剛度、縮小總體尺寸，如軌道拖拽、龍門設(shè)備、自動(dòng)升降等系統(tǒng)。這類系統(tǒng)若使用單驅(qū)動(dòng)形式，為保證足夠的輸出功率，會(huì)因此而增大驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸；若采用多驅(qū)動(dòng)形式同步協(xié)調(diào)傳動(dòng)系統(tǒng)，不僅可以用較小動(dòng)力驅(qū)動(dòng)大負(fù)載，而且還能防止驅(qū)動(dòng)元件因受力不平衡而發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。此外，采用多驅(qū)動(dòng)形式的電伺服同步驅(qū)動(dòng)技術(shù)，可以構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，避免因某個(gè)驅(qū)動(dòng)器故障而導(dǎo)致生產(chǎn)的中斷。伺服同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)正朝著高性能、高速度、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。在同步系統(tǒng)中，電機(jī)之間的同步協(xié)調(diào)關(guān)系直接影響系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，因此多電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的同步協(xié)調(diào)控制具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。如專利號CN201010561475.X(授權(quán)公告號CN101984553A，授權(quán)公告日2011年3月9日)公開了電壓矢量選擇方法及依該方法建立的多電機(jī)同步系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用電壓矢量選擇方法，可以很好地解決多電機(jī)系統(tǒng)的同步控制性能和快速響應(yīng)控制性能的問題。采用一個(gè)控制器實(shí)現(xiàn)基于直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的多電機(jī)同步控制。為實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的同步控制，需要包括的步驟有：檢測多電機(jī)運(yùn)行的同步誤差、檢測定子磁鏈誤差、檢測電子轉(zhuǎn)矩誤差、檢測磁鏈所在扇區(qū)、設(shè)計(jì)電壓矢量開關(guān)表。該系統(tǒng)適用于高速、高精度場合中，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高。又如專利號CN201210178138.1(授權(quán)公開號CN102673365A，授權(quán)公告日2012年9月19日)公開了采用同步帶傳動(dòng)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，此系統(tǒng)采用分布的布置形式，比電機(jī)集中布置更加靈活，節(jié)省安 裝空間，并可實(shí)現(xiàn)全輪驅(qū)動(dòng)、前輪驅(qū)動(dòng)、后輪驅(qū)動(dòng)等多種驅(qū)動(dòng)控制模式，整車性能好，有利于減少汽車簧下質(zhì)量，成本低，高性能，而且十分適合傳統(tǒng)車向新能源汽車的改裝，因?yàn)橹恍柙跒楹筝喖友b二組獨(dú)立控制、且由同步帶減速傳動(dòng)的輪邊電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。但該系統(tǒng)的兩個(gè)同步電機(jī)與負(fù)載是通過同步帶傳遞動(dòng)力的，沒有對同步性提出太高要求，只能用在特定場合，限制其在剛性結(jié)構(gòu)上的使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于電伺服多齒輪動(dòng)態(tài)漸近嚙合同步驅(qū)動(dòng)裝置。本發(fā)明裝置采用的技術(shù)方案是：本發(fā)明一種基于電伺服多齒輪動(dòng)態(tài)漸近嚙合同步驅(qū)動(dòng)裝置，包括第一伺服電機(jī)、第二伺服電機(jī)、第一減速箱、第二減速箱、第一負(fù)載齒輪、第二負(fù)載齒輪、第一主齒輪、第二主齒輪、第一高精度編碼器、第二高精度編碼器、第一調(diào)整座、第二調(diào)整座、固定板、移動(dòng)板、基板、轉(zhuǎn)動(dòng)扳手、滾珠絲桿、直線導(dǎo)軌和LM滑塊；所述的基板通過地腳螺栓固定于地面上，基板上固定安裝由滾珠絲桿、直線導(dǎo)軌、LM滑塊及轉(zhuǎn)動(dòng)扳手組成的滾珠絲桿副傳動(dòng)模塊，固定板與所述的基板固連成一體；移動(dòng)板與所述滾珠絲桿副傳動(dòng)模塊的LM滑塊固連成一體，第一伺服電機(jī)固定安裝在所述的固定板上；第二伺服電機(jī)固定安裝在所述的移動(dòng)板上；所述的第一伺服電機(jī)作為第一主齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)軸通過第一減速箱與第一主齒輪中心孔同軸連接，第二伺服電機(jī)的主軸作為第二主齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)軸，通過第二減速箱與第二主齒輪中心孔同軸連接。第一負(fù)載齒輪和第二負(fù)載齒輪滿足分別與第一主齒輪和第二主齒輪的嚙合條件，第一高精度編碼器通過第一調(diào)整座與第一主齒輪的驅(qū)動(dòng)軸耦合，第二高精度編碼器通過第二調(diào)整座與第二主齒輪的驅(qū)動(dòng)軸耦合，所述的第一調(diào)整座和第二調(diào)整座分別固定安裝在固定板及移動(dòng)板上。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明可作為同步驅(qū)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，用于電伺服同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能的研究及控制策略的設(shè)計(jì)；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)，高開放性，可根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)進(jìn)行周邊擴(kuò)展和組合成其他更高級系統(tǒng)，以便于相關(guān)系統(tǒng)的建模與仿真研究；本發(fā)明能夠顯著提高設(shè)備在高速運(yùn)行狀態(tài)下的同步精度，以便將同步運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用在工程實(shí)際領(lǐng)域中。附圖說明圖1為本發(fā)明的一種實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖，左右兩圖分別是齒輪分離和嚙合示意圖；圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)基準(zhǔn)點(diǎn)原理圖；圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)邏輯關(guān)系圖(系統(tǒng)控制原理圖)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳盡的描述。如圖1所示，本發(fā)明一種基于電伺服多齒輪動(dòng)態(tài)漸近嚙合同步驅(qū)動(dòng)裝置，包括第一伺服電機(jī)1、第二伺服電機(jī)19、第一減速箱2、第二減速箱13、第一負(fù)載齒輪3、第二負(fù)載齒輪12、第一主齒輪4、第二主齒輪11、第一高精度編碼器5、第二高精度編碼器9、第一調(diào)整座6、第二調(diào)整座10、固定板7、移動(dòng)板8、基板14、轉(zhuǎn)動(dòng)扳手15、滾珠絲桿16、直線導(dǎo)軌17和LM滑塊18；所述的基板14通過地腳螺栓固定于地面上，基板14上固定安裝由滾珠絲桿16、直線導(dǎo)軌17、LM滑塊18及轉(zhuǎn)動(dòng)扳手15組成的滾珠絲桿副傳動(dòng)模塊，固定板7與所述的基板14固連成一體；移動(dòng)板8與所述滾珠絲桿副傳動(dòng)模塊的LM滑塊18固連成一體，第一伺服電機(jī)1固定安裝在所述的固定板7上；第二伺服電機(jī)19固定安裝在所述的移動(dòng)板8上；所述的第一伺服電機(jī)1作為第一主齒輪4運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)軸通過第一減速箱2與第一主齒輪4中心孔同軸連接，第二伺服電機(jī)19的主軸作為第二主齒輪11運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)軸，通過第二減速箱13與第二主齒輪11中心孔同軸連接。第一負(fù)載齒輪3和第二負(fù)載齒輪12滿足分別與第一主齒輪4和第二主齒輪11的嚙合條件，第一高精度編碼器5通過第一調(diào)整座6與第一主齒輪4的驅(qū)動(dòng)軸耦合，第二高精度編碼器9通過第二調(diào)整座10與第二主齒輪11的驅(qū)動(dòng)軸耦合，所述的第一調(diào)整座6和第二調(diào)整座10分別固定安裝在固定板7及移動(dòng)板8上。第一伺服電機(jī)1和第二伺服電機(jī)19分別通過第一減速箱2和第二減速箱13驅(qū)動(dòng)主齒輪4和11；主齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)后，可根據(jù)實(shí)際要求增加或去除負(fù)載齒輪3和12；所述的兩個(gè)負(fù)載齒輪負(fù)載的大小可分別獨(dú)立進(jìn)行調(diào)整；緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)扳手15，完成主齒輪4和11的動(dòng)態(tài)漸近嚙合動(dòng)作；高精度編碼器5和9的A、B相脈沖，分別用于高頻采樣主齒輪4和11的轉(zhuǎn)動(dòng)信息，Z相脈沖提供一個(gè)初始的零位信號，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。如圖2所示，主齒輪4和11正確嚙合后，高精度編碼器此時(shí)輸出一個(gè)Z相脈沖，作為主齒輪的基準(zhǔn)點(diǎn)，代表零位參考位。Z相基準(zhǔn)點(diǎn)1M為第一主齒輪4的基準(zhǔn)點(diǎn)，Z相基準(zhǔn)點(diǎn)2N為第二主齒輪11的基準(zhǔn)點(diǎn)。ω1(t)、ω2(t)分別為主齒輪4和11的實(shí)際角速度。θ為兩齒輪Z相基準(zhǔn)點(diǎn)的原始偏離角度。設(shè)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，齒輪實(shí)際的偏離角度為θ1。當(dāng)滿足θ1＝θ+(n*360/z)時(shí)，齒輪能正確嚙合；否則控制模塊對伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行同步協(xié)調(diào)控制，直至兩齒輪的角度關(guān)系滿足θ1表達(dá)式θ1＝θ+(n*360/z)。其中z為齒輪的齒數(shù)，n為小于齒輪z的整數(shù)。如圖3所示，中央控制器20、數(shù)據(jù)采集卡組成控制模塊，所述的中央控制器20集成有由同步控制算法、基準(zhǔn)點(diǎn)定位功能組成的控制策略。第一伺服驅(qū)動(dòng)器21和第二伺服驅(qū)動(dòng)器22分別通過第一伺服電機(jī)1和第二伺服電機(jī)19自帶的編碼器模塊所反饋的信號高精度定位控制伺服電機(jī)，并得到扭矩信息。所述的伺服驅(qū)動(dòng)器分別通過三相電纜及九芯屏蔽電纜與所述的伺服電機(jī)的動(dòng)力端及編碼器反饋端相連。第一高精度編碼器5和第二高精度編碼器9的信號輸出端與控制模塊連接，其A、B、Z相高速脈沖輸出信號通過屏蔽電纜與控制模塊的高速計(jì)數(shù)口相連?？刂颇K基于高精度編碼器的反饋信號協(xié)調(diào)控制伺服電機(jī)、定位系統(tǒng)的原始基準(zhǔn)點(diǎn)?？刂颇K首先基于反饋回來的Z相信號，分析齒輪的實(shí)際偏離角度，并進(jìn)行修正，使齒輪偏離角度滿足關(guān)系式θ1＝θ+(n*360/z)。當(dāng)滿足關(guān)系式θ1＝θ+(n*360/z)且主齒輪分離時(shí)，將系統(tǒng)分為不帶負(fù)載齒輪和帶負(fù)載齒輪兩種情況。不帶負(fù)載齒輪情況下具體工作過程：中央控制器20輸出系統(tǒng)的目標(biāo)速度ω；ω經(jīng)控制策略25的同步算法，輸出第一主齒輪4和第二主齒輪11的設(shè)定角速度ω1及ω2；ω1、ω2經(jīng)AD24轉(zhuǎn)換，輸出第一高速脈沖和第二高速脈沖，分別用于驅(qū)動(dòng)兩個(gè)伺服電機(jī)1和19；因齒輪間隙、負(fù)載等因素的影響，高精度編碼器采樣得到兩個(gè)不同的狀態(tài)信號，并將其傳遞給數(shù)據(jù)采集卡；數(shù)據(jù)采集卡23對反饋回來的兩個(gè)狀態(tài)信號高頻采樣及分析處理，得到兩個(gè)齒輪的實(shí)際運(yùn)行速度ω1(t)和ω2(t)、主齒輪間的位移差ΔS；控制模塊基于同步控制算法，對ΔS、ω進(jìn)行精確分析處理，再由中央控制器輸出齒輪的設(shè)定角速度ω1和ω2；ω1和ω2再經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換，控制兩個(gè)伺服電機(jī)1和19，從而實(shí)時(shí)精確協(xié)調(diào)兩個(gè)主齒輪的動(dòng)作。利用上位機(jī)監(jiān)視兩者的同步運(yùn)行狀態(tài)，若兩個(gè)主齒輪的同步誤差ΔS在允許范圍內(nèi)，即能夠安全嚙合的情況下，此時(shí)就緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)扳手15，使主齒輪11慢慢靠近主齒輪4，完成不帶負(fù)載情況下兩個(gè)齒輪的動(dòng)態(tài)漸近嚙合過程；若上位機(jī)顯示齒輪的同步誤差較大，則關(guān)閉系統(tǒng)，對各參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，如降低轉(zhuǎn)速、更改控制策略和調(diào)整驅(qū)動(dòng)器參數(shù)。再次啟動(dòng)系統(tǒng)，重復(fù)完成上述步驟。帶負(fù)載情況下具體工作過程：與不帶負(fù)載的工作過程類似，不同的是增加了兩個(gè)負(fù)載齒輪3和12，所述的負(fù)載齒輪3和12分別與主齒輪4和11嚙合。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先使兩個(gè)負(fù)載齒輪的負(fù)載相等，觀察其同步性能。當(dāng)滿足同步要求時(shí)，就緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)扳手15實(shí)現(xiàn)兩個(gè)主齒輪1和19的動(dòng)態(tài)嚙合動(dòng)作。當(dāng)同步誤差較大時(shí)，則調(diào)整各參數(shù)，重復(fù)此步驟。完成相等負(fù)載的同步后就分別調(diào)節(jié)兩個(gè)負(fù)載齒輪，使兩個(gè)負(fù)載不相等，并且逐漸增大兩者的負(fù)載差，觀察其同步性能，最終實(shí)現(xiàn)兩個(gè)主齒輪帶動(dòng)不同負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)漸近嚙合動(dòng)作。