一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線移動(dòng)的同步運(yùn)動(dòng)控制裝置及方法

一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線移動(dòng)的同步運(yùn)動(dòng)控制裝置及方法
【申請(qǐng)(專利)號(hào)：CN201810658168.X；申請(qǐng)權(quán)利人：華南理工大學(xué);發(fā)明設(shè)計(jì)人：邱志成; 梁浩陽(yáng);】

摘要：
本發(fā)明公開了一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線移動(dòng)的同步運(yùn)動(dòng)控制裝置及方法，包括直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)部分、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)部分、拉力檢測(cè)部分和控制部分；所述的直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)部分利用同步帶和同步帶輪保持兩完全一致的導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)的滑塊等速直線移動(dòng)，同時(shí)放置在滑塊上的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)部分隨之轉(zhuǎn)動(dòng)以卷開薄膜材料，通過拉力檢測(cè)部分檢測(cè)薄膜受到的拉力，最后控制部分調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)部分的轉(zhuǎn)速使薄膜材料卷開時(shí)受到的拉力處于合適范圍內(nèi)。該裝置可實(shí)現(xiàn)直線移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速率匹配，讓薄膜材料時(shí)刻處于合適的拉力范圍之內(nèi)。

主權(quán)項(xiàng)：
1.一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線移動(dòng)的同步運(yùn)動(dòng)控制裝置，其特征在于，包括直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)部分、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)部分、拉力檢測(cè)部分及控制部分；所述直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)部分包括第一伺服電機(jī)、第一減速機(jī)、兩個(gè)移動(dòng)裝置、第一同步帶輪、第二同步帶輪及同步帶；兩個(gè)移動(dòng)裝置平行設(shè)置在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，第一伺服電機(jī)的輸出軸與第一減速機(jī)的輸入端連接，第一減速機(jī)的輸出端與其中一個(gè)移動(dòng)裝置一端連接，該移動(dòng)裝置的末端通過第一同步帶輪與同步帶連接，另一個(gè)移動(dòng)裝置的末端通過第二同步帶輪與同步帶連接，同步帶帶動(dòng)第一及第二同步帶輪同步旋轉(zhuǎn)；所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)部分包括平臺(tái)、第二伺服電機(jī)、第二減速機(jī)及滾筒，所述平臺(tái)固定在兩個(gè)移動(dòng)裝置上，滾筒的兩端通過軸承座固定在平臺(tái)上，所述第二伺服電機(jī)與第二減速機(jī)的輸入端連接， 第二減速機(jī)的輸出端與滾筒一端連接驅(qū)動(dòng)滾筒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；所述拉力檢測(cè)部分包括薄膜材料、固定板及拉力傳感器，所述薄膜材料的一端卷繞在滾筒的中心軸段，其另一端固定在型板上，在型板及固定板之間設(shè)置拉力傳感器，用于檢測(cè)薄膜材料的拉力變化；所述控制部分：包括計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器I及伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器II，所述計(jì)算機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制卡連接，拉力傳感器與運(yùn)動(dòng)控制卡連接，運(yùn)動(dòng)控制卡分別與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器I及伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器II連接，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)第一伺服電機(jī)及第二伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；兩個(gè)移動(dòng)裝置分別為第一移動(dòng)裝置及第二移動(dòng)裝置，均包括滑塊、導(dǎo)軌及絲桿；第一移動(dòng)裝置中，第一伺服電機(jī)的主軸運(yùn)動(dòng)經(jīng)過第一減速機(jī)減速傳給絲桿，絲桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化滑塊在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，第二移動(dòng)裝置中，同步帶輪帶動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，絲桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化滑塊在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)；所述型板為L(zhǎng)型板，薄膜材料的末端通過用三個(gè)材料一致的鐵鉤固定在L型板短邊，拉力傳感器的一端固定在L型板的長(zhǎng)邊，拉力傳感器的另一端固定在固定板上；所述拉力傳感器、鐵鉤均為三個(gè)，相鄰中心線的距離為92.5mm。

要求：
1.一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線移動(dòng)的同步運(yùn)動(dòng)控制裝置，其特征在于，包括直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)部分、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)部分、拉力檢測(cè)部分及控制部分；

所述直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)部分包括第一伺服電機(jī)、第一減速機(jī)、兩個(gè)移動(dòng)裝置、第一同步帶輪、第二同步帶輪及同步帶；

兩個(gè)移動(dòng)裝置平行設(shè)置在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，第一伺服電機(jī)的輸出軸與第一減速機(jī)的輸入端連接，第一減速機(jī)的輸出端與其中一個(gè)移動(dòng)裝置一端連接，該移動(dòng)裝置的末端通過第一同步帶輪與同步帶連接，另一個(gè)移動(dòng)裝置的末端通過第二同步帶輪與同步帶連接，同步帶帶動(dòng)第一及第二同步帶輪同步旋轉(zhuǎn)；

所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)部分包括平臺(tái)、第二伺服電機(jī)、第二減速機(jī)及滾筒，所述平臺(tái)固定在兩個(gè)移動(dòng)裝置上，滾筒的兩端通過軸承座固定在平臺(tái)上，所述第二伺服電機(jī)與第二減速機(jī)的輸入端連接， 第二減速機(jī)的輸出端與滾筒一端連接驅(qū)動(dòng)滾筒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

所述拉力檢測(cè)部分包括薄膜材料、固定板及拉力傳感器，所述薄膜材料的一端卷繞在滾筒的中心軸段，其另一端固定在型板上，在型板及固定板之間設(shè)置拉力傳感器，用于檢測(cè)薄膜材料的拉力變化；

所述控制部分：

包括計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器I及伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器II，所述計(jì)算機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制卡連接，拉力傳感器與運(yùn)動(dòng)控制卡連接，運(yùn)動(dòng)控制卡分別與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器I及伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器II連接，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)第一伺服電機(jī)及第二伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；

兩個(gè)移動(dòng)裝置分別為第一移動(dòng)裝置及第二移動(dòng)裝置，均包括滑塊、導(dǎo)軌及絲桿；

第一移動(dòng)裝置中，第一伺服電機(jī)的主軸運(yùn)動(dòng)經(jīng)過第一減速機(jī)減速傳給絲桿，絲桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化滑塊在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，

第二移動(dòng)裝置中，同步帶輪帶動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，絲桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化滑塊在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)；

所述型板為L(zhǎng)型板，薄膜材料的末端通過用三個(gè)材料一致的鐵鉤固定在L型板短邊，拉力傳感器的一端固定在L型板的長(zhǎng)邊，拉力傳感器的另一端固定在固定板上；

所述拉力傳感器、鐵鉤均為三個(gè)，相鄰中心線的距離為92.5mm。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線 移動(dòng)的同步運(yùn)動(dòng)控制裝置，其特征在于，所述薄膜材料為銅銦鎵硒電池板。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線移動(dòng)的同步運(yùn)動(dòng)控制裝置，其特征在于，所述薄膜材料的末端開有三個(gè)矩形孔用于掛住鐵鉤。

4.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線移動(dòng)的同步運(yùn)動(dòng)控制裝置的方法，其特征在于，包括如下步驟：

利用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器I驅(qū)動(dòng)第一伺服電機(jī)使兩個(gè)移動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)直線移動(dòng)，同步移動(dòng)的兩個(gè)滑塊帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)整體移動(dòng)；

利用拉力傳感器分別檢測(cè)L型板的拉力，得到相應(yīng)的測(cè)量信號(hào)；通過運(yùn)動(dòng)控制卡將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)，并輸入到計(jì)算機(jī)中；

計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制算法得到相應(yīng)的拉力反饋信號(hào)，經(jīng)由運(yùn)動(dòng)控制卡的D/A模塊輸出，輸出伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器II，使第二伺服電機(jī)調(diào)節(jié)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，精確控制薄膜材料受到的壓力。

一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線移動(dòng)的同步運(yùn)動(dòng)控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及同步運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線移動(dòng)的同步運(yùn)動(dòng)控制裝置及方法。

背景技術(shù)

為應(yīng)對(duì)人類對(duì)未知太空的探索，航天航空的研究方向正快速發(fā)展。為應(yīng)對(duì)惡劣的太空環(huán)境(如低溫、宇宙輻射強(qiáng))，還有設(shè)備供能存在困難，人類對(duì)所需的更輕、更大、更強(qiáng)的航天器提出了更高的要求。而目前科技前沿是有關(guān)航天器太陽(yáng)能帆板的展開機(jī)構(gòu)，這其中涉及展開臂的直線移動(dòng)的同步、展開臂直線移動(dòng)和薄膜太陽(yáng)能電池卷開時(shí)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同步、剛性結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和柔性結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的同步等。如果展開臂直線移動(dòng)和薄膜太陽(yáng)能電池卷開時(shí)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不同步或同步效果差，將可能導(dǎo)致薄膜太陽(yáng)能電池被拉斷或自由懸浮在太空中，這直接導(dǎo)致各種資源的浪費(fèi)。

同步帶和同步帶輪組成的同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)綜合了帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)各自的優(yōu)點(diǎn)，用于機(jī)械設(shè)計(jì)具有一定的優(yōu)勢(shì)，如傳動(dòng)準(zhǔn)確，工作時(shí)無滑動(dòng)，具有恒定的傳動(dòng)比；傳動(dòng)平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低；傳動(dòng)效率高，節(jié)能效果明顯；維護(hù)保養(yǎng)方便，不需潤(rùn)滑，維護(hù)費(fèi)用低。

拉力傳感器越來越被開發(fā)出新的用途，目前較先進(jìn)的想法是將采集的拉力信號(hào)用于同步控制方面，其具有一定的優(yōu)勢(shì)，如精度高，測(cè)量范圍廣，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，頻響特性好，能在惡劣條件下工作，易于實(shí)現(xiàn)小型化、整體化和品種多樣化等。但是對(duì)于大應(yīng)變有較大的非線性、輸出信號(hào)較弱，可采取一定的補(bǔ)償措施。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線移動(dòng)的同步運(yùn)動(dòng)控制裝置。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線移動(dòng)的同步運(yùn)動(dòng)控制方法，本發(fā)明充分考慮了高負(fù)載對(duì)導(dǎo)軌滑塊直線移動(dòng)和薄膜材料卷開時(shí)所受拉力變化的影響。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線移動(dòng)的同步運(yùn)動(dòng)控制裝置，包括直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)部分、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)部分、拉力檢測(cè)部分及控制部分；

所述直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)部分包括第一伺服電機(jī)、第一減速機(jī)、兩個(gè)移動(dòng)裝置、第一同步帶輪、第二同步帶輪及同步帶；

兩個(gè)移動(dòng)裝置平行設(shè)置在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，第一伺服電機(jī)的輸出軸與第一減速機(jī)的輸入端連接，第一減速機(jī)的輸出端與其中一個(gè)移動(dòng)裝置一端連接，該移動(dòng)裝置的末端通過第一同步帶輪與同步帶連接，另一個(gè)移動(dòng)裝置的末端通過第二同步帶輪與同步帶連接，同步帶帶動(dòng)第一及第二同步帶輪同步旋轉(zhuǎn)；

所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)部分包括平臺(tái)、第二伺服電機(jī)、第二減速機(jī)及滾筒，所述平臺(tái)固定在兩個(gè)移動(dòng)裝置上，滾筒的兩端通過軸承座固定在平臺(tái)上，所述第二伺服電機(jī)與第二減速機(jī)的輸入端連接，第二減速機(jī)的輸出端與滾筒一端連接驅(qū)動(dòng)滾筒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

所述拉力檢測(cè)部分包括薄膜材料、固定板及拉力傳感器，所述薄膜材料的一端卷繞在滾筒的中心軸段，其另一端固定在型板上，在型板及固定板之間設(shè)置拉力傳感器，用于檢測(cè)薄膜材料的拉力變化；

所述控制部分：

包括計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器I及伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器II，所述計(jì)算機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制卡連接，拉力傳感器與運(yùn)動(dòng)控制卡連接，運(yùn)動(dòng)控制卡分別與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器I及伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器II連接，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)第一伺服電機(jī)及第二伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

兩個(gè)移動(dòng)裝置分別為第一移動(dòng)裝置及第二移動(dòng)裝置，均包括滑塊、導(dǎo)軌及絲桿；

第一移動(dòng)裝置中，第一伺服電機(jī)的主軸運(yùn)動(dòng)經(jīng)過第一減速機(jī)減速傳給絲桿，絲桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化滑塊在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，

第二移動(dòng)裝置中，同步帶輪帶動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，絲桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化滑塊在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)。

所述型板為L(zhǎng)型板，薄膜材料的末端通過用三個(gè)材料一致的鐵鉤固定在L型板短邊，拉力傳感器的一端固定在L型板的長(zhǎng)邊，拉力傳感器的另一端固定在固定板上。

所述拉力傳感器、鐵鉤均為三個(gè)，相鄰中心線的距離為92.5mm。

所述薄膜材料為銅銦鎵硒電池板。

所述薄膜材料的末端開有三個(gè)矩形孔用于掛住鐵鉤。

一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線移動(dòng)的同步運(yùn)動(dòng)控制裝置的方法，包括如下步驟：

利用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器I驅(qū)動(dòng)第一伺服電機(jī)使兩個(gè)移動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)直線移動(dòng)，同步移動(dòng)的兩個(gè)滑塊帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)整體移動(dòng)；

利用拉力傳感器分別檢測(cè)L型板的拉力，得到相應(yīng)的測(cè)量信號(hào)；通過運(yùn)動(dòng)控制卡將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)，并輸入到計(jì)算機(jī)中；

計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制算法得到相應(yīng)的拉力反饋信號(hào)，經(jīng)由運(yùn)動(dòng)控制卡的D/A模塊輸出，輸出伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器II，使第二伺服電機(jī)調(diào)節(jié)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，精確控制薄膜材料受到的壓力。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明采用雙導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)，能有效減輕平臺(tái)及其上方所有零件對(duì)滑塊的負(fù)載，使直線移動(dòng)更準(zhǔn)確高效。

(2)本發(fā)明采用同步帶和同步帶輪將兩導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)建立聯(lián)系，使兩邊滑塊直線移動(dòng)同步，從而使平臺(tái)及轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)水平穩(wěn)定直線移動(dòng)，為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同步做好基礎(chǔ)。

(3)本發(fā)明中所述實(shí)驗(yàn)裝置采用了同步帶傳動(dòng)，相比于帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)，它具有傳動(dòng)準(zhǔn)確、傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)效率高、速比范圍大、維護(hù)保養(yǎng)方便、預(yù)緊力小、軸和軸承上承受載荷小、可用于長(zhǎng)距離傳動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。

(4)本發(fā)明使用拉力傳感器檢測(cè)薄膜材料所受到的拉力作為控制信號(hào)，這種檢測(cè)方式直觀高效，有利于提高控制效果。

(5)本發(fā)明采用拉力信號(hào)反饋出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)拉力，這種控制方式比較新穎，能為同步控制領(lǐng)域提供一種新的思路。

附圖說明

圖1是一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線移動(dòng)的同步運(yùn)動(dòng)控制裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)的俯視圖；

圖4是拉力檢測(cè)機(jī)構(gòu)的主視圖；

圖5是實(shí)驗(yàn)裝置的同步控制流程框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例

如圖1-圖5所示，一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線移動(dòng)的同步運(yùn)動(dòng)控制裝置，包括直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)部分、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)部分、拉力檢測(cè)部分及控制部分。

所述直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)部分包括

第一伺服電機(jī)1、第一減速機(jī)2、第一聯(lián)軸器3、第一導(dǎo)軌5、第二導(dǎo)軌27、第一滑塊6、第二滑塊26、第一絲桿14、第二絲桿22、第一支撐座4、第二支撐座29、第一支座16、第二支座20、第一同步帶輪17、第二同步帶輪19和同步帶18。

所述第一伺服電機(jī)的輸出軸與第一減速機(jī)的輸入端連接，兩者的殼體螺栓連接并共同固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)25上，第一聯(lián)軸器把第一減速機(jī)的輸出軸與第一絲桿同心連接，第一絲桿置于第一支撐座4和第一支座6內(nèi)，第一滑塊安裝在第一導(dǎo)軌上，第一絲桿末端軸與第一同步帶輪17固定。

第二絲桿22置于第二支撐座27和第二支座20內(nèi)，第二滑塊安裝在第二導(dǎo)軌27上，第一導(dǎo)軌和第二導(dǎo)軌平行布置固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，且第一滑塊相對(duì)于第一導(dǎo)軌的位置與第二滑塊相對(duì)于第二導(dǎo)軌的位置完全一致。

第二絲桿的末端軸與第二同步帶輪19固定，第一同步帶輪與第二同步帶輪通過同步帶形成連接，本機(jī)構(gòu)的兩導(dǎo)軌、兩絲桿、兩滑塊、兩同步帶輪、兩支撐座和兩支座的型號(hào)完全一致；第一伺服電機(jī)的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)第一減速機(jī)減速后，將力矩通過第一聯(lián)軸器3傳給第一絲桿14，第一絲桿14的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為第一滑塊在第一導(dǎo)軌的直線移動(dòng)，同時(shí)，第一絲桿14末端通過第二聯(lián)軸器15與第一同步帶輪17同步轉(zhuǎn)動(dòng)，同步帶將第一同步帶輪和第二同步帶輪同步旋轉(zhuǎn)，第二同步帶輪也通過第三聯(lián)軸器21與第二絲桿22同步轉(zhuǎn)動(dòng)，從而第二絲桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為第二滑塊26在第二導(dǎo)軌上的直線移動(dòng)。

所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)部分，包括平臺(tái)7、第二伺服電機(jī)9、第二減速機(jī)8、第四聯(lián)軸器10、第一軸承座11、第一軸承12、滾筒13、第二軸承座23和第二軸承24；

平臺(tái)固定在第一滑塊和第二滑塊上，第二伺服電機(jī)的輸出軸與第二減速機(jī)的輸入端連接，兩者的殼體用螺栓固定并固定在平臺(tái)上。第四聯(lián)軸器把第二減速機(jī)輸出軸與滾筒一端軸同心連接，滾筒兩端軸安裝在第一軸承12和第二軸承24，兩軸承分別安裝在第一軸承座和第二軸承座內(nèi)，兩個(gè)軸承座固定在平臺(tái)上，第二伺服電機(jī)的主軸經(jīng)第二減速機(jī)8的減速，將力矩通過第四聯(lián)軸器傳到滾筒，實(shí)現(xiàn)滾筒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

利用第一伺服電機(jī)使直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線移動(dòng)，第一滑塊和第二滑塊帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)整體直線移動(dòng)，三個(gè)拉力傳感器檢測(cè)L型板的拉力，得到測(cè)量信號(hào)，通過運(yùn)動(dòng)控制卡傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)得到拉力反饋信號(hào)，經(jīng)由運(yùn)動(dòng)控制卡的D/A模塊輸出，輸出到伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器II中進(jìn)行響應(yīng)，驅(qū)動(dòng)第二伺服電機(jī)II以調(diào)節(jié)滾筒的轉(zhuǎn)速，最終精確控制了薄膜材料受到的拉力，通過改變控制參數(shù)，反復(fù)試驗(yàn)，獲取多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到直線移動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)同步控制效果。

所述拉力檢測(cè)部分包括薄膜材料28、L型板31、鐵鉤32、拉力傳感器33和固定板30。

薄膜材料卷繞在滾筒中心軸段，且在末端開出三個(gè)尺寸完全一致的矩形孔，三個(gè)孔分別用三個(gè)材料、尺寸完全一致的鐵鉤掛住，三個(gè)鐵鉤均焊接在L型板短邊一端，三個(gè)拉力傳感器的一端的螺紋孔分別與L型板長(zhǎng)邊一端螺栓固定，三個(gè)拉力傳感器的另一端溝槽均嵌在固定板上，拉力傳感器用于檢測(cè)薄膜材料的壓力，其中各矩形孔、鐵鉤和拉力傳感器的相鄰中心線距離為92.2mm。

控制部分包括：

兩個(gè)尺寸、型號(hào)完全一致的伺服驅(qū)動(dòng)器，分別為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器I34和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器II37，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器I接線到第一伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器II接線到第二伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；3個(gè)拉力傳感器接線到運(yùn)動(dòng)控制卡36上，將檢測(cè)的拉力信號(hào)傳輸?shù)竭\(yùn)動(dòng)控制卡36進(jìn)行信號(hào)處理，如A/D轉(zhuǎn)換等；運(yùn)動(dòng)控制卡36再將信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)35進(jìn)行控制算法運(yùn)算，將得到的結(jié)果傳回運(yùn)動(dòng)控制卡進(jìn)行信號(hào)處理，如D/A轉(zhuǎn)換等，再將信號(hào)傳給伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器II以驅(qū)動(dòng)第二伺服電機(jī)調(diào)節(jié)滾筒13轉(zhuǎn)速，而滾筒13轉(zhuǎn)速影響著薄膜材料28與拉力傳感器33之間的拉力，最終反饋到拉力傳感器33，使拉力改變。

直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)部分包括兩邊對(duì)稱布置的完全一致的導(dǎo)軌、絲桿、滑塊用同步帶輪和同步帶連接以實(shí)現(xiàn)一致的直線移動(dòng)；該裝置能夠用于分散平臺(tái)及其上面所有部分對(duì)滑塊及導(dǎo)軌的受力，延長(zhǎng)導(dǎo)軌滑塊等零件的使用壽命，并有利于與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同步。

三個(gè)矩形孔，其中心線相鄰間隔為92.5mm；穿過三個(gè)矩形孔的3個(gè)鐵鉤，其中心線相鄰間隔為92.5mm；3個(gè)拉力傳感器固定在固定板上，其中心線相鄰間隔為92.5mm，可用于檢測(cè)薄膜材料的拉力信息，作為反饋信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)。

所述的直線移動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)同步具體包括薄膜材料卷繞在滾筒上，隨著平臺(tái)帶動(dòng)滾筒直線移動(dòng)，滾筒也要以一定合適的轉(zhuǎn)速卷開薄膜材料，使薄膜材料受到的拉力在合適范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)同步直線移動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同步。

本發(fā)明利用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器I驅(qū)動(dòng)第一伺服電機(jī)使兩個(gè)移動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)直線移動(dòng)，同步移動(dòng)的兩個(gè)滑塊帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)整體移動(dòng)；

利用拉力傳感器分別檢測(cè)L型板的拉力，得到相應(yīng)的測(cè)量信號(hào)；通過運(yùn)動(dòng)控制卡將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)，并輸入到計(jì)算機(jī)中；

計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制算法得到相應(yīng)的拉力反饋信號(hào)，經(jīng)由運(yùn)動(dòng)控制卡的D/A模塊輸出，輸出伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器II，使第二伺服電機(jī)調(diào)節(jié)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，精確控制薄膜材料受到的壓力。

圖1中的虛線指示了各個(gè)設(shè)備之間的連線關(guān)系，方向箭頭表明了檢測(cè)和控制信號(hào)流的傳遞方向。

在本實(shí)施例中，第一伺服電機(jī)和第二伺服電機(jī)均采用安川品牌的SGMAH-04AAA2S型伺服電機(jī)，額定電壓為交流200V，輸出功率為400W。減速機(jī)均采用星卡品牌的PX60-5-S1-P2行星減速機(jī)，減速比為5，0.18kg.cm2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，46.32Nm的輸出力矩。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器均采用星卡品牌的型號(hào)為SGDM-04ADA的伺服驅(qū)動(dòng)器，其最大適配電機(jī)容量為400W，額定電壓200V，連續(xù)輸出電流2.8Arms，輸入電源對(duì)于主回路和控制回路都是單相AC200-230V，采用單相全波整流IGBT PWM控制，正弦波電流驅(qū)動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)自帶串行編碼器作反饋。計(jì)算機(jī)的CPU型號(hào)為core76650U2.2GHz，內(nèi)存4G，主板中有PCI-e插槽，可安裝運(yùn)動(dòng)控制器。兩個(gè)絲桿均采用米思米品牌的公稱直徑20mm，導(dǎo)程10mm，精度等級(jí)C5的滾珠絲桿。導(dǎo)軌、滑塊、絲桿、支撐座組成的單軸組件均為米思米品牌的型號(hào)為KUT2020L-820-200-B1。聯(lián)軸器均采用米思米品牌的膜片式雙膜片型聯(lián)軸器，型號(hào)為GCPSWRK33-12-16，軸孔徑分別為12mm和16mm。軸承均為型號(hào)16001的深溝球軸承。軸承座均為型號(hào)205的軸承座。3個(gè)拉力傳感器均為XNSENSOR品牌的MLC302拉力傳感器，額定載荷為20kg，靈敏度為2.0m V/V。同步帶輪均采用米思米的型號(hào)為TTPK44T10500-B-P12的T10型同步帶輪，軸孔直徑為12mm,齒數(shù)為44齒。實(shí)驗(yàn)臺(tái)的長(zhǎng)寬高尺寸分別為1600mm，1200mm和1166mm，是由鋁型材組裝而成，通過螺釘與型材連接，型材的每個(gè)連接處都有角鐵固定。平臺(tái)是一塊長(zhǎng)寬高分別800mm，200mm和10mm的鋁型材板。薄膜材料選用的是銅銦鎵硒電池板。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。