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1、1一种新型 LED 显示屏阵列式插件机同步 送料机构运动仿真与参数优化论文关键词:同步送料 运动仿真 时序安排论文摘要:采用了 UG Motion 的辅助运动仿真分析方法,在仿真系统运动过程的基础上,详尽分析了该模块内部的运动约束关系,提出了系统运动优化目标,进而求解了系统时序最优安排,并根据求解结果,对驱动凸轮部件进行了动力学相关参数优化,为系统在设定工况下能按较佳的运动和动力特性工作提供了保证。1 引言 LED 显示屏阵列式插件机是针对 LED 显示屏生产工艺过程中 LED 发光管插件工序开发的一种新型高速自动插件设备，如图 1 所示，采用阵列机械手同步工作方式，单次动作循环完成整列发光管
2、的插件工序过程，实现高速、自动插件，以替代目前 LED 显示屏生产中插件工序的大量人工操作，提高生产效率。由于 LED 显示屏阵列式插件机采用功能模块化设计，各模块之间衔接紧密，模块内部动作部件较多，动作同步性要求高，同时，为提高工作能力，关键部件均处于较高速度运动状态，在其设计开发过程中，各动作部件的动作时序和同步问题、关键零部件的运动学和动力学特性成为需要解决的核心问题之一一，特别是送料模块，动作零部件多，动作顺序之间有进步进行优化，提高模块工作效率。2 机构动作过程 2LED 显示屏阵列式插件机送料模块，如图 2 所示。其送料动作过程为： (1)发光管来料同步送入第一分料动栅板后，第一分
3、料动栅板向一侧移动，至八槽通料静栅板通料槽奇数槽位，槽 口对齐后，发光管被推入八槽静栅板通料槽，至第一分料挡板停； (2)发光管离开第一分料动栅板后，第一分料动栅板退回至原始接料位，第二批管料通过四槽通料静栅板同步送人后，第一分料动栅板向另一侧移动，至八槽通料静栅板通料槽偶数槽位，槽口对齐后，发光管被推入八槽静栅板通料槽，至第一分料挡板停 止： (3)八槽通料静栅板中储存八个发光管后，第一分料挡板移动，发光管离开挡板被送入冲裁模板，冲裁模板动作，裁去长余部分管脚； (4)冲裁后的发光管被推入到极性旋转组件处，按照检测的极性正反顺序进行旋转，调整成统一极性排列； (5)完成极性调整后，发光管被推
4、人第二分料动栅板，其动作顺序同第一分料组件，最终完成十六列发光管排列输送到位。整个动作过程示意，如图 3 所示。3 运动仿真分析 3按照设计工作能力要求，并为后续改进中设备工作效率提升预留空间，该送料模块单次动作周期须36s，由此可推算出送料机构各动作部分动作频率及时序约束关系： 即第二分料挡板处出料动作频率为 136Hz 以上； 即第一分料挡板处出料动作频率为 118Hz 以上(该处十六列发光管由第一分料动栅板经过两次分料动作后储存完成)； 与之对应，第二分料动栅板和第一分料动栅板都需经过左移分料一回位接料一右移分料一回位接料的循环动作过程 ，其动作周期满足：第二分料动栅板左移分料、回位接料
5、 、右移分料动作周期时间；一分料动栅板左移分料、回位接料 、右移分料动作周期时间。该过程各步动作时间周期受驱动凸轮运动特性和驱动电机特 I 生参数限制，需根据仿真分析结果，对凸轮运动曲线进行优化，同时应考虑驱动电机转矩特性，选取满足条件的驱动电机。 受机构动作频率限制，极性旋转和管料纵向移动也需要消耗一定时间，该部分时间安排在上述各动作部分时间周期内，以减小时间消耗，4四槽通料静栅板、八槽通料静栅板、极性旋转输出栅板、十六槽通料静栅板中发光管通过时间周期；一分料动栅板和第二分料动栅板左移分料、回位接料、右移分料动作升程、停留、回程时间周期。为在各 自动作频率和运动特性限制范围内合理安排各动作步
6、序，需要将各机构动作综合进行运动分析，以寻求合理的时序安排和相应时序安排下各驱动元件的运动学和动力学特性设计，根据上述各动作时间周期模型，利用设计软件的运动仿真分析功能辅助求解，以得到合理的时序安排结果。 仿真分析过程中，首先将各动作机构运动形式按相应运动副形式进行设置；然后按照式(1)、(2)、(3)、(4)、进行动作时序关系设置，并按运动先后顺序和机构动作互锁性质对各动作机构动作触发关系进行设定；参照驱动电机动力特性参数预设置驱动力形式，并对不同机构中间间歇时间分别以区问限定的时间自变量予以代替，设定完成后运行仿真系统，系统按设定情况进行解算，输出运动模拟情况和仿真数据结果。第一分料动栅板
7、和第二分料动栅板机构动作时序，如图 4 所示。4 驱动凸轮运动曲线设计 图 4 显示的第一分料动栅板和第二分料动栅板机构动作时序是系统根据设定机构动作约束关系解算后得到的最佳时序，用于指导动作机构驱动组件的运动设计。设计中，驱动组件为步进电机驱动凸轮实现预期动作，根据凸轮运动学和动力学特性，不能将二述时序曲线直接转化成驱动轮的运动曲线，必须以上述时序要求为指导，对轮运动曲线进行优化，以获得较好的系统动力学特性，避免驱动组件工作时产生较大的冲击和噪声，提高系统工作寿命。如表 1 所示，为优化后的常5见凸轮运动曲线特性值。按凸轮运动形式分类，本插件机送料机构属中速轻载形式根据凸轮运动规律的选用原则
8、，对中速轻载晴况，应选用 A 和 较小的曲线，以保证从动件运转时的工作精度。 由表数据可以看出，修正梯形和通用优化 I 具有较低的 值，分别为 6143 和 6947(当 取值不同时略有变化)，而修正梯形曲线的 值和 t 值(分别未 4888和 2671)均较通用优化 I(分别为 5528 和 3417)小，可见修正梯形较适用于该场合应用。修正梯形是由等加速度曲线修正得到，即在等加速度的不连续处(两端和中间)加上简谐曲线作为过度曲线并且仍保持其对称性 ，即 该曲线保留了等加速度曲线 A 小的优点，又克服了其不连续的缺点，适合中速轻载的场合。插件机的送料驱动凸轮选用该型运动曲线进行设计，以获得较
9、好的运动和动力学特性，保证从动件的工作精度。根据以上挣陛，插件机送料机构第一分料动栅板和第二分料动栅板驱动凸轮运动曲线按该曲线进行设计。 根据仿真结果，取动力学特性良好 。5 结论 LED 显示屏阵列式插件机送料模块动作循环周期短，运动速度较高，配合零部件数量多，在对相关运动参数和约束进行分析的基础上，采用相关软件辅助进行运动仿真分析，求解系统时序最优安排，得到较合理的时序安排结果，根据求解6结果，对驱动部件进行了动力学相关参数优化，并在此基础上对驱动凸轮进行了曲线优化选取和设计，从仿真反馈和实际系统工作测试情况看设计方案较好的满足了设计需求。 参考文献 1 关积珍，陆家和2005 年我国 L
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