开yunapp体育官网入口下载手机版 产品推荐 | 龙门结构平台介绍——机械结构篇
龙门平台（机械结构）
龙门结构介绍
龙门结构，简言之，是由一根横梁与两个支腿通过地面固定形成的一种类似门框的构造。这种结构在运动平台中相当普遍。它允许上端的轴上安装各种执行机构，例如拾取与放置装置、相机等，从而能够从上方接近待加工的工件。
龙门结构一般包括单驱动单反馈型、双驱动单反馈型、双驱动双反馈型，以及极为罕见的单驱动双反馈型。
不同架构对比
单驱单反
该架构以单一电机驱动单一栅尺进行反馈，具备性能一般、成本较低、技术要求不高的特点，特别适合那些注重性价比的场合。
电机驱动装置的安装位置距离偏摆的几何中心较远，这往往会导致横梁的偏摆振动模式被激发。
测量点与偏摆中心的距离较远，这导致我们既不能将力均匀分布至偏摆中心，也无法准确测量偏摆中心的位移，进而限制了系统带宽的增强，并影响了其动态性能。
这种类型的龙门结构通常配备直线导轨滑块以提供支撑，然而，导轨间的摩擦力限制了其实现高重复性的能力。
单驱单反频率响应函数
怎样提高单驱单反龙门的性能？
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横梁的偏摆模态受刚度和质量之比的影响，经过提升刚度与减轻重量处理后，这一比例值将得到提升，进而增强其动态性能。刚度增强之后，由导轨摩擦力引起的形变将有所减少，其重复性能也将得到改善。然而，由于结构本身的局限性，这种提升效果是有限的。
双驱单反
与单驱单反的结构相较，本结构在横梁的另一侧增设了一个电机。这两个电机共同作用，从理论上讲，有望避免激发偏摆模态。然而，在一般情况下，横梁轴上会有运动负载，这会引起质心位置和振型的持续变动。在不调整电机发力比例的前提下，偏摆模态仍会略有激发。特别是当栅尺远离质心位置时，其振型分量较大，这可能会对动态性能造成一定影响。
怎样提高双驱单反龙门的性能？
高刚度低质量
尽量把栅尺布局在偏摆中心位置
双驱双反
双驱双反结构通常见于高性能龙门起重机开yun体育官网入口登录体育，相较于双驱单反结构，它增加了一条反馈栅尺。凭借双反馈机制，我们能够通过控制算法实现龙门轴与偏摆轴的解耦控制，从而不再将单一电机视作单一轴进行操控。
将两个栅尺的平均值或特定加权值用作龙门轴的响应信号，同时将偏摆的倾斜角度视为偏摆轴的响应信号，这两个轴分别执行独立控制。这种反馈机制类似于测量点设在偏摆中心附近，其模态振型分量几乎为零，从而显著提升了系统的动态性能。
龙门轴频率响应函数
偏摆轴频率响应函数
刚性连接设计中重要考虑因素
01
两端刚性固定，横梁长度是固定/被完全限制
环境温度变化时，横梁热胀冷缩。
横梁上安装的移动轴在运动过程中会通过横梁释放出热量。当横梁的长度发生变化时——尤其是变长时——这种变化会变得更加明显，龙门轴上的摩擦力随之增大，导致横梁可能出现弯曲和扭转的现象。
02
两个直线导轨的机械调整
导轨的安装精度要求极高开yun体育官网入口登录app开yun体育app入口登录，安装过程中难免会有微小的误差出现。如果两个导轨未能保持平行，那么在运行过程中将会出现摩擦不均的现象，这不仅会损害伺服系统的性能，还可能迫使电机提供超出计算所需的力量。
龙门尺寸的扩大导致导轨安装误差也随之增加，故而，若龙门尺寸较大，为了确保所需的精度，其基础结构将变得极其昂贵，甚至可能无法实现预期精度。
解决方案
大多数刚性安装的轴承虽然具备一定的柔性，能够在特定方向上容许一定的误差，然而，其性能表现最终还是受到加工精度、轴承间隙以及龙门尺寸等因素的综合影响。
03
双编码器时的刚性连接
通过部署两个编码器，我们能够将两个电机间的位置差异，即偏摆误差，准确传递至控制器。
编码器尺带的安装过程中，其精度与直线导轨相当，但不可避免地会出现误差；此外，尺带自身也带有一定程度的误差，这会使得其与轴承之间的偏差呈现出相似的现象。
在此阶段，控制器试图将两个电机调整至预定位置；若尺带误差和横梁长度均受到严格限制，控制器会向电机注入极大的电流，以此实现横梁的伸展、弯曲或扭曲；为降低各自的位置偏差。两个电机之间将产生冲突，进而引发设备的不稳定及电机持续输出高功率。
解决方案
一般情况下，我们采用控制器进行误差修正，以使另一个编码器的输出值与预期相符。在此过程中，横梁会使得龙门轴自动“放松”以适应变化（龙门轴电机间不存在冲突现象），然而，这并不代表偏摆误差已经降至零。
实际上，在刚性龙门结构中，要达到零偏摆误差是不可能的，除非机械安装的精度（包括平行度、直线度、平面度等方面）达到了极致完美。
04
柔性连接
一侧在偏摆方向上享有一定的活动空间；而另一侧，则可在横梁方向以及偏摆的旋转方向上实现自由移动。为了实现柔性连接，需要配备两个驱动器，这些控制装置的成本相对较高，但可以通过软件操控来弥补其在机械性能上的不足。
如何选择合适的龙门结构
在挑选龙门架构时，往往必须全面考量性能要求、生产成本和技术挑战等多个维度。
在寻求成本较低且性能适中的情况下，可以选择采用单驱单反架构的龙门结构，此类设计常见于部分3D打印机。
在追求卓越性能的情况下，宜采用双驱动单反或双驱动双反的架构设计，此类设计在半导体行业所涉及的设备中尤为常见。
Akribis龙门平台
VRG-II 龙门平台
Akribis的多轴精密平台，VRG系列，是一款功能丰富的龙门式平台。该平台在反馈控制上使用了非接触式的光学编码器。它具备高峰值推力和持续推力，响应速度迅速。适用于高速取放、自动化组装、点胶等对精度要求极高的行业。
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