經(jīng)濟(jì)型執(zhí)行器提供簡(jiǎn)單精確的運(yùn)動(dòng)控制

美國(guó)明尼蘇達(dá)州哈默爾- 當(dāng)將物體從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，由于空氣的廣泛可用性，低維護(hù)成本和低成本，沒(méi)有什么比氣動(dòng)更好。然而，由于其可壓縮性，眾所周知，空氣難以管理。因此，控制載體的速度，減速度和位置可能是困難且昂貴的。當(dāng)需要精確運(yùn)動(dòng)或中間行程定位時(shí)，過(guò)去設(shè)計(jì)工程師采用比例閥，使用內(nèi)部閥芯位置反饋來(lái)設(shè)置與施加的控制電壓成比例的孔口尺寸。

Tol-O-Matic已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了它所說(shuō)的比傳統(tǒng)伺服氣動(dòng)更簡(jiǎn)單，成本更低的替代品。產(chǎn)品經(jīng)理Tony Braga表示，由于該公司認(rèn)為設(shè)計(jì)獨(dú)特，因此稱之為“精密空氣設(shè)備”，而不是伺服氣動(dòng)設(shè)備。

工程師不是使用調(diào)節(jié)氣缸兩端氣壓的比例閥，而是通過(guò)比例制動(dòng)器直接控制Tol-O-Matic托架的位置。當(dāng)閥門在行程的任一端打開(kāi)或關(guān)閉時(shí)，空氣進(jìn)入活塞腔室，施加壓力，使活塞加速。連續(xù)可控的磁粉制動(dòng)器提供平滑的阻力矩，當(dāng)施加磁通量時(shí)，該扭矩可精確地控制載體的運(yùn)動(dòng)。

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獲得專利的控制系統(tǒng)可調(diào)節(jié)供給制動(dòng)器的電流。閉環(huán)系統(tǒng)通過(guò)四個(gè)增益設(shè)置(比例，速度，積分和減速轉(zhuǎn)矩)控制制動(dòng)電流，以控制載體的位置和速度。為了確保正確的位置可重復(fù)性和速度控制，可以針對(duì)特定的運(yùn)動(dòng)曲線和負(fù)載調(diào)整這四個(gè)參數(shù)。

根據(jù)內(nèi)部測(cè)試結(jié)果，Tol-O-Matic的工程師表示，他們的技術(shù)可以在行程長(zhǎng)度達(dá)16英尺的情況下控制載體的位置，重復(fù)性為正負(fù)0.01英寸。最大行程長(zhǎng)度，與之相當(dāng)?shù)目芍貜?fù)性比例閥系統(tǒng)小于6英尺。“傳統(tǒng)比例伺服氣動(dòng)的一個(gè)問(wèn)題是難以預(yù)測(cè)載體的運(yùn)動(dòng)。這是因?yàn)闅飧啄Σ?，?fù)載變化，氣缸定向和氣缸泄漏等眾多變量，這會(huì)影響載體/負(fù)載對(duì)進(jìn)入活塞室的空氣量的反應(yīng)，“產(chǎn)品開(kāi)發(fā)總監(jiān)Keith Hochhalter說(shuō)。“通過(guò)我們的設(shè)計(jì)，我們只需將閥門打開(kāi)或關(guān)閉位置，讓空氣充滿加壓活塞腔室，

在開(kāi)發(fā)新設(shè)計(jì)的過(guò)程中，Tol-O-Matic工程師的目標(biāo)是經(jīng)濟(jì)有效地填補(bǔ)行程末端氣動(dòng)系統(tǒng)和電動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)之間的性能差距。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，工程團(tuán)隊(duì)研究了比例閥制動(dòng)技術(shù)的許多替代方案。“我們采用了幾種控制設(shè)備的概念。挑戰(zhàn)在于保持其對(duì)電力系統(tǒng)價(jià)格不斷下降的成本效益，”Hochhalter說(shuō)。

起初，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)嘗試使用電動(dòng)電磁制動(dòng)片系統(tǒng)，但他們無(wú)法獲得足夠的制動(dòng)力來(lái)有效地在重載下停止載體。剎車片也沒(méi)有吸引力，因?yàn)樗鼈兡p并需要更換。使用磁響應(yīng)制動(dòng)器的想法來(lái)自行業(yè)雜志中的廣告。“使用磁粉制動(dòng)器，你可以在一個(gè)小包裝中獲得很大的扭矩”，Hochhalter回憶道。尺寸為3.5x3.5x1.74英寸時(shí)，制動(dòng)器在2.5A時(shí)的最大扭矩為200英寸 - 磅。

最初，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將制動(dòng)器結(jié)合到無(wú)桿電纜缸系統(tǒng)中，該系統(tǒng)包括將鋼纜連接到在行程的每個(gè)末端騎在滑輪上的托架上。然而，該設(shè)計(jì)不可靠，因?yàn)樵诟邷p速度和重載荷下，電纜會(huì)拉伸并且有時(shí)在滑輪上滑動(dòng)，從而損害位置可重復(fù)性。

通過(guò)將制動(dòng)器設(shè)計(jì)成無(wú)桿活塞缸配置，該團(tuán)隊(duì)能夠優(yōu)化性能。“皮帶通常與電動(dòng)機(jī)一起使用，可重復(fù)定位到0.005英寸，它們?cè)谕屑芎托D(zhuǎn)編碼器之間提供可靠且經(jīng)濟(jì)的連接，”Hochhalter說(shuō)。“在這種設(shè)計(jì)中，皮帶的優(yōu)勢(shì)在于，與電氣系統(tǒng)不同，它在加速，旋轉(zhuǎn)和減速的高速部分期間看到非常小的負(fù)載?？刂葡到y(tǒng)轉(zhuǎn)換編碼器提供的旋轉(zhuǎn)速度數(shù)據(jù)線性速度，它又被整合在一起以給出載體的位置。“

使用旋轉(zhuǎn)編碼器還可以讓工程師大幅降低成本。在傳統(tǒng)的伺服氣動(dòng)系統(tǒng)中，需要線性編碼器來(lái)??確定載體沿行程整個(gè)長(zhǎng)度的位置。這種技術(shù)成本很高，特別是在長(zhǎng)沖程時(shí)。

Tol-O-Matic的直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可用于水平和垂直定位，可為傳統(tǒng)的伺服氣動(dòng)系統(tǒng)提供獨(dú)特而有效的替代方案。事實(shí)上，一家大型汽車制造商的工程師已對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了評(píng)估，并成功將其整合到焊接應(yīng)用中。