專利名稱：一種無(wú)慣性力影響的氣浮隨動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣浮隨動(dòng)裝置，尤其是一種無(wú)慣性力影響的氣浮隨動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
目前采用的吊掛方式是將重物(運(yùn)動(dòng)件)通過(guò)吊掛繩直接吊掛在直線導(dǎo)軌上的滑塊上，滑塊跟著運(yùn)動(dòng)件隨動(dòng)。但在高精度測(cè)量時(shí)，直線導(dǎo) 軌與滑塊間的摩擦力會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)件的空間位置和運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生附加作用力的影響。另一方面，由于運(yùn)動(dòng)件連接到滑塊上，滑塊及其它吊掛隨動(dòng)部件都有質(zhì)量，在隨動(dòng)部件跟隨運(yùn)動(dòng)件運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生慣性力，該慣性力就會(huì)附加到運(yùn)動(dòng)件上。為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離無(wú)摩擦運(yùn)動(dòng)，專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N 201010165536.0的“用于超長(zhǎng)距離跟隨吊點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的無(wú)摩擦氣浮裝置”提供了一種用于超長(zhǎng)距離跟隨吊點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的無(wú)摩擦氣浮裝置，該專利將軸向長(zhǎng)距離無(wú)摩擦移動(dòng)嫁接到一般運(yùn)動(dòng)精度的滑塊導(dǎo)軌組件上，即可實(shí)現(xiàn)氣浮套在短氣浮軸隨運(yùn)動(dòng)件作大位移移動(dòng)。但是，帶來(lái)了新問(wèn)題，兩個(gè)氣浮套與貯氣套組成的氣浮隨動(dòng)裝置的質(zhì)量很大，在運(yùn)動(dòng)件加速或減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣浮隨動(dòng)裝置與其它吊掛隨動(dòng)部件的慣性力影響不能忽略，此時(shí)僅僅被動(dòng)跟隨不能滿足精密同步跟隨吊點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的要求，需要測(cè)量出跟隨誤差，設(shè)法去除該慣性力的影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有氣浮隨動(dòng)裝置的不能消除慣性力影響、控制精度較低的不足，本發(fā)明提供一種有效消除慣性力影響、控制精度較高的無(wú)慣性力影響的氣浮隨動(dòng)裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種無(wú)慣性力影響的氣浮隨動(dòng)裝置，包括氣浮軸、氣浮套和長(zhǎng)距離導(dǎo)軌氣浮滑輪，所述氣浮套套裝在所述氣浮軸上，所述氣浮套有兩個(gè)，所述氣浮套均與貯氣套密封連接，所述貯氣套與氣浮軸之間為貯氣腔，所述氣浮軸的軸心開(kāi)有進(jìn)氣通道，所述進(jìn)氣通道的一端連接主供氣管，所述進(jìn)氣通道的另一端與所述貯氣腔連通，所述貯氣腔設(shè)有出氣口，所述出氣口通過(guò)連接氣管與各個(gè)氣浮套的進(jìn)氣口連通;所述貯氣套與連接桿固定連接，所述連接桿與氣浮滑輪固定連接，所述氣浮滑輪的軸心開(kāi)有進(jìn)氣孔，所述進(jìn)氣孔與所述連接氣管連通，所述氣浮滑輪上套裝吊掛繩，所述運(yùn)動(dòng)件吊裝在所述吊掛繩上；所述氣浮隨動(dòng)裝置還包括用于檢測(cè)吊掛繩與貯氣套之間是否出現(xiàn)傾斜的光電編碼器和用于抵消慣性力影響的空氣噴嘴，所述光電編碼器的光電編碼盤(pán)裝在所述氣浮滑輪上，所述光電編碼器的讀數(shù)頭裝在所述連接架上，所述光電編碼器的讀數(shù)頭正對(duì)光電編碼盤(pán)；所述空氣噴嘴分別安裝在所述安裝座的兩側(cè)，且所述空氣噴嘴的空氣出口朝向貯氣套的側(cè)邊。進(jìn)一步，所述氣浮軸的兩端分別套裝安裝座，所述安裝座與所述滑臺(tái)固定連接，所述滑臺(tái)連接到長(zhǎng)距離直線導(dǎo)軌上，光柵尺裝在貯氣套中間位置，光柵尺讀數(shù)頭裝在安裝座中間位置，所述光柵尺讀數(shù)頭正對(duì)光柵尺。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為氣浮隨動(dòng)裝置根據(jù)運(yùn)動(dòng)件吊點(diǎn)位置無(wú)摩擦隨動(dòng)，通過(guò)光柵尺檢測(cè)貯氣套位置，如果安裝座上的光柵尺讀數(shù)頭讀出的位置值不等于零，則主動(dòng)控制電機(jī)等驅(qū)動(dòng)源，通過(guò)同步帶控制滑臺(tái)移動(dòng)，保證貯氣套與安裝座的相對(duì)位移為零，即位于安裝座的中心位置。在運(yùn)動(dòng)前對(duì)光電編碼器清零，氣浮隨動(dòng)裝置與運(yùn)動(dòng)件跟隨一致時(shí)，吊掛繩與貯氣套垂直，此狀態(tài)下光電編碼器沒(méi)有讀數(shù)。如果運(yùn)動(dòng)件沿直線導(dǎo)軌方向運(yùn)動(dòng)，尤其是加速或減速運(yùn)動(dòng)(啟動(dòng)或停止)，由于氣浮隨動(dòng)裝置的質(zhì)量較大，跟隨運(yùn)動(dòng)過(guò)程中雖然沒(méi)有摩擦力的影響，卻不可避免的要受到自身慣性力的影響，出現(xiàn)滯后或超前，不能完全一致跟隨，此狀態(tài)下吊掛繩不能與貯氣套保持垂直狀態(tài)，而是出現(xiàn)傾斜，設(shè)此傾斜角度為α。詳見(jiàn)附圖2。當(dāng)光柵尺檢測(cè)到的安裝座與貯氣套的相對(duì)位移為零時(shí)，裝在氣浮滑輪上的光電編碼器此時(shí)可以靈敏地測(cè)出α的大小，并把該角度值傳給帶PID控制的嵌入式微處理器，嵌入式微處理器根據(jù)慣性力計(jì)算公式(詳見(jiàn)公式3)，計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)膽T性力方向和大小，選擇開(kāi)啟安裝座左端還是右端的噴嘴，并且通過(guò)PID算法直接計(jì)算出噴嘴開(kāi)啟的大小，具體通過(guò)控制
連接到噴嘴的比例閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，最終由其中的一個(gè)(或一組)空氣噴嘴對(duì)貯氣套產(chǎn)生與慣性力大小相等、方向相反的力，使由兩個(gè)氣浮套與貯氣套構(gòu)成的氣浮隨動(dòng)裝置與運(yùn)動(dòng)件一致跟隨，吊掛繩與貯氣套重新保持垂直?？刂葡到y(tǒng)原理詳見(jiàn)附圖3。本發(fā)明很好的解決了氣浮隨動(dòng)裝置的質(zhì)量變大，因此產(chǎn)生的慣性力不能簡(jiǎn)單忽略，進(jìn)而單純靠被動(dòng)跟隨不能同步運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)嵌入式微處理器控制空氣噴嘴產(chǎn)生與慣性力大小相等方向相反的力，使氣浮隨動(dòng)裝置主動(dòng)跟隨運(yùn)動(dòng)件運(yùn)動(dòng)，達(dá)到去除氣浮隨動(dòng)裝置自身慣性力影響的目的。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在為了實(shí)現(xiàn)氣浮隨動(dòng)裝置在短氣浮軸上根據(jù)運(yùn)動(dòng)件吊點(diǎn)位置作長(zhǎng)距離無(wú)摩擦隨動(dòng)，將軸向長(zhǎng)距離無(wú)摩擦移動(dòng)嫁接到一般運(yùn)動(dòng)精度的滑塊導(dǎo)軌組件上，通過(guò)光柵尺檢測(cè)貯氣套位置，由主動(dòng)控制電機(jī)等驅(qū)動(dòng)源控制滑塊移動(dòng)，保證貯氣套與安裝座的相對(duì)位移為零，這樣就能夠保證運(yùn)動(dòng)件在長(zhǎng)距離移動(dòng)情況下始終保持無(wú)摩擦。但是由于增加了氣浮隨動(dòng)裝置的質(zhì)量，因此產(chǎn)生的慣性力不能簡(jiǎn)單忽略，單純靠被動(dòng)跟隨不能一致跟隨。本專利根據(jù)光電編碼器測(cè)得的吊掛繩傾斜角度值，由嵌入式微處理器控制空氣噴嘴產(chǎn)生與慣性力大小相等方向相反的力，使氣浮隨動(dòng)裝置主動(dòng)跟隨運(yùn)動(dòng)件運(yùn)動(dòng)，達(dá)到同步跟隨吊點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的目的。


圖I是一種無(wú)慣性力影響的氣浮隨動(dòng)裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。圖2是圖I的-剖面放大圖。圖3是氣浮滑輪局部放大圖。圖4是氣浮隨動(dòng)裝置不一致跟隨時(shí)吊掛繩與貯氣套傾斜角度示意圖。圖5是一種無(wú)慣性力影響的氣浮隨動(dòng)裝置控制原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照?qǐng)DI 圖5，一種無(wú)慣性力影響的氣浮隨動(dòng)裝置，包括氣浮軸10和氣浮套2，所述氣浮套2套裝在所述氣浮軸10上，所述氣浮套2有兩個(gè)，所述氣浮套2均與貯氣套18密封連接，貯氣套I與氣浮滑輪16固定連接，所述安裝座7裝在所述氣浮軸10兩端，所述貯氣套I與所述氣浮套2構(gòu)成氣浮隨動(dòng)裝置，所述氣浮隨動(dòng)裝置與運(yùn)動(dòng)件隨動(dòng)。所述長(zhǎng)距離直線導(dǎo)軌6上安裝滑塊5，所述滑塊5與所述安裝座7固定連接，所述貯氣套I與氣浮軸10之間為貯氣腔，所述氣浮軸10的軸心開(kāi)有進(jìn)氣通道，連接進(jìn)氣管8，并與所述貯氣腔連通，所述貯氣腔設(shè)有出氣口，所述出氣口通過(guò)連接氣管17與各個(gè)氣浮套2的進(jìn)氣口連通，并與所述氣浮滑輪16的氣浮軸15連通。所述長(zhǎng)距離氣浮直線導(dǎo)軌還包括用以判斷氣浮隨動(dòng)裝置偏離氣浮軸中間位置是否達(dá)到設(shè)定值的位置傳感器光柵尺3，所述位置傳感器光柵尺3安裝在所述貯氣套I中間位置，所述光柵尺讀數(shù)頭4裝在所述安裝座7中間位置。所述空氣噴嘴9安裝在所述安裝座7上，所述光電編碼器裝在所述氣浮滑輪上，在運(yùn)動(dòng)前清零。所述光電編碼器讀數(shù)頭18裝在所述氣浮滑輪16正面或后面。氣浮套與貯氣套間通過(guò)O型圈對(duì)貯氣套密封。本實(shí)施例中，當(dāng)運(yùn)動(dòng)件13沿與氣浮軸10軸向平行的方向短距離移動(dòng)時(shí)，隨即拖動(dòng)貯氣套I與氣浮套2構(gòu)成的氣浮隨動(dòng)裝置在氣浮軸10上軸向移動(dòng)。當(dāng)位移傳感器光柵尺3檢測(cè)到貯氣套I與安裝座7的相對(duì)位移大于設(shè)定值后，主動(dòng)控制電機(jī)19，通過(guò)絲杠20控制滑塊5按貯氣套I相同運(yùn)動(dòng)方向移動(dòng)，從而保證運(yùn)動(dòng)件始終位于氣浮軸10的中間位置。對(duì)于長(zhǎng)距離移動(dòng)的場(chǎng)合，通過(guò)主動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滑塊移動(dòng)，由于氣浮套與氣浮軸之間無(wú)摩擦運(yùn)動(dòng)的特性，滑塊的移動(dòng)過(guò)程并不對(duì)氣浮套和貯氣套及運(yùn)動(dòng)件的空間位置及運(yùn)動(dòng)造成影響。參照附圖2，3，具體控制算法如下當(dāng)運(yùn)動(dòng)件13沿與氣浮軸10軸向平行的方向移動(dòng)時(shí)，由于氣浮隨動(dòng)裝置的質(zhì)量較大，尤其在運(yùn)動(dòng)件加速或減速運(yùn)動(dòng)時(shí)(啟動(dòng)或停止時(shí))不能忽略其慣性力的影響。如果氣浮隨動(dòng)裝置不能一致跟隨，則吊掛繩不再垂直于貯氣套，設(shè)傾斜角度為α，詳見(jiàn)附圖4。當(dāng)光柵尺檢測(cè)到的安裝座與貯氣套的相對(duì)位移為零時(shí)，裝在氣浮滑輪上的光電編碼器可以靈敏地測(cè)出α的大小，并把該角度值傳給帶PID控制的嵌入式微處理器，嵌入式微處理器根據(jù)慣性力計(jì)算公式(詳見(jiàn)公式3)，計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)膽T性力方向和大小，選擇開(kāi)啟安裝座左端還是右端的噴嘴，并且通過(guò)PID算法直接計(jì)算出噴嘴開(kāi)啟的大小，具體通過(guò)控制連接到噴嘴的比例閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，最終由其中的一個(gè)(或一組)空氣噴嘴對(duì)貯氣套產(chǎn)生與慣性力大小相等、方向相反的力，使由兩個(gè)氣浮套與貯氣套構(gòu)成的氣浮隨動(dòng)裝置與運(yùn)動(dòng)件一致跟隨?？刂葡到y(tǒng)原理詳見(jiàn)附圖5。這樣就達(dá)到了通過(guò)吊掛繩與貯氣套的傾斜角度采樣值控制比例閥輸出壓力的大小，實(shí)現(xiàn)提供精確的補(bǔ)償力。該控制算法正確實(shí)現(xiàn)的前提是保證由光柵尺檢測(cè)到的安裝座與貯氣套的相對(duì)位移為零，當(dāng)然如果不為零，則需要主動(dòng)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)連接到安裝座的滑臺(tái)，使之移動(dòng)到相對(duì)位置為零處。安裝座與貯氣套的相對(duì)位移的變化對(duì)該控制算法有一定擾動(dòng)，需要考慮該擾動(dòng)的影響。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)慣性力影響的氣浮隨動(dòng)裝置，包括氣浮軸、氣浮套和長(zhǎng)距離導(dǎo)軌氣浮滑輪，所述氣浮套套裝在所述氣浮軸上，所述氣浮套有兩個(gè)，所述氣浮套均與貯氣套密封連接，所述貯氣套與氣浮軸之間為貯氣腔，所述氣浮軸的軸心開(kāi)有進(jìn)氣通道，所述進(jìn)氣通道的一端連接主供氣管，所述進(jìn)氣通道的另一端與所述貯氣腔連通，所述貯氣腔設(shè)有出氣口，所述出氣口通過(guò)連接氣管與各個(gè)氣浮套的進(jìn)氣口連通；所述貯氣套與連接桿固定連接，所述連接桿與氣浮滑輪固定連接，所述氣浮滑輪的軸心開(kāi)有進(jìn)氣孔，所述進(jìn)氣孔與所述連接氣管連通，所述氣浮滑輪上套裝吊掛繩，所述運(yùn)動(dòng)件吊裝在所述吊掛繩上；其特征在于所述氣浮隨動(dòng)裝置還包括用于檢測(cè)吊掛繩與貯氣套之間是否出現(xiàn)傾斜的光電編碼器和用于抵消慣性力影響的空氣噴嘴，所述光電編碼器的光電編碼盤(pán)裝在所述氣浮滑輪上，所述光電編碼器的讀數(shù)頭裝在所述連接架上，所述光電編碼器的讀數(shù)頭正對(duì)光電編碼盤(pán)；所述空氣噴嘴分別安裝在所述安裝座的兩側(cè)，且所述空氣噴嘴的空氣出口朝向貯氣套的側(cè)邊。
2.如權(quán)利要求I所述的一種無(wú)慣性力影響的氣浮隨動(dòng)裝置，其特征在于所述氣浮軸的兩端分別套裝安裝座，所述安裝座與所述滑臺(tái)固定連接，所述滑臺(tái)連接到長(zhǎng)距離直線導(dǎo)軌上，光柵尺裝在貯氣套中間位置，光柵尺讀數(shù)頭裝在安裝座中間位置，所述光柵尺讀數(shù)頭正對(duì)光柵尺。
全文摘要
一種無(wú)慣性力影響的氣浮隨動(dòng)裝置，包括氣浮軸、氣浮套和長(zhǎng)距離導(dǎo)軌氣浮滑輪，氣浮套套裝在氣浮軸上，氣浮套有兩個(gè)，氣浮套均與貯氣套密封連接，貯氣套與連接桿固定連接，連接桿與氣浮滑輪固定連接，氣浮滑輪的軸心開(kāi)有進(jìn)氣孔，進(jìn)氣孔與連接氣管連通，氣浮滑輪上套裝吊掛繩，運(yùn)動(dòng)件吊裝在吊掛繩上；光電編碼器的光電編碼盤(pán)裝在氣浮滑輪上，光電編碼器的讀數(shù)頭裝在連接架上，光電編碼器的讀數(shù)頭正對(duì)光電編碼盤(pán)；空氣噴嘴分別安裝在所述安裝座的兩側(cè)，且所述空氣噴嘴的空氣出口朝向貯氣套的側(cè)邊。本發(fā)明有效消除慣性力影響、控制精度較高。
文檔編號(hào)F16C41/00GK102817910SQ20121028039
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月8日
發(fā)明者袁巧玲, 單曉杭, 孫建輝 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)