CN103523717B - 二维恒力跟随吊挂装置 - Google Patents

Abstract

二维恒力跟随吊挂装置，包括恒力输出气缸、气浮导轨、气浮垫、直线导轨、电机、激光位移传感器、反光板、支架等；气浮导轨包含第一气浮套、第二气浮套、第一气浮轴、第二气浮轴，直线导轨和第二气浮轴平行且竖直的安装在支架上，直线导轨上套装滑块，滑块连接固定板，恒力输出气缸竖直安装在固定板上，第二气浮套有两个且套装在第二气浮轴上，两个第二气浮套通过安装板连接，第一气浮套套装在第一气浮轴上，第一气浮轴两端分别与恒力输出气缸的缸筒和第二气浮套上的安装板固接，第一气浮套通过悬挂绳连接目标工件。本发明采用恒力输出气缸实现长距离恒力吊挂，通过气浮导轨实现水平跟随，二维恒力跟随吊挂精度高、稳定性好。

Description

二维恒力跟随吊挂装置

技术领域

本发明涉及二维恒力吊挂装置。

背景技术

二维恒力跟随吊挂装置是对目标工件实现竖直方向的恒力吊挂和水平上的运动跟随，对目标工件不引入其他外力，不对目标工件运动状态产生影响。现有技术通常是采用悬挂绳将直线导轨的滑块和目标工件连接起来，通过角度传感器测量出悬挂绳的偏角，通过电机控制滑块运动实现水平方向的运动跟随，再通过力传感器测量出悬挂绳上力的大小，通过收紧或放松悬挂绳实现垂直方向的随动和恒力输出。但是由于传感器测量存在一定的误差，电机控制精度不高，难以消除波动和误差，在具体实现过程中存在很多问题。由于气浮导轨具有无摩擦的特点，因此将目标工件和气浮套连接起来，通过气浮套在气浮轴上的无摩擦运动实现水平运动被动跟随，再通过砝码与目标工件吊挂，实现竖直方向的恒力输出和运动跟随，但是当目标工件做加速或减速运动时，砝码会因自身惯性力的影响而产生一个作用在目标工件上的附加力，且砝码质量越大影响越大，因此这种方法只适用于目标工件低速或匀速运动的场合。

发明内容

针对现有二维恒力跟随吊挂装置测量误差大、跟随精度不高、减重砝码惯性力影响大等问题，本发明提供一种采用恒力输出气缸实现恒力吊挂、气浮导轨实现水平跟随、精度高、稳定性好的二维恒力跟随吊挂装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

二维恒力跟随吊挂装置，包括恒力输出气缸、气浮导轨、气浮垫、直线导轨、电机、激光位移传感器、反光板、支架；所述气浮导轨包含第一气浮套、第二气浮套、第一气浮轴、第二气浮轴。所述直线导轨和第二气浮轴平行且竖直的安装在支架上，所述直线导轨上套装滑块，所述滑块连接固定板，所述第二气浮套有两个且套装在第二气浮轴上，所述两个第二气浮套通过安装板连接。

所述恒力输出气缸包括缸筒、连杆活塞、端盖；所述连杆活塞套装在缸筒内，所述缸筒两端通过端盖密封；所述缸筒中部开有轴向凹槽，所述连杆活塞中部通过连接座与固定板固接，所述连接座穿过轴向凹槽，所述缸筒沿竖直方向安装。

所述第一气浮套套装在第一气浮轴上，所述第一气浮轴两端分别与缸筒和第二气浮套上的安装板固接，所述第一气浮套通过悬挂绳连接目标工件。

所述电机安装在支架上，所述电机可驱动滑块移动。所述激光位移传感器安装在固定板上，所述反光板安装在端盖上，所述激光位移传感器与反光板位置相对。

所述连杆活塞包含两端凸起的第一活塞、第二活塞和中间的活塞杆，所述第一活塞、第二活塞与缸筒间留有极小的间隙。连接支架与活塞杆中部固接。

所述气浮垫有两个，所述气浮垫内表面为半圆型，所述气浮垫通过气浮垫座与固定板连接，所述气浮垫座上设有气浮进气口，所述气浮垫内表面与缸筒外表面间留有极小间隙，所述气浮垫可通过调节旋钮调节其与缸筒外表面之间间隙的大小。

所述连杆活塞中心有轴向通孔形成第一气浮进气孔，所述第一气浮进气孔两端通过密封塞密封；沿连杆活塞两端分别打轴向盲孔形成第一进气孔和第二进气孔，所述第一进气孔、第二进气孔、第一气浮进气孔之间相互隔离；所述连接支架中心开有第二气浮进气孔，所述第二气浮进气孔通过活塞杆中心的第一径向通孔与第一气浮进气孔相通，所述第一进气孔和第二进气孔分别通过活塞杆中心的第二径向通孔和第三径向通孔连接比例阀和储气罐；所述第二气浮进气孔和气浮垫座上的气浮进气口通过气管连接储气罐。

所述第一活塞和第二活塞上沿圆周均布径向节流孔，所述径向节流孔与第一气浮进气孔相通，所述径向节流孔内安装节流塞；所述第一活塞和第二活塞靠近端面处分别设有一圈凹槽，所述凹槽内均布径向盲孔形成第一卸气孔，从活塞杆一端分别向第一活塞和第二活塞打轴向盲孔形成第二卸气孔，所述第一卸气孔与第二卸气孔相通；所述径向节流孔沿轴向方向至少有两组；所述径向节流孔与第一卸气孔和第二卸气孔间相互隔离。

本发明的设计思路及优点表现在：

由于气浮导轨不存在摩擦力，因此将目标工件与第一气浮套连接，第一气浮套可在第一气浮轴上无摩擦运动，实现水平方向的被动跟随，不对目标工件的运动产生影响。竖直方向通过恒力输出气缸来实现恒力吊挂，将第一气浮轴和恒力输出气缸的缸筒连接起来，输出气缸由缸筒和连杆活塞等组成，缸筒与连杆活塞间通过气膜润滑，通过连接座将活塞与跟随系统固定连接，因此只要通过比例阀和储气罐控制通入缸筒和连杆活塞两端气压的压差保持恒定，则缸筒上输出的力值保持恒定。气浮轴另一端通过两个气浮套与竖直方向的气浮导轨连接，起导向和支撑作用。

由于恒力输出气缸的行程有限，因此通过直线导轨主动跟随，连杆活塞和固定板连接，通过电机控制滑块带动固定板移动可控制连杆活塞的运动。缸筒运动过程中，激光位移传感器可测量出缸筒的位移，然后通过电机控制连杆活塞运动相应的距离，使其始终位于缸筒中部位置，从而实现长距离的恒力吊挂，另一方面，减小了因连杆活塞运动引起缸筒腔体体积变化对气压产生的影响，进一步提高了恒力吊挂的精度。

连杆活塞上设有径向节流孔，高压气体从连杆活塞上的第一气浮进气孔进入，通过径向节流孔在连杆活塞与缸筒之间形成气膜，为缸筒提供支撑和润滑；连杆活塞上气浮供气和输出气缸供气均不会对缸筒运动产生影响；在缸筒两端增加了两个半圆形气浮垫，对缸筒提供了气浮支撑，提高了恒力吊挂的稳定性。

缸筒和活塞均为一体设计，一方面加工简单，另一方面能满足装配精度要求。缸筒上开有轴向凹槽，因此连接支架不会影响缸筒的运动。

连杆活塞上均设有凹槽和卸气孔，卸气孔与外界大气相通，在气膜形成的间隙内形成常压区，使间隙内存在压力梯度，促进稳定气膜的形成，承载能力好。

本发明的优点表现在：精度高、稳定性好。

附图说明

图1是二维恒力跟随吊挂装置示意图

图2是连杆活塞示意图

图3是连杆活塞A-A截面示意图

具体实施方式

结合图1～3，二维恒力跟随吊挂装置，包括恒力输出气缸、气浮导轨、气浮垫12、直线导轨15、电机18、激光位移传感器9、反光板8、支架16等；气浮导轨包含第一气浮套19、第二气浮套30、第一气浮轴17、第二气浮轴32。直线导轨15和第二气浮轴32平行且竖直的安装在支架16上，直线导轨15上套装滑块13，所述滑块13连接固定板14，第二气浮套30有两个且套装在第二气浮轴32上，两个第二气浮套30通过安装板31连接。

所恒力输出气缸包括缸筒1、连杆活塞2、端盖28；连杆活塞2套装在缸筒1内，缸筒1两端通过端盖29密封；缸筒1中部开有轴向凹槽，连杆活塞2中部通过连接座6与固定板14固接，连接座6穿过轴向凹槽，缸筒1沿竖直方向安装。

第一气浮套19套装在第一气浮轴17上，第一气浮轴17两端分别与缸筒1和第二气浮套30上的安装板31固接，第一气浮套19通过悬挂绳连接目标工件33。

电机18安装在支架16上，电机18可驱动滑块13移动。激光位移传感器9安装在固定板14上，反光板8安装在端盖上，激光位移传感器9与反光板8位置相对。

连杆活塞2包含两端凸起的第一活塞、第二活塞和中间的活塞杆，第一活塞、第二活塞与缸筒1间留有极小的间隙，连接支架6与活塞杆中部固接。

气浮垫12有两个，气浮垫12内表面为半圆型，气浮垫12通过气浮垫座10与固定板14连接，气浮垫座10上设有气浮进气口28，气浮垫12内表面与缸筒1外表面间留有极小间隙，气浮垫12可通过调节旋钮11调节其与缸筒1外表面之间间隙的大小。

连杆活塞中心有轴向通孔形成第一气浮进气孔5，第一气浮进气孔5两端通过密封塞26密封；沿连杆活塞2两端分别打轴向盲孔形成第一进气孔22和第二进气孔25，第一进气孔22、第二进气孔25、第一气浮进气孔5之间相互隔离；连接支架6中心开有第二气浮进气孔7，第二气浮进气孔7通过活塞杆中心的第一径向通孔27与第一气浮进气孔5相通，第一进气孔22和第二进气孔25分别通过活塞杆中心的第二径向通孔24和第三径向通孔23连接比例阀和储气罐；第二气浮进气孔7和气浮垫座上的气浮进气口28通过气管连接储气罐。

第一活塞和第二活塞上沿圆周均布径向节流孔4，径向节流孔4与第一气浮进气孔5相通，径向节流孔4内安装节流塞；第一活塞和第二活塞靠近端面处分别设有一圈凹槽3，凹槽3内均布径向盲孔形成第一卸气孔20，从活塞杆一端分别向第一活塞和第二活塞打轴向盲孔形成第二卸气孔21，第一卸气孔20与第二卸气孔21相通；径向节流孔4沿轴向方向至少有两组；径向节流孔4与第一卸气孔20、第二卸气孔21间相互隔离。

Claims (1)

1.二维恒力跟随吊挂装置，其特征在于：包括恒力输出气缸、气浮导轨、气浮垫、直线导轨、电机、激光位移传感器、反光板、支架；所气浮导轨包含第一气浮套、第二气浮套、第一气浮轴、第二气浮轴；所述直线导轨和第二气浮轴平行且竖直的安装在支架上，所述直线导轨上套装滑块，所述滑块连接固定板，所述第二气浮套有两个且套装在第二气浮轴上，所述两个第二气浮套通过安装板连接；

所述恒力输出气缸包括缸筒、连杆活塞、端盖；所述连杆活塞套装在缸筒内，所述缸筒两端通过端盖密封；所述缸筒中部开有轴向凹槽，所述连杆活塞中部通过连接座与固定板固接，所述连接座穿过轴向凹槽，所述缸筒沿竖直方向安装；

所述第一气浮套套装在第一气浮轴上，所述第一气浮轴两端分别与缸筒和第二气浮套上的安装板固接，所述第一气浮套通过悬挂绳连接目标工件；

所述电机安装在支架上，所述电机可驱动滑块移动；所述激光位移传感器安装在固定板上，所述反光板安装在端盖上，所述激光位移传感器与反光板位置相对；

所述连杆活塞包含两端凸起的第一活塞、第二活塞和中间的活塞杆，所述第一活塞、第二活塞与缸筒间留有极小的间隙；连接支架与活塞杆中部固接；

所述气浮垫有两个，所述气浮垫内表面为半圆型，所述气浮垫通过气浮垫座与固定板连接，所述气浮垫座上设有气浮进气口，所气浮垫内表面与缸筒外表面间留有极小间隙，所述气浮垫可通过调节旋钮调节其与缸筒外表面之间间隙的大小；

所述连杆活塞中心有轴向通孔形成第一气浮进气孔，所述第一气浮进气孔两端通过密封塞密封；沿连杆活塞两端分别打轴向盲孔形成第一进气孔和第二进气孔，所述第一进气孔、第二进气孔、第一气浮进气孔之间相互隔离；所述连接支架中心开有第二气浮进气孔，所述第二气浮进气孔通过活塞杆中心的第一径向通孔与第一气浮进气孔相通，所述第一进气孔和第二进气分别通过活塞杆中心的第二径向通孔和第三径向通孔连接比例阀和储气罐；所述第二气浮进气孔和气浮垫座上的气浮进气口通过气管连接储气罐；

所述第一活塞和第二活塞上沿圆周均布径向节流孔，所述径向节流孔与第一气浮进气孔相通，所述径向节流孔内安装节流塞；所述第一活塞和第二活塞靠近端面处分别设有一圈凹槽，所述凹槽内均布径向盲孔形成第一卸气孔，从活塞杆一端分别向第一活塞和第二活塞打轴向盲孔形成第二卸气孔，所述第一卸气孔与第二卸气孔相通；所述径向节流孔沿轴向方向至少有两组；所述径向节流孔与第一卸气孔和第二卸气孔间相互隔离。