CN107627259A - 机液伺服位置自适应对中装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机液伺服位置自适应对中装置及方法，其中对中装置包括基座，基座上设有进退油缸，其活塞杆与进退滑块铰接，进退滑块上设有横移油缸，其活塞杆与横移滑块铰接，横移滑块上设有升降油缸，其活塞杆与升降滑块铰接，升降滑块上设有弹性夹持机构。其中对中方法包括如下步骤：将物体A夹在弹性夹持机构内，第一杆套装在物体A上，对机液伺服阀供油，进退油缸带动物体A前进，当第一杆与目标物B接触后，物体A与目标物B在进退油缸活塞杆伸缩方向上自动跟随，同理，对其他油缸的机液伺服阀供油可实现相应方向的自动跟随。其目的是为了提供一种机液伺服位置自适应对中装置及方法，可实现与运动中目标物的位置进行自动跟踪和对接。

Description

机液伺服位置自适应对中装置及方法

技术领域

本发明涉及自适应调节技术领域，特别是涉及一种机液伺服位置自适应对中装置及方法。

背景技术

在某些场合，需要将物体A与一个运动中的物体B(目标物)实现自动跟踪定位后进行连接，尤其适应用在如下场合，如：1)有毒等气体环境，不便于人工操作；2)应急处理系统，人工无法在规定时间内完成工作；3)雾、雨、雪等气候，人工不便处理，且现有传感器技术无法可靠、准确获取物体A与目标物B之间的相对位置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种机液伺服位置自适应对中装置及方法，可实现与运动中目标物的位置进行自动跟踪和对接。

本发明中的机液伺服位置自适应对中装置，包括基座，所述基座上设有进退油缸，所述进退油缸的活塞杆与进退滑块铰接，所述进退滑块可滑动地安装在基座上，所述进退滑块上设有横移油缸，所述横移油缸的活塞杆与横移滑块铰接，所述横移滑块可滑动地安装在进退滑块上，所述横移滑块上设有升降油缸，所述升降油缸的活塞杆与升降滑块铰接，所述升降滑块可滑动地安装在横移滑块上，所述进退油缸、横移油缸和升降油缸均连接有一个机液伺服阀，每个机液伺服阀控制与其相连的油缸驱动相应滑块滑动，每个机液伺服阀的阀芯均铰接有第二杆，第二杆的另一端铰接有第一杆，第二杆能够以自身上的点为旋转中心进行旋转，所述升降滑块上安装有弹性夹持机构。

本发明中的机液伺服位置自适应对中装置，其中所述进退滑块通过滚动直线导轨可滑动地安装在基座上，所述横移滑块通过滚动直线导轨可滑动地安装在进退滑块上，所述升降滑块通过滚动直线导轨可滑动地安装在横移滑块上。

本发明中的机液伺服位置自适应对中装置，其中所述弹性夹持机构包括前夹体、夹持油缸和夹钳，所述前夹体安装在升降滑块上，所述夹持油缸固定设在前夹体上，所述夹钳包括两个相对设置的左夹钳和右夹钳，左夹钳和右夹钳均铰接在前夹体上，左夹钳和右夹钳的上端均铰接有一根连杆，每根连杆的另一端均与所述夹持油缸的活塞杆铰接。

本发明中的机液伺服位置自适应对中装置，其中所述左夹钳和右夹钳的内侧均设有弹性推杆，所述弹性推杆包括壳体、顶杆和弹簧，所述壳体设置在夹钳上，所述顶杆通过弹簧设置在壳体内，当顶杆向壳体内侧运动时，弹簧的弹力逐渐增大。

本发明中的使用上述机液伺服位置自适应对中装置的对中方法，包括如下步骤：

将物体A夹持在弹性夹持机构内，将第一杆套装在所述物体A上，使第一杆能够相对物体A来回滑动，

对控制进退油缸的机液伺服阀供油，进退油缸带动物体A前进，与物体A套装的第一杆也向前运动，当第一杆与目标物B接触后，在机液伺服阀控制下，物体A与目标物B在进退油缸活塞杆伸缩方向上自动跟随，

同理，对控制横移油缸的机液伺服阀供油，实现物体A与目标物B在横移油缸活塞杆伸缩方向上的自动跟随，对控制升降油缸的机液伺服阀供油，实现物体A与目标物B在升降油缸活塞杆伸缩方向上的自动跟随，物体A与目标物B在三个自由度实现自动跟踪定位，

物体A通过自身连接机构与目标物B固定连接在一起，

通过夹持油缸将弹性夹持机构打开，通过机液伺服阀控制进退油缸、横移油缸和升降油缸后退，完成物体A与目标物B的连接。

本发明中的对中方法，其中在机液伺服阀控制下，物体A与目标物B在进退油缸活塞杆伸缩方向上实现自动跟随的具体步骤如下：

初始位置，油源提供高压油经机液伺服阀进入进退油缸A腔，A腔远离物体A，进退油缸的活塞杆推动物体A及第一杆朝向目标物B运动，

当第一杆与目标物B接触后，第一杆开始相对物体A朝向进退油缸方向运动，通过与第一杆相铰接的第二杆控制机液伺服阀阀芯朝向目标物B运动并使机液伺服阀换向，从而使高压油进入进退油缸B腔，B腔靠近物体A，进退油缸的活塞杆拉动物体A远离目标物B，同时，第一杆也远离目标物B，此时机液伺服阀会在安装在阀体内部的弹簧作用下换向，使高压油再次通向油缸A腔，物体A又会朝向目标物B运动，

上述过程不断重复，完成物体A与目标物B的位置跟随。

本发明机液伺服位置自适应对中装置及方法在X、Y、Z三个方向上分别设置一油缸，每个油缸均通过一个机液伺服阀控制，通过三个油缸的实现物体A在三个方向的运动，再加上第一杆和第二杆组成的连杆机构的作用，实现物体A在上述三个方向的自适应调整，从而实现物体A与目标物B的位置自动找正、跟随和对接。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明中的机液伺服位置自适应对中装置的结构示意图；

图2为本发明中的机液伺服位置自适应对中装置的使用状态图；

图3为本发明中对中方法的机液伺服控制原理示意图；

图4为本发明中的弹性夹持机构在夹钳夹持时的状态图；

图5为本发明中的弹性夹持机构在夹钳张开时的状态图。

具体实施方式

如图1所示，并结合图2、3所示，本发明中的机液伺服位置自适应对中装置，包括基座1，所述基座1上设有进退油缸2，所述进退油缸2的活塞杆与进退滑块3铰接，所述进退滑块3可滑动地安装在基座1上，所述进退滑块3上设有横移油缸4，所述横移油缸4的活塞杆与横移滑块5铰接，所述横移滑块5可滑动地安装在进退滑块3上，所述横移滑块5上设有升降油缸6，所述升降油缸6的活塞杆与升降滑块7铰接，所述升降滑块7可滑动地安装在横移滑块5上，所述进退油缸2、横移油缸4和升降油缸6均连接有一个机液伺服阀8，每个机液伺服阀8控制与其相连的油缸驱动相应滑块滑动，每个机液伺服阀8的阀芯81均铰接有第二杆9，第二杆9的另一端铰接有第一杆10，第二杆9能够以自身上的C点为旋转中心进行旋转，所述升降滑块7上安装有弹性夹持机构11。在本实施例中，弹性夹持机构11设为两个，两个弹性夹持机构11对称地设置在升降滑块7的两侧。

机液伺服阀8、第一杆10和第二杆9均安装在相应的滑块上，机液伺服阀8与相应的滑块为固定连接，第二杆9通过自身的C点铰接在相应的滑块上。

本发明中的机液伺服位置自适应对中装置，其中所述进退滑块3通过滚动直线导轨12可滑动地安装在基座1上，所述横移滑块5通过滚动直线导轨12可滑动地安装在进退滑块3上，所述升降滑块7通过滚动直线导轨12可滑动地安装在横移滑块5上。通过滚动直线导轨12可有效减小各部件间的相对运动阻力。

如图4所示，并结合图5所示，本发明中的机液伺服位置自适应对中装置，其中所述弹性夹持机构11包括前夹体13、夹持油缸14和夹钳，所述前夹体13安装在升降滑块7上，所述夹持油缸14固定设在前夹体13上，所述夹钳包括两个相对设置的左夹钳15和右夹钳16，左夹钳15和右夹钳16均通过销轴铰接在前夹体13上，左夹钳15和右夹钳16的上端均通过销轴铰接有一根连杆17，每根连杆17的另一端均与所述夹持油缸14的活塞杆通过销轴铰接。

本发明中的机液伺服位置自适应对中装置，其中所述左夹钳15和右夹钳16的内侧均设有弹性推杆，所述弹性推杆17包括壳体、顶杆和弹簧，所述壳体设置在夹钳上，所述顶杆通过弹簧设置在壳体内，当顶杆向壳体内侧运动时，弹簧的弹力逐渐增大。

在安装时，弹簧有一定预压缩力，外力较小，无法克服弹簧预压缩力时，推不动顶杆；当外力较大，超过弹簧预压缩力后，可推动顶杆向壳体内收回。

工作时，夹持油缸14活塞杆伸出，通过连杆17使夹钳闭合。通过弹性推杆17将物体A抱紧；夹持油缸14活塞杆收回，夹钳打开，弹性夹持机构17与物体A解脱。

弹性推杆17可对物体A起到超载保护、实现对物体A的柔性夹持作用。

本发明中的使用上述机液伺服位置自适应对中装置的对中方法，包括如下步骤：

将物体A夹持在弹性夹持机构17内，将第一杆10套装在所述物体A上，使第一杆10能够相对物体A来回滑动，

对控制进退油缸2的机液伺服阀8供油，进退油缸2带动物体A前进，与物体A套装的第一杆10也向前运动，当第一杆10与目标物B接触后，在机液伺服阀8控制下，物体A与目标物B在进退油缸活塞杆伸缩方向上自动跟随，

同理，对控制横移油缸4的机液伺服阀8供油，实现物体A与目标物B在横移油缸活塞杆伸缩方向上的自动跟随，对控制升降油缸6的机液伺服阀8供油，实现物体A与目标物B在升降油缸活塞杆伸缩方向上的自动跟随，物体A与目标物B在三个自由度实现自动跟踪定位，

物体A通过自身连接机构与目标物B固定连接在一起，

通过夹持油缸14将弹性夹持机构11打开，通过机液伺服阀8控制进退油缸2、横移油缸4和升降油缸6后退，完成物体A与目标物B的连接。

如图3所示，本发明中的对中方法，其中在机液伺服阀8控制下，物体A与目标物B在进退油缸活塞杆伸缩方向上实现自动跟随的具体步骤如下：

初始位置，油源提供高压油经机液伺服阀8进入进退油缸A腔，A腔远离物体A，进退油缸2的活塞杆推动物体A及第一杆10朝向目标物B运动，

当第一杆10与目标物B接触后，第一杆10开始相对物体A朝向进退油缸2方向运动，通过与第一杆10相铰接的第二杆9控制机液伺服阀阀芯81朝向目标物B运动并使机液伺服阀8换向，从而使高压油进入进退油缸B腔，B腔靠近物体A，进退油缸2的活塞杆拉动物体A远离目标物B，同时，第一杆10也远离目标物B，此时机液伺服阀8会在安装在阀体内部的弹簧作用下换向，使高压油再次通向油缸A腔，物体A又会朝向目标物B运动，

上述过程不断重复，完成物体A与目标物B的位置跟随。

本发明将两物体(物体A和目标物B)相互位置变化分解为三个平动自由度(即X、Y、Z三个方向上)。每个自由度均采用机液伺服阀控制实现位置自动追踪并跟随。采用机液伺服控制、机械限位技术对物体A的位置与运动中目标物B进行三个自由度随动控制，实现物体A与物体B的位置跟随。将物体A、目标物B连接固定在一起或完成其它操作任务后，可将弹性夹持机构与物体A解脱，完成物体A与运动中目标物B的连接固定。采用相同技术，可将弹性夹持机构再次与物体A连接，解脱物体A与目标物B的连接后，将物体A夹持并取下。

以进退自由度调整为例，控制原理见图3。初始位置，物体A在图示左极限位置，目标物B在图示右极限位置。工作原理如下：

(1)机液伺服阀8及连杆机构(包括第一杆10和第二杆9)均与进退滑块3安装固定在一起，初始位置，油源提供高压油经机液伺服阀8进入油缸A腔，推动物体A及连杆机构向图示右侧方向运动；

(2)运动至第一杆10右端与目标物B接触后，第一杆10开始相对物体A向左运动，通过连杆机构控制机液伺服阀阀芯81向右动作并使伺服阀8换向，从而使高压油进入油缸B腔，物体A即会向左运动；

(3)物体A向左运动微小距离，第一杆10向左运动并离开目标物B。此时机液伺服阀8会在安装在阀体内部的弹簧作用下换向，使高压油再次通向油缸A腔，物体A又会向右运动。

上述过程不断重复，完成物体A与目标物B的位置跟随。目标物静止时，物体A会“停留”在目标物附近设定位置，其具体位置会随液压伺服系统进行动态调整，但其与目标物的距离会保持在一个很高精度的调整范围内；当目标物移动时，物体A会“跟随”目标物运动，并使二者距离保持在一定精度范围内。

调整过程直观地可理解为物体A在目标物附近设定距离内不断振荡，但这程振荡是微观层面的位置调节，宏观上不会表现出振荡现象，如在仿形机床中，位置跟踪精度是相当高的。系统位置跟踪过程是相对平稳的。

升降、横移与进退调整原理相同，在此不予赘述。在目标物上设有凸起挡块，由连杆机构驱动机液伺服阀8，当连杆机构中的第一杆10碰到凸块时，可对对中装置的位置自适应调整，实现物体A相对目标物在设定的精度范围内实现跟随运动。

通过上述三个自由度的自适应调整，实现物体A与目标物的位置自动找正并跟随。

将机液伺服位置自适应对中装置与弹性夹持机构有效结合，实现与相对运动物体的位置自动跟随并连接，对接步骤如下：

(1)参照图1～图3，对控制进退油缸2的机液伺服阀8供油，进退油缸2带动物体A前进，当第一杆10与目标物B接触后，在机液伺服阀8控制下物体A与目标物B在图1所示左右方向实现自动跟随；

(2)同理，横移油缸4、升降油缸6分别工作，分别进行横移、升降动作，实现物体A与目标物B在另两个自由度实现自动跟随；

(3)上述三个自由度均进行自动跟随工作后，物体A与目标物B在三个自由度实现自动跟踪定位；

(4)物体A与目标物B之间通过自身连接机构连接固定在一起；

(5)弹性夹持机构11打开，油缸活塞杆后退，弹性夹持机构与物体A解脱。

本发明可实现如下效果：

(1)实现与运动中目标物的连接、随动；

(2)采用机液伺服方式实现二者位置的自动跟踪；

(3)通过弹性夹持机构与物体A连接，实现对物体A的柔性连接。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种机液伺服位置自适应对中装置，其特征在于：包括基座(1)，所述基座上设有进退油缸(2)，所述进退油缸的活塞杆与进退滑块(3)铰接，所述进退滑块可滑动地安装在基座上，所述进退滑块上设有横移油缸(4)，所述横移油缸的活塞杆与横移滑块(5)铰接，所述横移滑块可滑动地安装在进退滑块上，所述横移滑块上设有升降油缸(6)，所述升降油缸的活塞杆与升降滑块(7)铰接，所述升降滑块可滑动地安装在横移滑块上，所述进退油缸、横移油缸和升降油缸均连接有一个机液伺服阀(8)，每个机液伺服阀控制与其相连的油缸驱动相应滑块滑动，每个机液伺服阀的阀芯(81)均铰接有第二杆(9)，第二杆的另一端铰接有第一杆(10)，第二杆能够以自身上的点为旋转中心进行旋转，所述升降滑块上安装有弹性夹持机构(11)。

2.根据权利要求1所述的机液伺服位置自适应对中装置，其特征在于：所述进退滑块(3)通过滚动直线导轨(12)可滑动地安装在基座(1)上，所述横移滑块(3)通过滚动直线导轨可滑动地安装在进退滑块(3)上，所述升降滑块(7)通过滚动直线导轨可滑动地安装在横移滑块(5)上。

3.根据权利要求1或2所述的机液伺服位置自适应对中装置，其特征在于：所述弹性夹持机构(11)包括前夹体(13)、夹持油缸(14)和夹钳，所述前夹体安装在升降滑块(7)上，所述夹持油缸固定设在前夹体上，所述夹钳包括两个相对设置的左夹钳(15)和右夹钳(16)，左夹钳和右夹钳均铰接在前夹体上，左夹钳和右夹钳的上端均铰接有一根连杆(17)，每根连杆的另一端均与所述夹持油缸的活塞杆铰接。

4.根据权利要求3所述的机液伺服位置自适应对中装置，其特征在于：所述左夹钳(15)和右夹钳(16)的内侧均设有弹性推杆(17)，所述弹性推杆包括壳体、顶杆和弹簧，所述壳体设置在夹钳上，所述顶杆通过弹簧设置在壳体内，当顶杆向壳体内侧运动时，弹簧的弹力逐渐增大。

5.一种使用权利要求1-4任一项所述机液伺服位置自适应对中装置的对中方法，其特征在于，包括如下步骤：

将物体A夹持在弹性夹持机构(11)内，将第一杆(10)套装在所述物体A上，使第一杆能够相对物体A来回滑动，

对控制进退油缸(2)的机液伺服阀(8)供油，进退油缸带动物体A前进，与物体A套装的第一杆也向前运动，当第一杆与目标物B接触后，在机液伺服阀控制下，物体A与目标物B在进退油缸活塞杆伸缩方向上自动跟随，

同理，对控制横移油缸(4)的机液伺服阀供油，实现物体A与目标物B在横移油缸活塞杆伸缩方向上的自动跟随，对控制升降油缸(6)的机液伺服阀供油，实现物体A与目标物B在升降油缸活塞杆伸缩方向上的自动跟随，物体A与目标物B在三个自由度实现自动跟踪定位，

物体A通过自身连接机构与目标物B固定连接在一起，

通过夹持油缸(14)将弹性夹持机构(11)打开，通过机液伺服阀控制进退油缸、横移油缸和升降油缸后退，完成物体A与目标物B的连接。

6.根据权利要求5所述的对中方法，其特征在于，

在机液伺服阀(8)控制下，物体A与目标物B在进退油缸(2)活塞杆伸缩方向上实现自动跟随的具体步骤如下：

初始位置，油源提供高压油经机液伺服阀进入进退油缸A腔，A腔远离物体A，进退油缸的活塞杆推动物体A及第一杆朝向目标物B运动，

当第一杆(10)与目标物B接触后，第一杆开始相对物体A朝向进退油缸方向运动，通过与第一杆相铰接的第二杆(9)控制机液伺服阀阀芯(81)朝向目标物B运动并使机液伺服阀换向，从而使高压油进入进退油缸B腔，B腔靠近物体A，进退油缸的活塞杆拉动物体A远离目标物B，同时，第一杆也远离目标物B，此时机液伺服阀会在安装在阀体内部的弹簧作用下换向，使高压油再次通向油缸A腔，物体A又会朝向目标物B运动，

上述过程不断重复，完成物体A与目标物B的位置跟随。