CN110868013A - 一种直线作动器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直线作动器及其控制方法，直线作动器包括驱动电机、丝杆作动组件以及位移传感器组件；丝杆作动组件包括作动杆；驱动电机驱动作动杆往复运动；位移传感器组件设置于丝杆作动组件上，用于测量作动杆的位移；采用上述方案，能够有效减小直线作动器的体积和安装空间，提高直线作动器的自动化程度，从而使得直线作动器具有更好的应用前景。

Description

一种直线作动器及其控制方法

技术领域

本发明涉及作动器技术领域，具体涉及一种直线作动器及其控制方法。

背景技术

现有机电作动器技术中，采用LVDT(Linear Variable DifferentialTransformer)进行位移测量时，LVDT需要用连接杆与作动杆相连，或者需要进行特别结构布置，这样使得测量结构占用很大安装空间，且结构相对复杂，不方便安装；而且作动器与控制系统连接后，一般不具备自动匹配和识别的功能，需要技术人员进行现场调试，费时费力。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种直线作动器及其控制方法，旨在解决现有直线作动器位移检测结构复杂、占用体积大的问题

本发明具体方案包括：

一种直线作动器，包括驱动电机、丝杆作动组件以及位移传感器组件；丝杆作动组件包括作动杆；驱动电机驱动作动杆往复运动；位移传感器组件设置于丝杆作动组件上，用于测量作动杆的位移；采用上述方案，能够适配于现有的直线作动器结构，并精确测量出作动杆的位移；结构小巧，占用体积小。

进一步地，丝杆作动组件还包括丝杆螺母和丝杆，丝杆一端与驱动电机连接，丝杆另一端通过丝杆螺母与作动杆传动连接，丝杆通过丝杆螺母带动作动杆作往复运动。

进一步地，位移传感器组件包括位移传感器壳体、磁芯、第一滑轮、第二滑轮以及引导钢丝组件；位移传感器壳体固定设置于丝杆作动组件外；第一滑轮和第二滑轮设置于作动器壳体内；引导钢丝组件通过止转组件与丝杆螺母固定连接，并随丝杆螺母作往复运动；磁芯设置于引导钢丝组件上；引导钢丝组件绕过第一滑轮和第二滑轮，并带动磁芯移动。

进一步地，位移传感器组件还包括外套管，外套管固定设置于作动器壳体内，并位于第一滑轮和第二滑轮之间；引导钢丝组件穿过外套管使磁芯设置于外套管内，并在外套管内移动。

进一步地，磁芯两端分别通过防撞块连接于引导钢丝组件上；第一滑轮通过第一滑轮支架固定设置于位移传感器壳体内壁的一端，第二滑轮通过L型支架固定设置于位移传感器壳体内壁的另一端。

进一步地，外套管内设有内管，内管平行于作动杆；磁芯设置于内管内，并沿内管往复移动。

进一步地，驱动电机通过传动组件与丝杆作动组件传动连接，从而带动作动杆做往复运动；丝杆一端通过连接组件与传动组件相连。

进一步地，传动组件为齿轮组件，连接组件包括轴承；丝杆的一端通过轴承与齿轮组件传动连接。

进一步地，丝杆作动组件外设有作动器壳体，齿轮组件外设有齿轮壳体，齿轮壳体通过连接件固定设置于作动器壳体上，连接件通过壳体固定螺栓固定在作动器壳体的一侧；轴承设置于轴承支架上，轴承支架设置于连接件上，并位于作动器壳体内；丝杆通过定位螺母设置于连接件上。

进一步地，作动器壳体的另一侧设有端盖组件，端盖组件包括滑动轴承和密封圈，滑动轴承设置于作动器壳体内；作动杆穿过滑动轴承，并延伸至作动器壳体外，密封圈设置于作动杆和作动器壳体之间，并位于滑动轴承外侧。

进一步地，驱动电机上设有自识别模块，自识别模块包括自识别模块上盖、自识别模块控制板以及自识别模块底座；自识别模块控制板设置于自识别模块底座内，并通过自识别模块上盖密封连接；自识别模块底座固定设置于驱动电机上。

进一步地，自识别模块内存储有作动器的编号、零位状态、行程、电机位置、位移传感器位置以及额定载荷信息；自识别模块与作动器的控制系统通信连接。

相应地，本发明还提供一种直线作动器控制方法，包括以下步骤：

S1:将组装好的直线作动器的相关参数写入自识别模块的存储单元；相关参数包括作动器的编号、零位状态、行程、电机位置、位移传感器位置以及额定载荷；

S2:将直线作动器与控制系统通信连接；

S3:给直线作动器通电，控制系统读取直线作动器的相关参数；

S4：结合控制目标和直线作动器的相关参数，控制系统给出控制信号，控制驱动电机转动，从而带动齿轮组转动；其中，驱动电机转动可包括顺时针转动或逆时针转动，齿轮组转动包括顺时针转动或逆时针转动；

S5：齿轮组带动丝杠转动，丝杠转动同样包括顺时针转动或逆时针转动；

S6：丝杠转动以带动丝杠螺母沿丝杠轴向运动，从而带动作动杆运动；

S7：丝杠螺母通过导引钢丝组件带动磁芯沿外套管移动，从而使输出信号产生变化；

S8：位移传感器组件将磁芯位移的输出信号反馈到控制器，形成闭环控制。

采用上述方案，能够有效减小直线作动器的体积和安装空间，提高直线作动器的自动化程度，从而使得直线作动器具有更好的应用前景。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例的作动器整体结构示意图；

图2是本发明一实施例的作动器在A-A截面结构示意图；

图3是图2的局部放大示意图；

图4是本发明一实施例的作动器的自识别模块结构示意图；

图5是本发明一实施例的作动器的自识别模块结构示意图。

图中：

1-驱动电机；2-齿轮组件；3-丝杆作动组件；31-定位螺母；32-轴承；33-丝杆；34-丝杆螺母；35-止转组件；36-作动杆；37-轴承支撑块；38嵌块；4-位移传感器组件；41-外套管；411-防撞块；412-磁芯固定件；42-磁芯；43-导引钢丝组件；44-第一滑轮；441-第一滑轮支架；45-第二滑轮；451-L型支架；452-第二滑轮支架；5-位移传感器壳体；6-齿轮壳体；61-转接件；62-壳体固定螺栓；7-作动器壳体；8-端盖组件；81-密封圈；82-滑动轴承；9-自识别模块；91-自识别模块上盖；92-自识别模块控制板；93-自识别模块底座；11-支架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

实施例1

如图1至图5所示，本发明提供一种直线作动器，该直线作动器为电动直线作动器，是控制指令的具体执行单元，根据控制系统的信号控制直线作动器的伸缩。

直线作动器具体包括驱动电机1、丝杆作动组件3以及位移传感器组件4；丝杆作动组件3包括作动杆36；驱动电机1驱动作动杆36作往复运动；位移传感器组件4设置于丝杆作动组件3上，用于测量作动杆36的位移。具体地，位移传感器组件4设置于丝杆作动组件3上，并随作动杆36往复运动从而实现对作动杆36位移的测量。

本发明提供的方案，将现有设计中常用的LVDT传感器进行了调整，设计出体积小巧的位移传感器模块，该位移传感器模块4能够根据直线作动器的丝杆作动组件3运行而测量出作动杆36的移动位移，并传输至控制系统；本发明提供的方案，结构小巧，占用体积小，能够适配于现有的直线作动器结构，并精确测量出作动杆的位移。

本发明的实施例中，如图1至图5所示，丝杆作动组件3还包括丝杆螺母34和丝杆33，丝杆33一端通过连接组件与传动组件传动连接，丝杆33另一端通过丝杆螺母34与作动杆36传动连接，丝杆33通过丝杆螺母34带动作动杆36作往复运动；具体地，丝杠螺母34与作动杆36通过螺栓连接，以带动作动杆36作直线往复运动。

位移传感器组件4包括位移传感器壳体5、以及位于位移传感器壳体5内部的磁芯42、第一滑轮44、第二滑轮45以及引导钢丝组件43；其中，位移传感器壳体5固定设置于丝杆作动组件3外，引导钢丝组件43通过止转组件35与丝杆螺母34固定连接，并随丝杆螺母34作往复运动，即引导钢丝组件43可随丝杆螺母34的运动而运动；进一步地，磁芯42设置于引导钢丝组件43上；引导钢丝组件43绕过第一滑轮和第二滑轮45，并带动磁芯42移动，即在丝杆螺母34作往复运动的同时，磁芯42也在作往复运动。

采用上述方案，位移传感器组件4将现有LVDT传感器磁芯的牵引方式由连接杆形式改成钢丝滑轮组形式，大大节省了LVDT传感器的安装空间，缩小整个作动器的体积，提高了结构的整体密封效果。同时，这种位移传感器组件结构在加装外壳后可成为标准测量模块推广使用。

进一步的，本发明实施例中，位移传感器组件4还包括外套管41；外套管41固定设置于作动器壳体5内，并位于第一滑轮和第二滑轮45之间；引导钢丝组件43穿过外套管41并使磁芯42设置于外套管41内，磁芯42可在外套管41内随引导钢丝组件43移动而移动，即磁芯42可在外套管41内作往复运动，以测量出作动杆的位移信号。

进一步的，本实施例中，磁芯42两端分别通过防撞块411连接于引导钢丝组件43上；第一滑轮44通过第一滑轮支架441固定设置于位移传感器壳体5内壁的一端，第二滑轮45通过L型支架451固定设置于位移传感器壳体5内壁的另一端，该结构设计相对比较紧凑、合理，能够保证位移传感器组件的精确测量。

进一步的，本实施例中，外套管41内设有内管，内管平行于作动杆36；磁芯42设置于内管内，并且磁芯42沿内管往复移动，以使位移传感器组件4的输出信号产生变化，从而测量出作动杆36的位移。

进一步的，本实施例中，传动组件为齿轮组件2，该齿轮组件2与驱动电机1通过连接组件传动连接。连接组件包括轴承32；其中，丝杆33的一端通过轴承32与齿轮组件2传动连接，从而通过齿轮组件2带动丝杆33转动；采用上述方案，通过驱动电机的正转和反转，可实现齿轮组件带动丝杆转动，由丝杆转动带动作动杆36做往复直线运动。

进一步的，本实施例中，丝杆作动组件3外设有作动器壳体7，齿轮组件2外设有齿轮壳体6，齿轮壳体6通过连接件61固定设置于作动器壳体7上，连接件61通过壳体固定螺栓62固定在作动器壳体7的一侧；进一步地，轴承32设置于轴承支架上，该轴承支架设置于连接件61上，并位于作动器壳体7内，轴承支架用于支撑轴承32；具体地，轴承32内嵌于轴承支架内，该轴承支架与连接件61一体成型，轴承支撑块37卡紧在轴承32和轴承支架架之间；联动杆(未示出)通过定位螺母31设置于连接件61上，并且在联动杆的侧边还设有嵌块38，该嵌块38起到定位的作用；进一步地，还包括支架11，该支架11固定设置于齿轮壳体6的一侧，支架11能够方便直线作动器固定安装；具体地，该支架11与齿轮壳体6一体成型。

进一步的，本实施例中，作动器壳体7的另一侧设有端盖组件8，该端盖组件8具体包括滑动轴承81和密封圈82；其中，滑动轴承81设置于作动器壳体7内，用于支撑作动杆36；作动杆36穿过滑动轴承81，并延伸至作动器壳体7外，密封圈82设置于作动杆36和滑动轴承81之间。

进一步的，本实施例中，驱动电机1上设有自识别模块9，该自识别模块9安装在直线作动器驱动电机1的端部，内含直线作动器基本参数信息，将该自识别模块9与控制系统连接后，该自识别模块9会自动将直线作动器的信息上传给控制系统，以便其完成作动器识别和控制程序调整；自识别模块9包括自识别模块上盖91、自识别模块控制板92以及自识别模块底座93；自识别模块控制板92设置于自识别模块底座93内，并通过自识别模块上盖91密封连接；自识别模块底座93固定设置于驱动电机1上；采用上述方案，自识别模块9由自识别模块上盖91、自识别模块控制板92和自识别模块底座93组成；当组装好的直线作动器在实验室(或生产车间)完成标定之后，冻结关键参数，参数包括作动器编号、零位状态、行程、电机位置、位移传感器位置、额定载荷等，并将关键参数通过数据线写入控制板上的存储单元上，当直线作动器与控制系统连接后，控制系统通过数据线读取控制板上存储的机电作动器信息，并针对不同的作动器给出合适的控制信号。

进一步的，自识别模块9与作动器的控制系统通信连接；采用上述方案，通过在直线作动器上增加自识别模块9，内置作动器的基本参数信息(包括作动器的编号、零位状态、行程、电机位置、位移传感器位置、额定载荷等)，并安装在直线作动器驱动电机的端部，一个自识别模块唯一对应一套作动器；当作动系统接入控制系统后，自识别模块与控制系统通信，将作动器的基本参数信息上传给控制系统，以便其针对不同的作动器给出合适的控制信号。

实施例2

相应地，结合上述方案，本发明根据上述提供的直线作动器相应提出一种直线作动器控制方法，具体包括以下过程：

第一、先按照设计图纸的要求完成直线作动器的组装，并调试；

第二、完成驱动电机、位移传感器的标定及相关参数设置；

第三、记录该作动器的相关参数，将相关参数写入自识别模块控制板的存储单元；相关参数包括作动器的编号、零位状态、行程、电机位置、位移传感器位置以及额定载荷；

第四、然后将直线作动器与控制系统通信连接；

第五、给直线作动器通电(控制系统已通电)，控制系统读取直线作动器的相关参数信息；

第六、结合控制目标和直线作动器的相关参数信息(包括作动器编号、零位状态、行程、电机位置、传感器位置、额定载荷等)，控制系统给出控制信号，控制驱动电机转动，从而带动齿轮组转动；其中，驱动电机转动可包括顺时针转动或逆时针转动，相应地，齿轮组转动包括顺时针转动或逆时针转动；

第七、齿轮组带动丝杠转动，丝杠转动同样包括顺时针转动或逆时针转动；

第八、丝杠转动以带动丝杠螺母沿丝杠轴向运动，从而带动作动杆运动；

第九、丝杠螺母通过导引钢丝组件带动磁芯沿外套管移动，从而使输出信号产生变化；

第十、位移传感器组件将磁芯位移的输出信号反馈到控制器，形成闭环控制。

采用上述方案，能够有效减小直线作动器的体积和安装空间，提高直线作动器的自动化程度，从而使得直线作动器具有更好的应用前景。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (13)

1.一种直线作动器，其特征在于，包括驱动电机(1)、丝杆作动组件(3)以及位移传感器组件(4)；所述丝杆作动组件(3)包括作动杆(36)；所述驱动电机(1)驱动所述作动杆(36)往复运动；所述位移传感器组件(4)设置于所述丝杆作动组件(3)上，用于测量作动杆(36)的位移。

2.根据权利要求1所述的直线作动器，其特征在于，所述丝杆作动组件(3)还包括丝杆螺母(34)和丝杆(33)，所述丝杆(33)一端与驱动电机(1)连接，所述丝杆(33)另一端通过所述丝杆螺母(34)与所述作动杆(36)传动连接，所述丝杆(33)通过所述丝杆螺母(34)带动所述作动杆(36)作往复运动。

3.根据权利要求1或2所述的直线作动器，其特征在于，所述位移传感器组件(4)包括位移传感器壳体(5)、磁芯(42)、第一滑轮(44)、第二滑轮(45)以及引导钢丝组件(43)；所述位移传感器壳体(5)固定设置于所述丝杆作动组件(3)外；所述第一滑轮和所述第二滑轮(45)设置于所述作动器壳体(5)内；所述引导钢丝组件(43)通过止转组件(35)与所述丝杆螺母(34)固定连接，并随所述丝杆螺母(34)作往复运动；所述磁芯(42)设置于所述引导钢丝组件(43)上；所述引导钢丝组件(43)绕过所述第一滑轮和所述第二滑轮(45)，并带动所述磁芯(42)移动。

4.根据权利要求3所述的直线作动器，其特征在于，所述位移传感器组件(4)还包括外套管(41)，所述外套管(41)固定设置于所述作动器壳体(5)内，并位于所述第一滑轮和所述第二滑轮(45)之间；所述引导钢丝组件(43)穿过所述外套管(41)使所述磁芯(42)设置于所述外套管(41)内，并在所述外套管(41)内移动。

5.根据权利要求3或4所述的直线作动器，其特征在于，所述磁芯(42)两端分别通过防撞块连接于所述引导钢丝组件(43)上；所述第一滑轮通过第一滑轮支架(441)固定设置于所述位移传感器壳体(5)内壁的一端，所述第二滑轮(45)通过L型支架固定设置于所述位移传感器壳体(5)内壁的另一端。

6.根据权利要求4或5所述的直线作动器，其特征在于，所述外套管(41)内设有内管，所述内管平行于所述作动杆(36)；所述磁芯(42)设置于所述内管内，并沿所述内管往复移动。

7.根据权利要求2-6任一项所述的直线作动器，其特征在于，所述驱动电机(1)通过传动组件与所述丝杆作动组件(3)传动连接，从而带动所述作动杆(36)做往复运动；所述丝杆(33)一端通过连接组件与所述传动组件相连。

8.根据权利要求7所述的直线作动器，其特征在于，所述传动组件为齿轮组件(2)，所述连接组件包括轴承(32)；所述丝杆(33)的一端通过所述轴承(32)与所述齿轮组件(2)传动连接。

9.根据权利要求8所述的直线作动器，其特征在于，所述丝杆作动组件(3)外设有作动器壳体(7)，所述齿轮组件(2)外设有齿轮壳体(6)，所述齿轮壳体(6)通过连接件(61)固定设置于所述作动器壳体(7)上，所述连接件(61)通过壳体固定螺栓(62)固定在所述作动器壳体(7)的一侧；所述轴承(32)设置于轴承支架上，所述轴承支架设置于所述连接件(61)上，并位于所述作动器壳体(7)内；所述丝杆(33)通过定位螺母(31)设置于所述连接件(61)上。

10.根据权利要求9所述的直线作动器，其特征在于，所述作动器壳体(7)的另一侧设有端盖组件(8)，所述端盖组件(8)包括滑动轴承(82)和密封圈(81)，所述滑动轴承(82)设置于所述作动器壳体(7)内；所述作动杆(36)穿过所述滑动轴承(82)，并延伸至所述作动器壳体(7)外，所述密封圈(81)设置于所述作动杆(36)和所述作动器壳体(7)之间，并位于所述滑动轴承(82)外侧。

11.根据权利要求1-10任一项所述的直线作动器，其特征在于，所述驱动电机(1)上设有自识别模块(9)，所述自识别模块(9)包括自识别模块上盖(91)、自识别模块控制板(92)以及自识别模块底座(93)；所述自识别模块控制板(92)设置于所述自识别模块底座(93)内，并通过所述自识别模块上盖(91)密封连接；所述自识别模块底座(93)固定设置于所述驱动电机(1)上。

12.根据权利要求11所述的直线作动器，其特征在于，所述自识别模块(9)内存储有作动器的编号、零位状态、行程、电机位置、位移传感器位置以及额定载荷信息；所述自识别模块(9)与所述作动器的控制系统通信连接。

13.一种直线作动器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1:将组装好的直线作动器的相关参数写入自识别模块的存储单元；相关参数包括作动器的编号、零位状态、行程、电机位置、位移传感器位置以及额定载荷；

S2:将直线作动器与控制系统通信连接；

S3:给直线作动器通电，控制系统读取直线作动器的相关参数；

S4：结合控制目标和直线作动器的相关参数，控制系统给出控制信号，控制驱动电机转动，从而带动齿轮组转动；其中，驱动电机转动可包括顺时针转动或逆时针转动，齿轮组转动包括顺时针转动或逆时针转动；

S5：齿轮组带动丝杠转动，丝杠转动同样包括顺时针转动或逆时针转动；

S6：丝杠转动以带动丝杠螺母沿丝杠轴向运动，从而带动作动杆运动；

S7：丝杠螺母通过导引钢丝组件带动磁芯沿外套管移动，从而使输出信号产生变化；

S8：位移传感器组件将磁芯位移的输出信号反馈到控制器，形成闭环控制。

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