DD238090A1

DD238090A1 - CONTROL FOR PNEUMATIC LINEAR ACTUATOR

Info

Publication number: DD238090A1
Application number: DD27707785A
Authority: DD
Inventors: Eckhard Friedrich; Horst Karpowsky
Original assignee: Pruef Und Versuchsbetrieb Char
Priority date: 1985-06-06
Filing date: 1985-06-06
Publication date: 1986-08-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuerung fuer pneumatische Linearantriebe, mit der zwei Geschwindigkeiten sowie mindestens ein Haltepunkt zwischen den Endlagen realisierbar werden. Der pneumatische Linearantrieb (1) wird mit einem hydraulischen Arbeitszylinder (2) gekoppelt, der mit Fluessigkeit gefuellt ist. Der hydrauliche Arbeitszylinder (2) ist ueber ein Wegeventil (6) mit einem Drosselventil (7) und einem Drosselrueckschlagventil (8) sowie einem Ausgleichsbehaelter (9) verbunden. Je nach Stellung des Wegeventils (6) wird der Fluessigkeitsstrom durch das entsprechende Drosselventil (7) oder Drosselrueckschlagventil (8) wirksam gedaempft bzw. durch das Wegeventil (6) blockiert. Die Erfindung ist in der Robotertechnik zur Steuerung pneumatisch angetriebener Achsen anwendbar sowie ueberall dort, wo eine Steuerung pneumatischer Linearantriebe erforderlich ist. Fig. 1The invention relates to a controller for pneumatic linear drives, with the two speeds and at least one breakpoint between the end positions can be realized. The pneumatic linear drive (1) is coupled to a hydraulic working cylinder (2) which is filled with fluid. The hydrauliche working cylinder (2) is connected via a directional control valve (6) with a throttle valve (7) and a Drosselrueckschlagventil (8) and a Ausgleichsbehaelter (9). Depending on the position of the directional control valve (6), the fluid flow is effectively damped by the corresponding throttle valve (7) or throttle check valve (8) or blocked by the directional control valve (6). The invention is applicable in robotics for the control of pneumatically driven axles as well as wherever a control of pneumatic linear actuators is required. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Steuerung für pneumatische Linearantriebe unter Verwendung einer Hydraulikbaugruppe. Durch die Erfindung können pneumatische Linearantriebe in jeder Bewegungsrichtung mit zwei Geschwindigkeiten unabhängig von der Belastung betrieben werden, sowie jeder Punkt zwischen den Endlagen als definierter Haltepunkt angefahren werden. Die Erfindung wird vorwiegend in der Robotertechnik angewendet, weil dort eine genaue Positionierung sowie gleichförmige Bewegung des Greifers bzw. Werkzeuges erwünscht ist. Ferner ist die Erfindung überall dort einsetzbar, wo eine lastunabhängige Steuerung pneumatischer Linearantriebe ist.The invention relates to a controller for pneumatic linear drives using a hydraulic assembly. By the invention, pneumatic linear actuators can be operated in any direction of movement at two speeds, regardless of the load, and each point between the end positions are approached as a defined breakpoint. The invention is mainly used in robotics, because there is a precise positioning and uniform movement of the gripper or tool is desired. Furthermore, the invention can be used anywhere where a load-independent control of pneumatic linear actuators.

Characteristic of the known technical solutions

Vorrichtung zur Steuerung pneumatischer Linearantriebe sind bereits in der Praxis bekannt. Die einfachste Form stellt die Drosselung der in den pneumatischen Linearantrieb eintretenden Druckluft dar. Diese Art der Steuerung weist jedoch erhebliche Nachteile auf. Da Luft kompressibel ist, kommt es bei starker Drosselung zu dem sogenannten Stick-Slip-Effekt, ebenso zum vergrößerten Einsatz der Bewegung bei Überwindung größerer Kräfte. Beweg'.'*igsvorgänge mit stark wechselnden Belastungen sind hiermit nicht zu steuern.Apparatus for controlling pneumatic linear drives are already known in practice. The simplest form is the throttling of the compressed air entering the pneumatic linear drive. However, this type of control has considerable disadvantages. Since air is compressible, it comes with strong throttling to the so-called stick-slip effect, as well as the increased use of the movement in overcoming larger forces. Movements with heavily varying loads can not be controlled with this.

Der nach DE 2440635 beschriebene hydropneumatische Antrieb stellt einen steuerbaren pneumatischen Antrieb dar. Nachteilig ist jedoch, daß in beiden Bewegungsrichtungen jeweils nur eine Verfahrensgeschwindigkeit möglich ist. Die Ansteuerung erfolgt mechanisch mit einer Reguliernadel. Ein definierter Haltepunkt zwischen den Endlagen ist nicht möglich. Nach DD 130068 ist eine Geschwindigkeitsregelung durch zwei Regelölkreisläufe möglich, wobei die beschriebene Erfindung als Drosselvorrichtung in eine Hydraulikanlage eingeführt wird. Es besteht zwar die Möglichkeit der stufenlosen Geschwindigkeitsregelung, wobei allerdings der Antrieb der nach DD 130068 beschriebenen Steuervorrichtung nur mechanisch möglich ist, eine Ansteuerung durch elektronische Sensoren, wie sie in der Robotertechnik angewendet werden, ist nicht möglich.The described in DE 2440635 hydropneumatic drive is a controllable pneumatic drive. The disadvantage, however, is that only one process speed is possible in both directions of movement. The control is done mechanically with a regulating needle. A defined breakpoint between the end positions is not possible. According to DD 130068 a speed control by two control oil circuits is possible, the described invention is introduced as a throttle device in a hydraulic system. Although there is the possibility of stepless speed control, although the drive of the described in DD 130068 control device is only mechanically possible, a control by electronic sensors, as they are used in robotics, is not possible.

Weiterhin ist von Nachteil, daß nur ein begrenztes Programm von Drosselöffnungen vorgesehen ist. Das bedeutet, daß die Größe der jeweils erforderlichen Geschwindigkeiten sowie die über den Arbeitsweg aufgeteilten Geschwingkeitsbereiche nur in den entsprechenden Programmen vorhanden, aber nicht frei wählbar sind. Dies ist jedoch für Anwendungsfälle in der Robotertechnik unerläßlich. Ferner ist in der nach DD 130068 beschriebenen Erfindung kein fixierter Haltepunkt eines Arbeitszylinders möglich, allein dadurch ist ein Einsatz im bereits genannten Anwendungsgebiet nicht denkbar.Furthermore, it is disadvantageous that only a limited program of throttle openings is provided. This means that the size of the respective required speeds and the speed ranges divided over the work path are only available in the corresponding programs, but not freely selectable. However, this is indispensable for applications in robotics. Furthermore, in the invention described in DD 130068 no fixed breakpoint of a working cylinder is possible, but this alone an application in the aforementioned application is not conceivable.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, pneumatische Linearantriebe so zu steuern, daß in jeder Bewegungsrichtung zwei gleichförmige Geschwindigkeiten wirksam werden und mindestens ein beliebiger Haltepunkt zwischen den Endlagen fixiert werden kann, wobei die Signalisierung entsprechender Punkte über elektronische Sensoren erfolgt, so daß Eil- und Schleichgeschwindigkeiten für Positioniervorgänge sowie eine Positionierung selbst zum Beispiel bei Robotern möglich werden.The aim of the invention is to control pneumatic linear actuators so that in each direction two uniform velocities are effective and at least one arbitrary breakpoint between the end positions can be fixed, the signaling of corresponding points via electronic sensors, so that speed and creep for Positioning operations as well as a positioning even for example in robots are possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen pneumatischen Linearantrieb mit einem doppeltwirkenden Arbeitszylinder mechanisch so zu koppeln, daß der hydraulische Arbeitszylinder über den gesamten Verfahrensbereich des pneumatischen Linearantriebes wirksam bleibt. Der hydraulische Arbeitszylinder ist mit Flüssigkeit gefüllt sowie an ein Wegeventil angeschlossen. Das Wegeventil ist wiederum mit einem Drosselventil, einem Drosselrückschlagventil sowie einem Ausgleichsbehälter verbunden. Stellung „0" des Wegeventils entspricht dem Halides pneumatischen Linearantriebes. Das Wegeventil hat keinen Durchgang, die Flüssigkeit blockiert jede Bewegung.The invention has for its object to mechanically couple a pneumatic linear actuator with a double-acting cylinder so that the hydraulic cylinder remains effective over the entire process range of the pneumatic linear drive. The hydraulic cylinder is filled with liquid and connected to a directional control valve. The directional valve is in turn connected to a throttle valve, a throttle check valve and a surge tank. Position "0" of the directional control valve corresponds to the Halides pneumatic linear actuator.The directional control valve has no passage, the fluid blocks any movement.

Stellung „1" des Wegeventils entspricht beim Einfahren des pneumatischen Linearantriebes dessen Eilgeschwindigkeit. Der Kolben des hydraulischen Arbeitszylinders verdrängt die Flüssigkeit durch das Wegeventil, das Drosselventil und das Drosselrückschlagventil, wobei in dieser Flußrichtung die Flüssigkeit über das eingebaute Rückschlagventil fließt und die Drossel unwirksam wird, und zurück zum Wegeventil und zum hydraulischen Arbeitszylinder. Die Geschwindigkeit des pneumatischen Linearantriebes wird durch das Drosselventil bestimmt.Position "1" of the directional valve corresponds to its rapid speed when retracting the pneumatic linear actuator The piston of the hydraulic working cylinder displaces the liquid through the directional control valve, the throttle valve and the throttle check valve, in this flow direction, the liquid flows through the built-in non-return valve and the throttle is ineffective, and back to the directional control valve and the hydraulic power cylinder The speed of the pneumatic linear actuator is determined by the throttle valve.

Stellung „2" des Wegeventils entspricht beim Einfahren des pneumatischen Linearantriebes dessen Schleichgeschwindigkeit.Position "2" of the directional control valve corresponds to the retraction speed of the pneumatic linear drive.

Die Flüssigkeit nimmt dabei den Weg über das Wegeventil, Drosselrückschlagventil, Drosselventil und Wegeventil zurück zum hydraulischen Arbeitszylinder. Die Drosselwirkung des Drosselrückschlagventils muß jedoch größer sein als die des Drosselventils.The liquid takes the way through the directional control valve, throttle check valve, throttle valve and directional control valve back to the hydraulic cylinder. However, the throttle effect of the throttle check valve must be greater than that of the throttle valve.

Beim Ausfahren des pneumatischen Linearantriebes sind zur Realisierung der Eil- bzw. Schleichgeschwindigkeit die Stellungen „1" und „2" des Wegeventils entsprechend zu vertauschen.When extending the pneumatic linear drive, the positions "1" and "2" of the directional control valve are to be swapped in order to realize the rapid or slow speed.

An die Verbindungsleitung zwischen dem Drosselventil und dem Drosselrückschlagventil ist ein Ausgleichsbehälter angeschlossen. Die im hydraulischen Arbeitszylinder befindliche Flüssigkeitsmenge unterscheidet sich in dessen eingefahrenen und ausgefahrenen Zustand um den Betrag des Volumens der eingefahrenen Kolbenstange. Der Ausgleichsbehälter nimmt entsprechendes Volumen während des Verfahrens des pneumatischen Linearantriebes auf bzw. gibt es wieder ab.To the connecting line between the throttle valve and the throttle check valve, a surge tank is connected. The amount of liquid in the hydraulic cylinder differs in its retracted and extended state by the amount of the volume of the retracted piston rod. The expansion tank takes up corresponding volume during the process of the pneumatic linear drive or releases it again.

embodiment

Die Erfidung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.The Erfidung will be explained below using an exemplary embodiment.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist der pneumatische Linearantrieb 1 mit dem hydraulischen Arbeitszylinder 2 über die Verbindungsschiene 5 mechanisch gekoppelt. Der Kolben 3 des hydraulischen Arbeitszylinders 2 wird über die Kolbenstange 4 und die Verbindungsschiene 5 vom pneumatischen Linearantrieb 1 betätigt. Der hydraulische Arbeitszylinder 2 ist an ein Wegeventil 6 angeschlossen, was wiederum mit dem Drosselventil 7 und dem Drosselrückschlagventil 8 verbunden ist. An die Verbindungsleitung zwischen Drosselventil 7 und Drosselrückschlagventil 8 ist der Ausgleichsbehälter 9 angeschlossen.As shown in FIG. 1, the pneumatic linear drive 1 is mechanically coupled to the hydraulic power cylinder 2 via the connecting rail 5. The piston 3 of the hydraulic working cylinder 2 is actuated by the pneumatic rod drive 1 via the piston rod 4 and the connecting rail 5. The hydraulic power cylinder 2 is connected to a directional control valve 6, which in turn is connected to the throttle valve 7 and the throttle check valve 8. To the connecting line between the throttle valve 7 and throttle check valve 8, the surge tank 9 is connected.

Beim Einfahren des pneumatischen Linearantriebes 1 erfolgt ein Verfahren des Kolbens 3 im hydraulischen Arbeitszylinder 2.When retracting the pneumatic linear drive 1, a method of the piston 3 in the hydraulic cylinder 2 takes place.

Damit wird die darin befindliche Flüssigkeit verdrängt bzw. angesaugt. In Stellung „0" des Wegeventils 6 ist das jedoch nicht möglich, der pneumatische Linearantrieb 1 wird blockiert.Thus, the liquid contained therein is displaced or sucked. In position "0" of the directional control valve 6, however, this is not possible, the pneumatic linear drive 1 is blocked.

In Stellung „1" des Wegeventils 6 wird die Flüssigkeit durch das Wegeventil 6, das Drosselventil 7, das Drosselrückschlagventil 8, wobei die Flüssigkeit in dieser Flußrichtung über das eingebaute Rückschlagventil fließt und die Drossel wirkungslos macht, und zurück zum Wegeventil 6 und zum hydraulischen Arbeitszylinder 2 gepumpt.In position "1" of the directional control valve 6, the liquid through the directional control valve 6, the throttle valve 7, the throttle check valve 8, wherein the liquid flows in this flow direction via the built-in check valve and makes the throttle ineffective, and back to the directional control valve 6 and the hydraulic cylinder 2 pumped.

Da die Volumina im hydraulischen Arbeitszylinder 2 im ein- und ausgefahrenen Zustand sich um den Betrag des Volumens der eingefahrenen Kolbenstange 4 unterscheiden, nimmt der Ausgleichsbehälter 9 diese Flüssigkeitsmenge auf bzw. gibt sie wiederSince the volumes in the hydraulic cylinder 2 in the extended and retracted state differ by the amount of the volume of the retracted piston rod 4, the expansion tank 9 takes up or releases this quantity of liquid

In Stellung „2" des Wegeventils 6 fließt die Flüssigkeit durch das Drosselrückschlagventil 8, das Drosselventil 7 und das Wegeventil 6 zurück zum hydraulischen Arbeitszylinder 2. Die Drosselwirkung des Drosselrückschlagventils 8 muß größer sein als die des Drosselventils 7.In position "2" of the directional control valve 6, the liquid flows through the throttle check valve 8, the throttle valve 7 and the directional control valve 6 back to the hydraulic cylinder 2. The throttle effect of the throttle check valve 8 must be greater than that of the throttle valve. 7

Durch das Drosselventil 7 wird die Eilgeschwindigkeit und durch das Drosselrückschlagventil 8 die Schleichgeschwindigkeit des pneumatischen Linearantriebes 1 bestimmt. Beim Ausfahren des pneumatischen Linearantriebes 1 entspricht Stellung „2" des Wdegeventils 6 der Eilgeschwindigkeit und Stellung „1" der Schleichgeschwindigkeit.Through the throttle valve 7, the rapid speed and the throttle check valve 8, the creep speed of the pneumatic linear actuator 1 is determined. When extending the pneumatic linear drive 1 corresponds to position "2" of the Wdegeventils 6 of the rapid speed and position "1" of the crawl speed.

Claims

Invention claim:

1. Control for pneumatic linear actuators using known hydraulic and pneumatic assemblies, characterized in that a pneumatic linear drive (1) with a hydraulic working cylinder (2) is mechanically coupled and connected to a directional control valve (6), which also with a throttle valve (7), a surge tank (9) and a throttle check valve (8) is connected.

2. Control according to item 1, characterized in that the pneumatic linear drive (1) with the hydraulic working cylinder (2) via a connecting rail (5) is coupled and that the piston (3) in the hydraulic working cylinder (2) over the entire travel range of pneumatic linear drive (1) is moved.

3. Control according to item 1, characterized in that the hydraulic working cylinder (2), the directional control valve (6), the throttle valve (7), the expansion tank (9) and the throttle check valve (8) represent a liquid-filled system.

4. Control according to points 1 and 3, characterized in that according to the positions of the directional control valve (6) the variants rapid speed, creep speed and stop of the pneumatic linear drive are possible.

5. Control according to points 1 and 3, characterized in that the expansion tank (9) in operation of the pneumatic linear drive (1) receives the displacement-related volume of a piston rod (4) of the hydraulic working cylinder (2) of liquid or releases.

6. Control according to the points 1,3 and 4, characterized in that the control in both directions of movement of the pneumatic linear drive (1) is effective.

7. Control according to the points 1,3,4 and 6, characterized in that the possible speeds are separately adjustable and approximately constant.