DE3424461A1

DE3424461A1 - Betaetigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3424461A1
Application number: DE19843424461
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Kawasaki Kanagawa Fujii; Tadato Tokio/Tokyo Fujimura
Original assignee: Tokyo Koki Seizosho Tokio/tokyo KK; Tokyo Koki Seizosho KK
Current assignee: Tokyo Koki Seizosho Institute Of KK
Priority date: 1983-07-05
Filing date: 1984-07-03
Publication date: 1985-01-24
Also published as: US4623840A; JPS6013405U

Description

Betätigungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine durch öl oder Druckluft betätigte Betätigungsvorrichtung/ insbesondere eine zylindrische Betätigungsvorrichtung mit einem Mechanismus für die Messung der Verschiebung eines sich in der Betätigungsvorrichtung bewegenden Kolbens.

Im allgemeinen sind Servo-Motoren oder hydraulische oder pneumatische Zylinder oft für die Betätigung der Arme von Industrie-Robotern verwendet worden. Die Servo-Motoren werden in vielen Fällen für die genaue Steuerung der Arme verwendet, weil eine Rückführ-Steuerung leicht ausgeführt werden kann.

Da im Gegensatz dazu bei hydraulischen oder pneumatischen Zylindern die Verschiebung der Kolben in den Zylindern nicht genau gemessen werden kann, werden die Zylinder im wesentlichen für solche Roboter verwendet, die nur eine einfache Bewegung ausführen.

Jedoch sind hydraulische oder pneumatische Zylinder für Betätigungsvorrichtungen besser geeignet, die im Vergleich zu Servo-Motoren eine verhältnismäßig große Kraft aufbringen.

Die japanische Gebrauchsmuster-Veröffentlichung 16480/1980 offenbart eine zylindrische Betätigungsvorrichtung mit einem Mechanismus für die Messung der Verschiebung des Kolbens. In dieser Veröffentlichung besitzt der Mechanismus zur Messung der Kolbenverschiebung einen zylindrischen Meßkörper, welcher eine Induktionsspule bilden kann, und einen

sich in dem Körper bewegenden Kern. Der Meßkörper und der Kern sind in einem Loch angeordnet, das durch den Mittelteil einer Kolbenstange mit einem Kolben, der sich in einem äußeren Gehäuse beweot, verläuft . Der Kern ist an der Kolbenstange befestigt, während der Meßkörper am Gehäuse befestigt ist. Wenn in dieser Konstruktion der Kern zusammen mit den Kolben bewegt wird, wird die relative Positionsbeziehung zwischen dem Kern und dem Meßkörper geändert. Die Verschiebung des Kolbens wird zu dieser Zeit auf der Basis der Änderung der Spuleninduktanz gemessen.

In diesem Falle wird das Gesamtvolumen der bekannten Betätigungsvorrichtung unvermeidbar umfangreich, wenn der Meßkörper und der Kern in der Kobenstange angeordnet sind.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Betätigungsvorrichtung, die mit einem Mechanismus für die genaue Messung der Verschiebung des Kolbens versehen ist, der sich in der Betätigungsvorrichtung bewegt, so daß die Betätigungsvorrichtung genau gesteuert werden kann, und die eine verhältnismäßig große Kraft trotz ihrer kompakten Konstruktion erzeugen kann.

Gemäß der Erfindung ist eine Betätigungsvorrichtung vorgesehen, in welcher ein Kolben mit einer Kolbenstange in einem zylindrischen Körper der Betätigungsvorrichtung angeordnet sind, so daß sie unter dem Druck eines in den zylindrischen Körper eingeführten Druckmittels bewegbar sind, während die Verschiebung des Kolbens durchpine Meßanordnung gemessen wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper aus einem nichtmagnetischen Material besteht, daß auf den Außenumfang des zylindrischen Körpers unmittelbar ein Draht aufgewickelt ist, und zwar ohne Zwischenlage eines isolierenden Materials zwischen dem Außenumfang des zylindrischen Körpers und dem Draht, um so eine Induktionsspule zu bilden, und daß

die Änderung der Induktanz der Spule in Abhängigkeit von der Verschiebung des als Kern wirkenden Kolbens durch eine Meßschältung gemessen wird.

Die Art, die Vorteilhaftigkeit und weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in der Zeichnung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Ansicht einer Konstruktion der Erfindung, bestehend aus einer zylindrischen Betätigungsvorrichtung und einer Meßschaltung, in einem Längsschnitt,

Fig. 2 eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Verschiebung des Kolbens der Betätigungsvorrichtung und dem Ausgang der Meßschaltung zeigt,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Betätigungsvorrichtung, bei welcher der Draht in anderer Weise aufgewickelt ist, und

Fig. 4 eine graphische Darstellung eines Steuersystems für die Betätigungsvorrichtung.

In Fig. 1 ist mit M eine zylindrische Betätigungsvorrichtung bezeichnet. Diese Betätigungsvorrichtung enthält einen zylindrischen Körper 1 aus einem nichtmagnetischen Material, wie Kohlefaser, Silikon-Karbid, Phenol-Formaldehyd (Bakelit) oder Bor-Karbid. Der zylindrische Körper 1 wirkt als Betätigungszylinder und als Spulenkörper für die Aufwicklung einer Spule. An den gegenüberliegenden Enden des Körpers 1 sind zwei Endelemente 2, 3 befestigt, die mit zwei Durchlässen 4 bzw. 5 versehen sind. Der zylindrische Körper 1 ist mit einer zylindrischen Abdeckung 6 versehen, die auch an den Endelementen 2, 3 an deren gegenüberliegenden Enden befestigt ist.

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In dem zylindrischen Körper 1 befindet sich ein Kolben 7, der auch als Kern wirkt. Der Kolben 7 besteht aus einer magnetischen Substanz, wie Permalloy (Ni45%) und ist mit einem Ende der Kolbenstange 8 fest verbunden, welche durch das rechte Endelement 5 hindurchläuft, wie es in Fig.1 gezeigt ist. Das andere Ende der Kolbenstange 8 ist mit einem Betätigungselement verbunden, wie einem Arm eines nicht gezeigten Roboters.

Auf der äußeren Umfangsflache des zylindrischen Körpers ist unmittelbar ein Chromnickeldraht aufgewickelt, so daß er eine einschichtige Spulenwicklung 9 bildet, die als Induktionsspule wirkt. Von den gegenüberliegenden Enden der Spule 9 verlaufen zwei Drähte 10, 11 zwischen denen eine Stromquelle 12 und zwei Widerstände 13, 14 vorgesehen sind, während eine Leitung 15 von dem Mittelpunkt (P) der Spule 9 ausgeht. Die Leitung 15 ist mit einem Verstärker 16 verbunden, zu der eine Leitung 17 vom Mittelpunkt P zwischen den beiden Widerständen 13, 14 geführt ist. Die obengenannte Schaltung bildet eine

en allgemein bekannte Wheatstone'sehe BrücWschaltung W, und es wird die Verschiebung des Kolbens 7 vom Mittelpunkt P der Spule 9 oder des zylindrischen Körpers 1 als Änderung eines Ausgangssignals von der Wheatstone¹sehen Brückenschaltung W angezeigt.

Fig. 2 zeigt eine Beziehung zwischen der Verschiebung des Kolbens 9 vom Mittelpunkt P der Spule 9 oder des zylindrischen Körpers 1 und dem Ausgang von der Schaltung W. In dem Falle, daß die einschichtige Wicklung des Drahtes auf der äußeren Umfangsflache des Körpers 1 gebildet ist, ist die magnetische Flußdichte in der Nähe der gegenüberliegenden Endteile der Spule 9 kleiner als diejenige in der Nähe des Mittelteiles der Spule 9. Infolgedessen wird an den gegenüberliegenden Endteilen der Spule kein Ausgang erhalten, der der Verschiebung

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3 A 2 4 4 ί j

dor Spule 7 proportional ist, wie es durch eine gestrichelto Linie Io in Fig. 4 gezeigt ist.

Um dieses Problem zu Lösen, sind in der Nähe der gegenüberliegenden Endteile der äußeren Umfangsf3 ache des Körpers 1 Doppelschicht-Wicklungen 20, 20 des Drahtes vorgesehen, so daß ein Ausgang erhalten wird, der der Verschiebung des Kolbens 7 proportional ist, wie es durch eine gerade Linie 1. in Fig. 2 gezeigt ist. In diesem Falle erstrecken sich zwei Zuführungsdrähte 21, 22 von den gegenüberliegenden inneren Enden der Doppelschicht-Wicklungen 20, so daß die

η
gleiche Wheatstone'sehe Brückefechaltung erhalten wird wie in

Fig. 1.

Die Betätigungsvorrichtung nach der Erfindung wird in Verbindung mit einem Servo-Ventil 30 und einem Steuersystem 31 verwendet, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Das Servo-Ventil 30 ist mit einer Antriebsquelle 32, wie einem hydraulischen Motor oder einem Luftkompressor, verbunden, und es enthält das Steuersystem 31 den Verstärker 16, einen Signalgenerator 3 3 für die Erzeugung eines die Position des Kolbens 9 anzeigenden Signals und einen Servo-Verstärker 34. In diesem Steuersystem wird das Servo-Ventil 30 in Abhängigkeit von einem Signal vom Signalgenerator 3 3 betätigt, um Strömungsmittel von der Antriebsquellc 3 2 in den zylindrischen Körper 1 durch die Öffnung 4 oder 5 einzuführen, wodurch der Kolben 9 um die angezeigte Distanz in der angezeigten Richtung bewegt wird. Die Verschiebung des Kolbens 9 vom Mittelpunkt P der Spule 9 wird immer gemessen, und es wird der Kolben 9 angehalten, wenn er die angezeigte Position erreicht.

Wenn in dieser Betätigungsvorrichtung M ein Draht unmittelbar auf die äußere Oberfläche des Körpers 1, der aus einem nichtmagnotischen Material besteht, gewickelt wird, um

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eine Induktanzspule ohne Zwischenlage von Isolationsmaterial zwischen zylindrischem Körper 1 und dem Draht zu bilden, kann der Draht leicht aufgewickelt werden, und die Konstruktion der Betätigungsvorrichtung wird kompakt. Wenn ferner der Körper 1 aus Kohlefaser, Bakelit oder dergleichen besteht, welche Materialien eine große Festigkeit besitzen, kann der Körper 1 als Isolationsmaterial wirken und gleichzeitig als Gehäuse für die Betätigungsvorrichtung, wodurch die Betätigungsvorrichtung nach der Erfindung nicht nur eine verhältnismäßig grosse Kraft aufbringen kann, sondern auch genau gesteuert werden kann, und zwar mit Hilfe des Induktions-Meßmechanismus für die Messung der Position des Kolbens 7.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Betätigungsvorrichtung mit einem zylindrischen Körper, in dem ein Kolben mit.einer Kolbenstange bewegbar so angeordnet ist, daß er unter dem Druck eines in den zylindrischen Körper eingeführten Druckmittels verschiebbar ist, wobei die
Verschiebung des Kolbens durch eine Meßvorrichtung gemessen
wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper (1) aus einem nichtmagnetischen Material besteht, daß auf den
Außenumfang des zylindrischen Körpers (1) unmittelbar ein Draht aufgewickelt ist, und zwar ohne Zwischenlage eines isolierenden Materials zwischen der Außenfläche des zylindrischen Körpers und dem Draht, so daß eine Induktionsspule (9) gebildet wird, und daß die Änderung der Induktanz der Spule (9) in Abhängigkeit von der Verschiebung des als Kern wirkenden Kolbens durch eine Meßschaltung (W) gemessen wird.

2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht so aufgewickelt ist, daß er in der Nähe der gegenüberliegenden Enden der Spule (19) zwei Doppelschicht-Wicklungen (20) bildet.

3. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper (1) aus Kohlefaser, Silikon-Karbid, Phenol-Formaldehyd (Bakelit) oder Bor-Karbid besteht und daß der Kolben (7) aus Peralloy besteht.

4. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß. die Meßschaltung eine Wheatstone·sehe Brücke (W) ist.

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