FR2594899A1

FR2594899A1 - Slaving and control system for hydraulic or pneumatic actuators or electric motors

Info

Publication number: FR2594899A1
Application number: FR8603305A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-02-26
Filing date: 1986-02-26
Publication date: 1987-08-28

Abstract

The system forming the subject of the invention comprises a handle 1 which acts on a manipulating jack 2, the latter is connected by a circuit 3 to a distributing jack 4, a control jack 5 and possibly an accelerating jack 25, which are all connected together on the tube side by a circuit 3 and on the piston side by a circuit 6, which circuits 3 and 6 are filled with pressurised fluid, and the distributing jack 4 acts on an actuating hydraulic jack 7 via the pressurised circuits 8 and 9.

Description

La présente invention concerne un moyen d'asservissement et de contrôle pour actionneurs ou transmetteurs de puissance tels que vérins hydrauliques, linéaires ou rotatifs - vérins pneumatiques - moteurs électriques pas à pas etc
Actuellement, les différents transmetteurs de puissance sont alimentés soit par un fluide sous pression fourni par une pompe, soit par un courant électrique produit par un générateur.The present invention relates to a servo and control means for actuators or power transmitters such as hydraulic, linear or rotary actuators - pneumatic actuators - electric stepper motors etc.
Currently, the various power transmitters are supplied either by a pressurized fluid supplied by a pump, or by an electric current produced by a generator.

Entre ces différents transmetteurs de puissance et les pompes ou générateurs électriques qui les alimentent, sont placés des organes appelés distributeurs, électrovannes, interrupteurs, etc ... munis d'une manette ou levier sur lesquels un opérateur et agir pour commander le sens de marche et l'arrêt desdits transmetteurs de puissance. Between these different power transmitters and the pumps or electric generators which supply them, are placed members called distributors, solenoid valves, switches, etc. provided with a lever or lever on which an operator and act to control the direction of travel. and stopping said power transmitters.

On connait par exemple les actionneurs hydrauliques employés par les engins de levage, de manutention, grue, pelle mécanique, etc ... Leurs mouvements: avance-recul, droitegauche, montée-descente arrêt, peuvent être reliés à une ou plusieurs manettes actionnées par un opérateur. We know, for example, the hydraulic actuators used by lifting, handling, crane, mechanical shovel, etc. Their movements: forward-reverse, right-left, up-down-stop, can be connected to one or more levers actuated by an operator.

L'inconvénient majeur de ce système de commande, c'est que l'opérateur doit posséder un entrainement suffisant pour maîtriser les différents mouvements de l'engin, mais ne pourra pas pour autant contrôler la vitesse et la position de l'outil à manoeuvrer si celui-ci ntest pas constamment sous son regard. The major drawback of this control system is that the operator must have sufficient training to master the various movements of the machine, but will not be able to control the speed and position of the tool to be maneuvered. if it is not constantly under his gaze.

Aucune information sensitive ne lui sera fournie à travers la ou les manettes de commande.No sensitive information will be provided to him through the joystick (s).

La présente invention permet d'obvier aux inconvénients susmentionnés en ce qu'elle permet de réunir la commande de tous les mouvements en une seule manette. Mais, cette manette pourra décrire dans l'espace tous les mouvements voulus par l'opérateur, et d'une seule main; ces mouvements seront automatiquement reproduits, amplifiés ou non en vitesse et en puissance, par l'outil ou l'organe travaillant en bout de flèche. De plus, l'arrêt de la manette à n'importe quel point dans l'espace provequera l'arrêt automatique de tous les mouvements de ]'outil. De ce fait, la position de l'outil
Correspondra exactement à la position de la manette.The present invention overcomes the aforementioned drawbacks in that it allows to combine the control of all movements in a single joystick. But, this controller can describe in space all the movements desired by the operator, and with one hand; these movements will be automatically reproduced, amplified or not in speed and power, by the tool or the organ working at the end of the arrow. In addition, stopping the joystick at any point in the space will automatically stop all tool movements. Therefore, the position of the tool
Will exactly match the position of the joystick.

Le système, objet de l'invention, comporte une manette qui actionne un vérin manipulateur, lequel est relié à un vérin distributeur, à un vérin pilote et un vérin accélérateur, formant un ensemble d'asservissement. Les circuits reliant le vérin manipulateur au vérin distributeur au vérin pilote et accélérateur sont remplis de fluidehydraulique sans pression, mais de telle façon qu'il ne puisse subsister de poches d'air, car l'élasticité de ces dernières perturberait le temps de réponse des différents pistons. Ce montage est caractérisé en ce que les volumes des circuits sont constants, permettant un calage de part et d'autre des pistons par le fluide non élastique. Les vérins d'asservissement sont tous à double effet. The system, object of the invention, comprises a lever which actuates a manipulator cylinder, which is connected to a distributor cylinder, to a pilot cylinder and an accelerator cylinder, forming a servo assembly. The circuits connecting the manipulator cylinder to the distributor cylinder to the pilot and accelerator cylinder are filled with hydraulic fluid without pressure, but in such a way that no air pockets can remain, because the elasticity of the latter would disturb the response time of the different pistons. This assembly is characterized in that the volumes of the circuits are constant, allowing a setting on either side of the pistons by the non-elastic fluid. The servo cylinders are all double acting.

Le montage particulier des vérins cités, permet l'asserisse- ment et le contrôle d'un actionneur hydraulique, ou pneumatique ou moteur électrique.The particular mounting of the aforementioned cylinders allows the assouagement and control of a hydraulic actuator, or pneumatic or electric motor.

Une condition du bon fonctionnement de l'ensemble réside dans l'étanchéité des circuits entre les vérins manipulateur, distributeur et pilote, mais ceux-ci ne supportent qu'une pression minime, dans le montage particulier de l'invention, seulement au moment du déplacement du tiroir distributeur.
Dans le cas de déclenchement par électrovanne, l'effort est encore plus faible, permettant d'utiliser des composants très légers.A condition for the proper functioning of the assembly resides in the tightness of the circuits between the manipulator, distributor and pilot cylinders, but these only withstand minimal pressure, in the particular arrangement of the invention, only at the time of moving the dispenser drawer.
In the case of tripping by solenoid valve, the effort is even lower, allowing the use of very light components.

Dans le cas d'utilisation d'un actionneur hydraulique, ce dernier est sous pression et peut être à double ou simple effet. If a hydraulic actuator is used, it is pressurized and can be double or single acting.

Les dessins annexés illustrent à titre d'exemple non limitatif des modes de réalisation du système conforme à l'invention, et permettront de faire apparaître d'autres caractéristiques conjointement avec la description ci-après. The appended drawings illustrate, by way of non-limiting example, embodiments of the system according to the invention, and will make it possible to show other characteristics in conjunction with the description below.

l.a figure 1 représente de manière très schématisée, un exemple de montage de vérins pour l'asservissement et de contrôle d'un actionneur hydraulique double effet. l.a Figure 1 shows very schematically, an example of mounting cylinders for the servo and control of a double-acting hydraulic actuator.

La figure 2 représente schématiquement une variante de la figure 1 dont le vérin hydraulique rectiligne actionneur est remplacé par un vérin hydraulique rotatif placé à l'articulation de la poutre et du bras de levier. FIG. 2 schematically represents a variant of FIG. 1 in which the rectilinear actuator hydraulic cylinder is replaced by a rotary hydraulic cylinder placed at the articulation of the beam and the lever arm.

La figure 3 représente schématiquement une autre variante de la figure 1, dont le vérin hydraulique actionneur est remplacé par un actionneur électrique. FIG. 3 schematically represents another variant of FIG. 1, the hydraulic actuator cylinder of which is replaced by an electric actuator.

I.a figure 4 représente schématiquement un ensemble mécanique articulé, équipé à chaque articulation d'un vérin hydraulique actionneur susceptible d'être pourvu d'un système d'asservissement et de contrôle, objet de l'invention. Ainsi, chaque vérin manipulateur de la figure 5 est un élément d' asservissement de chaque vérin actionneur de la figure 4. our la simplicité du dessin, les vérins distributeurs - vérins pilotes - accélérateurs ne sont pas représentés. I.a FIG. 4 schematically represents an articulated mechanical assembly, equipped at each articulation with an actuator hydraulic cylinder capable of being provided with a servo-control and control system, object of the invention. Thus, each manipulator cylinder in FIG. 5 is a control element for each actuator cylinder in FIG. 4. For the simplicity of the drawing, the distributor cylinders - pilot cylinders - accelerators are not shown.

La figure 5 représente de manière très schématisée un support articulé, actionné à la main, comportant un vérin manipulateur à chaque articulation ; chaque vérin manipulateur se rapporte à un asservissement différent. FIG. 5 very schematically represents an articulated support, actuated by hand, comprising a manipulator cylinder at each articulation; each manipulator cylinder relates to a different servo.

Pour la bonne compréhension du texte qui va suivre, précisons qu'on entend par "côté piston" l'extrémité du vérin où sort le piston, et on entend par "côté tube", l'extrémité opposée. For a good understanding of the following text, it should be noted that the term "piston side" means the end of the cylinder where the piston comes out, and the term "tube side" means the opposite end.

Selon l'exemple représenté en figure 1, un vérin hydraulique actionneur ~ à double effet est monté articulé côté tube par un axe 10 sur une poutre 11 d'une part, et côté piston 12 par un axe li sur un bras 14, d'autre part. La poutre 11 et le bras 14 forment un compas articulé en leur extrémité 15 par un axe 16. Le vérin hydraulique actionneur 7 à double effet est alimenté en fluide sous pression par un distributeur 79 à dotble effet, avec les circuits 8 et 9, lequel fluide sous pression est fourni par une pompe 26 à débit variable. According to the example shown in Figure 1, a hydraulic actuator actuator ~ double-acting is hinged side tube by an axis 10 on a beam 11 on the one hand, and piston side 12 by an axis li on an arm 14, d ' somewhere else. The beam 11 and the arm 14 form a compass articulated at their end 15 by an axis 16. The hydraulic actuator actuator 7 with double effect is supplied with fluid under pressure by a distributor 79 with double effect, with the circuits 8 and 9, which pressurized fluid is supplied by a pump 26 with variable flow.

cette même figure 1, un vérin pilote 5 est articulé côté tube par un axe 17 sur la poutre 11 d'une part, et côté piston 18 par un axe 19 sur le bras 14, d'autre part, lequel vérin pilote 5 est positionné sensiblement parallèlement au vérin hydraulique actionneur 7. Un vérin distributeur 4 est rendu solidaire avec tout moyen approprié au distributeur 22 et le piston 21 dudit vérin 4 est raccordé au tiroir du distributeur 22. Un vérin manipulateur 2 est articulé côté tube par un axe 27 sur un support 28 d'une part, et côté piston 20 par un axe 1 positionné sur une manette 29 d'autre part. Un vérin accélérateur 25 est solidaire par tout moyen approprié du boîtier accélérateur 24 relié à la pompe 26 à débit variable. this same FIG. 1, a pilot cylinder 5 is articulated on the tube side by a pin 17 on the beam 11 on the one hand, and on the piston side 18 by a pin 19 on the arm 14, on the other hand, which pilot cylinder 5 is positioned substantially parallel to the hydraulic actuator cylinder 7. A distributor cylinder 4 is made integral with any means suitable for the distributor 22 and the piston 21 of said cylinder 4 is connected to the distributor drawer 22. A manipulator cylinder 2 is articulated on the tube side by an axis 27 on a support 28 on the one hand, and piston side 20 by an axis 1 positioned on a lever 29 on the other hand. An accelerator cylinder 25 is secured by any appropriate means to the accelerator housing 24 connected to the variable-rate pump 26.

Tous les vérins d'asservissement et de contrô-le: vérin pilote 5 - vérin distributeur 4 - vérin manipulateur 2 vérin accélérateur 25, sont reliés côté tube par une canalisation , et côté piston par une canalisation 6. All control and control cylinders: pilot cylinder 5 - distributor cylinder 4 - manipulator cylinder 2 accelerator cylinder 25, are connected on the tube side by a pipeline, and on the piston side by a pipeline 6.

Le système (selon la figure 1) fonctionne de la manière suivante:
Supposons que le tiroir du distributeur 22 est au point neutre, c'est-à-dire ni tiré, ni poussé ; la pompe 26 est en marche et débite normalement, le fluide circule librement par le distributeur 22 et revient au réservoir ; le bras 14 est immobile et la main de l'opérateur posée sur la manette 29 est aussi immobile.The system (according to Figure 1) works as follows:
Suppose that the distributor drawer 22 is at the neutral point, that is to say neither pulled nor pushed; the pump 26 is running and flows normally, the fluid circulates freely through the distributor 22 and returns to the reservoir; the arm 14 is stationary and the operator's hand placed on the lever 29 is also stationary.

Si l'opérateur pousse la manette 29 qui agit directement sur le piston 20 du vérin manipulateur 2, le piston 18 du vérin pilote 5 ne bouge pas, étant calé entre le bras 14 et la poutre 11, seul le piston 21 du vérin distributeur 4 se déplace et pousse le tiroir du distributeur 22, et à.ce moment, le vérin hydraulique actionneur 7 est alimenté en fluide sous pression par le circuit 8 permettant à son piston 12 de pousser le bras 14 ; au même instant, le piston 18 se trouve entraîné par le bras 14 et un échange constant de fluide s'établit entre le vérin pilote 5 et le vérin manipulateur 2, à condition qu'on pousse le piston 20 d'une façon continus. If the operator pushes the lever 29 which acts directly on the piston 20 of the manipulator cylinder 2, the piston 18 of the pilot cylinder 5 does not move, being wedged between the arm 14 and the beam 11, only the piston 21 of the distributor cylinder 4 moves and pushes the distributor spool 22, and at that moment, the actuator hydraulic cylinder 7 is supplied with pressurized fluid by the circuit 8 allowing its piston 12 to push the arm 14; at the same instant, the piston 18 is driven by the arm 14 and a constant exchange of fluid is established between the pilot cylinder 5 and the manipulator cylinder 2, provided that the piston 20 is pushed continuously.

Si on arrête la manette 29 à un point quelconque, le piston 20 s'arrêtera et l'échange de fluide entre le vérin pilote 5 et le vérin manipulateur 2 ne se fera plus, à ce moment le vérin pilote 5 cherchera l'échange de fluide avec le vérin distributeur 4, ce qui aura pour effet de tirer sur le piston 21 qui raménera le tiroir du distributeur 22 à son point neutre. Le bras 14 s'arrêtera en même temps que la main de l'opérateur, par conséquent, ltopérateur pourra contrôler et apprècier constamment la position de l'extrémité 23 du bras 14, suivant la position de sa main. If the lever 29 is stopped at any point, the piston 20 will stop and the exchange of fluid between the pilot cylinder 5 and the manipulator cylinder 2 will no longer take place, at this time the pilot cylinder 5 will seek the exchange of fluid with the distributor cylinder 4, which will have the effect of pulling on the piston 21 which will bring the distributor valve 22 to its neutral point. The arm 14 will stop at the same time as the operator's hand, therefore, the operator will be able to constantly control and appreciate the position of the end 23 of the arm 14, depending on the position of his hand.

Pou obtenir un mouvement inverse du bras 14 de levier, il suffira de tirer vers soi sur la manette 29. On peut diminuer la vitesse d'un mouvement du bras 9 de levier., simplement en diminuant la vitesse de déplacement de la manette 29 ; le distributeur 22 ne s'ouvrira que partiellement, diminuant ainsi le débit du fluide dans le circuit 8 vers le vérin actionneur 7. To obtain a reverse movement of the lever arm 14, it will suffice to pull the lever 29 towards you. The speed of a movement of the lever arm 9 can be reduced, simply by decreasing the speed of movement of the lever 29; the distributor 22 will only partially open, thereby reducing the flow rate of the fluid in the circuit 8 to the actuator cylinder 7.

Pour augmenter la vitesse, il faudra au contraire déplacer plus vite la manette 29 ; le distributeur 22 sera grand ouvert, mais pour avoir plus de débit dans le circuit 8 vers le vérin actionneur 7, il faudra nécessairement plus de débit à la pompe 26. C'est à ce moment là que le piston 30 du vérin accélérateur 25 sera poussé vers le boîtier accélérateur 24, qui provoquera l'augmentation du débit à la pompe 26. To increase the speed, on the contrary, it will be necessary to move the lever 29 more quickly; the distributor 22 will be wide open, but to have more flow in the circuit 8 to the actuator cylinder 7, it will necessarily require more flow to the pump 26. This is when the piston 30 of the accelerator cylinder 25 will be pushed towards the accelerator unit 24, which will cause the increase in the flow rate at the pump 26.

La figure 4 représente une variante de conception par rapport à la figure 1, en ce que le vérin hydraulique actionneur 7 est remplacé par un vérin hydraulique rotatif 3I, lequel est placé à l'extrémité 15 de rotation du bras 14 et de la poutre 11 pour ouvrir et fermer le compas formé par ladite poutre ll et ledit bras 14. Le vérin hydraulique rotatif 31 est alimenté de façon adéquate par les circuits 8 et 9 provenant du distributeur 22. Le processus d'asservissement sera le même que celui décrit précédemment, ainsi que le montage des vérins d'asservissement. FIG. 4 represents a design variant with respect to FIG. 1, in that the actuator hydraulic cylinder 7 is replaced by a rotary hydraulic cylinder 3I, which is placed at the end 15 of rotation of the arm 14 and of the beam 11 to open and close the compass formed by said beam 11 and said arm 14. The rotary hydraulic cylinder 31 is adequately supplied by the circuits 8 and 9 coming from the distributor 22. The control process will be the same as that described above, as well as the mounting of the control cylinders.

La figure 5 représente une autre variante de concep tison, en ce que le vérin actionneur rotatif 31est remplacé par un actionneur électrique 32 pas à pas à l'extrémité 15 de
rotation, pour ouvrir ou fermer le compas formé par la poutre
11 et le bras 14. Aussi, les circuits 8 et 9 de fluide sont
remplacés par des fils électriques 33 et 34, alors que le
distributeur 22 est également remplacé par un interrupteur 35
inverseur électrique ; cependant le système hydraulique d'as
servissement et de contrôle reste identique au système précé
dent objet de l'invention.FIG. 5 represents another variant of design, in that the rotary actuator cylinder 31 is replaced by an electric actuator 32 step by step at the end 15 of
rotation, to open or close the compass formed by the beam
11 and the arm 14. Also, the circuits 8 and 9 of fluid are
replaced by electrical wires 33 and 34, while the
distributor 22 is also replaced by a switch 35
electric inverter; however the ace hydraulic system
servicing and control remains identical to the previous system
tooth object of the invention.

Considérons maintenant (figure 4) un bras, par exemple
celui d'une pelle mécanique qui pivote aux axes 36, 37, 38, 39, 40, 41 (figure 5), lesquels axes sont respectivement animés
dans l'ordre précité par des vérins actionneurs 42, 43, 44, 45,
46, 47, et chaque vérin actionneur peut être asservi par un
ensemble (non représenté) comportant un vérin- manipulateur 2,
un vérin pilote 5, un vérin distributeur 4, et dans certains 5cas, un vérin accélérateur 25, selon l'exemple décrit par la
figure 1.Now consider (Figure 4) an arm, for example
that of a mechanical shovel which pivots on axes 36, 37, 38, 39, 40, 41 (Figure 5), which axes are respectively animated
in the above order by actuating cylinders 42, 43, 44, 45,
46, 47, and each actuator cylinder can be controlled by a
assembly (not shown) comprising a jack-manipulator 2,
a pilot cylinder 5, a distributor cylinder 4, and in some cases, an accelerator cylinder 25, according to the example described by the
figure 1.

Dans cette dernière hypothèse, tous les vérins manipula
teurs 48, 49, 50, 51, 52, 53, (figure 2) sont positionnés sur
un même support articulé 54 de dimension réduite et comportant
Onaturellement le même nombre d'axes, srientables de la même
façon que le bras à commander. Le support articulé se termine
par une manette 29. En déplaçant cet-te manette 29 tous azimuts
suivant la volonté de l'opérateur, l'outil se déplacera en
bout de flèche en décrivant les mêmes figures amplifiées ou
non et à la vitesse désirée.In this last hypothesis, all the cylinders manipulated
teurs 48, 49, 50, 51, 52, 53, (figure 2) are positioned on
the same articulated support 54 of reduced size and comprising
Onaturally the same number of axes, similar to the same
way that arm to order. The articulated support ends
by a joystick 29. By moving this joystick 29 in all directions
according to the operator's wishes, the tool will move in
end of arrow by describing the same amplified figures or
no and at the desired speed.

Les applications de ce système sont multiples, notamment sur des engins agricoles, travaux publics, manutention,
rabotique, etc The applications of this system are multiple, in particular on agricultural machinery, public works, handling,
rugged, etc

Claims

CLAIMS 1) Servo-control system for hydraulic actuator cylinders, characterized in that it comprises a manipulator cylinder (2), a distributor cylinder (4), a pilot cylinder (5) and possibly an accelerator cylinder (25) , all connected to each other on the tube side by a circuit (3) and the piston side by a circuit (6), which circuits (3) and (6) are filled with fluid without pressure and the distributor cylinder (4) acts on the drawer of the distributor (22) which controls a hydraulic actuator cylinder (7) by the circuits (8) and (9) under pressure. 2) Servo-control system according to claim 1, characterized in that the accelerator cylinder (75) is integral with an accelerator housing (24) connected to a pump (26) with variable flow. ) Servo-control system according to claim 1, characterized in that the manipulator cylinder (2), the distributor cylinder (4) and the pilot cylinder (5) can act on a hydraulic or pneumatic rotary actuator means and electric . 4) Servo-control system according to claim 1, characterized in that the pilot cylinder (5) and the hydraulic actuator cylinder (7) can be mounted, substantially parallel by one of their ends on the arm (14) and by their other end on a beam (11).

5) Servo-control system according to claims 1 and 2, characterized in that several actuating cylinders mounted on an articulated arm with several axes can be controlled and controlled by several groups of servo-cylinders depending on a single lever moving in space all over the place.

6) Servo-control system according to claim 1, characterized in that in the case of an electric actuator (.n ^) the distributor cylinder (4) acts on a interrup tcur (35 inverselm- electric.