JP4690309B2 - 流体作動式シリンダ用の位置制御システム - Google Patents
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Description
本発明は、ハウジングおよび可動ピストンによって画定される少なくとも1つの拡張可能なチャンバを有する流体作動式シリンダのための精確な位置制御システムに関する。
本明細書の記述は添付図面を参照するが、その中で、同様の参照数字は、いくつかの図面のすべてで同様の部分を指す。
力=圧力×面積 (1)
既知の負荷、および摩擦に関するいくらかの妥当な想定によって、空気圧シリンダのピストンの各側それぞれへの力を計算することができる。これらの力は、既知距離を移動するピストンに直接一致する。この想定の背後にある理論を次のセクションで証明する。
最初の構想のために、いくつかの可変部分は既知で一定であると想定する。これらには、シリンダ負荷、摩擦、および損耗が含まれる。本発明では、これらは必要に応じて、一般的な測定と、適合アルゴリズムなどの制御方法とを使用して、リアルタイムで決定し、補償することもできる。
2つのチャンバ内の圧力差の関係を決定する方程式は以下の通りである:
温度が等しいと想定する場合、方程式は以下のように簡略化される:
Pc・Vc=Pl・Vl (3)
既述のように:
F=P・A (4)
ここでF、P、およびAはそれぞれ、力、圧力、および面積を表す。
ピストンの負荷端部の面積は、単純に上記の方程式から棒の面積を減じたものである:
キャップ端部では:
Vc=Ac・Lc (7)
Lcは、キャップ端部の内側端部からピストンの表面までの長さである。
負荷端部では:
Vl=Al・Ll (8)
Llは、キャップ端部の内側端部からピストンの表面までの長さである。
Claims (19)
- ハウジング内に位置して動程の第1端限界と第2端限界との間を作動するピストンによって画定される少なくとも1つの拡張可能な空気チャンバを有する空気圧作動式シリンダ用の位置制御システムであって、
制御される前記空気圧作動式シリンダの各口それぞれに連結されて、制御される前記空気圧作動式シリンダの前記少なくとも1つの拡張可能な空気チャンバに出入りする空気流れを選択的かつ比例的に制御する少なくとも2つの電子起動式比例流弁と、
制御される前記空気圧作動式シリンダの各チャンバのそれぞれに関して、空気圧力を測定する少なくとも1つの圧力感知器と、
制御される前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置して、前記シリンダ内の前記ピストンの中心位置を感知する少なくとも1つの分離型位置感知器と、
前記少なくとも2つの電子起動式比例流弁、前記少なくとも1つの圧力感知器、および前記少なくとも1つの分離型位置感知器に動作可能に接続され、前記少なくとも1つの圧力感知器によって測定された圧力と、前記少なくとも1つの分離型位置感知器によって測定された位置とに対応して、前記少なくとも2つの電子起動式比例流弁の起動を制御する制御器とを備え、
前記制御器は、前記ピストンを前記中心位置から前記ハウジング内における所望の距離だけ移動させるのに必要な前記少なくとも1つの拡張可能な空気チャンバ内の圧力を計算し、かつ、前記少なくとも2つの電子起動式比例流弁を制御して、前記少なくとも1つの拡張可能な空気チャンバ内の圧力を前記計算された必要な圧力とし、これにより、前記ピストンを前記所望の距離だけ移動させる制御プログラムを有することを特徴とする空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。 - 前記少なくとも1つの分離型位置感知器が、
前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置する第1位置感知器と、
前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の一方端部に隣接して位置して、前記少なくとも1つの拡張可能な空気チャンバを画定する前記ハウジングの端壁と接触する前に、前記ピストンの穏やかな停止減速をもたらす第2位置感知器とをさらに備えることを特徴とする請求項1記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。 - 前記少なくとも2つの電子起動式比例流弁は、前記少なくとも1つの拡張可能な空気チャンバと関連付けられて、前記少なくとも1つの拡張可能な空気チャンバに入る空気流れを選択的かつ比例的に制御する第1弁と、前記少なくとも1つの拡張可能な空気チャンバと関連付けられて、前記少なくとも1つの拡張可能な空気チャンバから出る空気流れを選択的かつ比例的に制御する第2弁とを含むことを特徴とする請求項1記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
- 前記少なくとも1つの拡張可能な空気チャンバは、2つの拡張可能な空気チャンバであり、該2つの拡張可能な空気チャンバは、前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の一方端部に隣接する第1の拡張可能な空気チャンバと、前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の他方端部に隣接する第2の拡張可能な空気チャンバとを備えることを特徴とする請求項1記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
- 前記少なくとも1つの圧力感知器は、2つの圧力感知器であり、該2つの圧力感知器は、前記第1の拡張可能な空気チャンバに関連付けられた第1圧力感知器と、前記第2の拡張可能な空気チャンバに関連付けられた第2圧力感知器とを備えることを特徴とする請求項4記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
- 前記少なくとも1つの分離型位置感知器は、3つの位置感知器であり、該3つの位置感知器は、前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置する第1位置感知器と、前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の一方端部に隣接して位置して、前記ピストンが前記2つの拡張可能な空気チャンバのうち一つの空気チャンバを画定するハウジングの端壁と接触する前に、前記ピストンの穏やかな停止減速をもたらす第2位置感知器と、前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の他方端部に隣接して位置して、前記ピストンが前記2つの拡張可能な空気チャンバのうち他の空気チャンバを画定するハウジングの端壁と接触する前に、前記ピストンの穏やかな停止減速をもたらす第3位置感知器とを備えることを特徴とする請求項4記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
- 前記制御プログラムは、前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置する少なくとも1つの分離型位置感知器によって、前記ピストンが感知される時、前記ピストンの中心位置である定位置を初期化するよう動作可能であることを特徴とする請求項1記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
- 前記ハウジングに対する所定位置に向けて前記ピストンにバイアスをかける手段をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
- ハウジング内に位置して動程の第1端限界と第2端限界との間を作動するピストンによって画定される少なくとも1つの拡張可能な空気チャンバを有する空気圧作動式シリンダ用の位置制御システムであって、
制御される前記空気圧作動式シリンダの各口それぞれに連結された少なくとも2つの電子起動式比例弁によって制御される前記空気圧作動式シリンダの前記少なくとも1つの拡張可能な空気チャンバに出入りする空気流れを選択的かつ比例的に制御するステップと、
少なくとも1つの圧力感知器によって、制御される前記空気圧作動式シリンダの各チャンバのそれぞれに対する空気圧力を測定するステップと、
制御される前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置する少なくとも1つの分離型位置感知器によって、前記シリンダ内の前記ピストンの中心位置を感知するステップと、
前記少なくとも2つの電子起動式比例流弁、前記少なくとも1つの圧力感知器、および前記少なくとも1つの分離型位置感知器に動作可能に接続された制御器の制御プログラムによって、前記少なくとも1つの圧力感知器によって測定された圧力と、前記少なくとも1つの分離型位置感知器によって測定された位置とに対応して、前記少なくとも2つの電子起動式比例流弁の起動を制御するステップとを含み、
前記制御プログラムによって制御するステップは、前記ピストンを前記中心位置から前記ハウジング内における所望の距離だけ移動させるのに必要な前記少なくとも1つの拡張可能な空気チャンバ内の圧力を計算するステップと、前記少なくとも2つの電子起動式比例流弁を制御して、前記少なくとも1つの拡張可能な空気チャンバ内の圧力を前記計算された必要な圧力とし、これにより、前記ピストンを前記所望の距離だけ移動させるステップとを有することを特徴とする空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。 - 前記少なくとも1つの分離型位置感知器が、前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置する第1位置感知器と、前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の一方端部に隣接して位置した第2位置感知器とで構成され、
前記第2位置感知器によって、前記ハウジングに対する、前記ピストンの動程の一方端部に隣接する位置を感知するステップと、
前記第2位置感知器に応答して、前記制御プログラムによって、前記ピストンが前記少なくとも1つの拡張可能な空気チャンバを画定する前記ハウジングの端壁に接触する前に、前記ピストンを減速させて穏やかな停止に至らせるステップとをさらに含むことを特徴とする請求項9記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。 - 前記少なくとも2つの電子起動式比例流弁が、
前記少なくとも1つの拡張可能な空気チャンバに関連付けられて、前記少なくとも1つの拡張可能な空気チャンバに入る流体流れを選択的かつ比例的に制御する第1弁と、
前記少なくとも1つの拡張可能な空気チャンバに関連付けられて、前記少なくとも1つの拡張可能な空気チャンバから出る流体流れを選択的かつ比例的に制御する第2弁とを含むことを特徴とする請求項9記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。 - 前記少なくとも1つの拡張可能な空気チャンバは、2つの拡張可能な空気チャンバを含み、該2つの拡張可能な空気チャンバが、
前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の一方端部に隣接した第1の拡張可能な空気チャンバと、
前記ハウジングにおける前記ピストンの他方端部に隣接した第2の拡張可能な空気チャンバとを含むことを特徴とする請求項9記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。 - 前記少なくとも1つの圧力感知器は、2つの圧力感知器を備え、該2つの圧力検知器が、
前記第1の拡張可能な空気チャンバに関連付けられた第1圧力感知器と、
前記第2の拡張可能な空気チャンバに関連付けられた第2圧力感知器とを含むことを特徴とする請求項12記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。 - 前記少なくとも1つの分離型位置感知器は、3つの位置感知器を備え、該3つの位置感知器が、
前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置する第1位置感知器と、
前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の一方端部に隣接して位置して、前記ピストンが前記2つの拡張可能な空気チャンバのうち一つの空気チャンバを画定するハウジングの端壁と接触する前に、前記ピストンの穏やかな停止減速をもたらす第2位置感知器と、
前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の他方端部に隣接して位置して、前記ピストンが前記2つの拡張可能な空気チャンバのうち他の空気チャンバを画定するハウジングの端壁と接触する前に、前記ピストンの穏やかな停止減速をもたらす第3位置感知器とを備えることを特徴とする請求項12記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。 - 前記制御プログラムによって制御するステップは、
前記ピストンが前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置した前記第1位置感知器によって感知された時に、前記ピストンの中心位置である定位置を初期化するステップをさらに含むことを特徴とする請求項14記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。 - 前記位置制御システムが、前記ハウジングに対する所定の位置に向けて前記ピストンにバイアスをかける手段を備えることを特徴とする請求項9記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
- ハウジング内に位置して、動程の第1端限界と第2端限界の間を移動するピストンによって画定される2つの拡張可能な空気チャンバを有する空気圧作動式シリンダ用の位置制御システムであって、
2つの電子起動式比例流弁が、制御される前記空気圧作動式シリンダの各口にそれぞれ連結されて、制御される前記空気圧作動式シリンダの2つの拡張可能な空気チャンバに出入りする流体流れを選択的かつ比例的に制御する4つの電子起動式比例流弁と、
1つの圧力感知器が、制御される前記空気圧作動式シリンダの各チャンバそれぞれについて空気圧力を測定する、2つの圧力感知器と、
制御される前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置して、前記シリンダ内のピストンの中心位置を感知する少なくとも1つの分離型位置感知器と、
前記4つの電子起動式比例流弁、前記2つの圧力感知器、および前記少なくとも1つの分離型位置感知器に動作可能に接続されて、前記2つの圧力感知器によって測定された圧力と、前記少なくとも1つの分離型位置感知器によって測定された位置とに対応して、前記4つの電子起動式比例流弁の起動を制御する制御器とを備え、
前記制御器は、前記ピストンを前記中心位置から前記ハウジング内における所望の距離だけ移動させるのに必要な前記2つの拡張可能な空気チャンバ内の圧力を計算し、かつ、前記4つの電子起動式比例流弁を制御して、前記2つの拡張可能な空気チャンバ内の圧力を前記計算された必要な圧力とし、これにより、前記ピストンを前記所望の距離だけ移動させる制御プログラムを有することを特徴とする空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。 - 前記少なくとも1つの分離型位置感知器は、前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置する第1位置感知器と、前記少なくとも1つの分離型位置感知器は、3つの位置感知器であり、該3つの位置感知器は、前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置する第1位置感知器と、前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の一方端部に隣接して位置して、前記ピストンが前記2つの拡張可能な空気チャンバのうちの第1空気チャンバを画定するハウジングの端壁と接触する前に、前記ピストンの穏やかな停止減速をもたらす第2位置感知器と、前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の反対端部に隣接して位置して、前記ピストンが前記2つの拡張可能な空気チャンバのうちの第2空気チャンバを画定するハウジングの端壁と接触する前に、前記ピストンの穏やかな停止減速をもたらす第3位置感知器とを備えることを特徴とする請求項17記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
- 前記制御プログラムは、前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置する少なくとも1つの分離型位置感知器によって、前記ピストンが感知される時、前記ピストンの中心位置である定位置を初期化するよう動作可能であることを特徴とする請求項17記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
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