NL2014619A - An apparatus and method for detecting the position of a magnet along a linear path. - Google Patents
An apparatus and method for detecting the position of a magnet along a linear path. Download PDFInfo
- Publication number
- NL2014619A NL2014619A NL2014619A NL2014619A NL2014619A NL 2014619 A NL2014619 A NL 2014619A NL 2014619 A NL2014619 A NL 2014619A NL 2014619 A NL2014619 A NL 2014619A NL 2014619 A NL2014619 A NL 2014619A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- sensors
- magnet
- hall sensors
- platform
- cylinder
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/003—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1615—Programme controls characterised by special kind of manipulator, e.g. planar, scara, gantry, cantilever, space, closed chain, passive/active joints and tendon driven manipulators
- B25J9/1623—Parallel manipulator, Stewart platform, links are attached to a common base and to a common platform, plate which is moved parallel to the base
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
- G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
De uitvinding betreft een inrichting voor het detecteren van de positie van een magneet langs een lineaire baan, welke inrichting omvat: - een basis, zoals een printplaat; - een aantal, in één lijn en op afstand van elkaar, op de basis aangebrachte analoge Hall sensoren; - een verwerkingseenheid voor het uitlezen van de meetwaarden van de Hall sensoren, het berekenen van de positie op basis van de meetwaarden en de afstand tussen de Hall sensoren, en het uitsturen van een positiesignaal. Verder betreft de uitvinding een combinatie van een hydraulische cilinder en een inrichting volgens de uitvinding, alsook betreft de uitvinding een stewart platform met combinaties volgens de uitvinding.The invention relates to a device for detecting the position of a magnet along a linear path, which device comprises: a base, such as a printed circuit board; - a number of analog Hall sensors mounted on the base in a line and spaced from each other; - a processing unit for reading the measured values from the Hall sensors, calculating the position based on the measured values and the distance between the Hall sensors, and outputting a position signal. The invention further relates to a combination of a hydraulic cylinder and a device according to the invention, and also relates to a stewart platform with combinations according to the invention.
Description
Inrichting en werkwijze voor het detecteren van de positie van een magneet langs een lineaire baanDevice and method for detecting the position of a magnet along a linear path
De uitvinding betreft een inrichting en werkwijze voor het detecteren van de positie van een magneet langs een lineaire baan. In het bijzonder betreft het een inrichting en werkwijze, waarmee bijvoorbeeld de positie van een hydraulische cilinder gemeten kan worden.The invention relates to a device and method for detecting the position of a magnet along a linear path. In particular it concerns a device and method with which, for example, the position of a hydraulic cylinder can be measured.
Het is bij hydraulische cilinders bekend om het bereiken van een eindstand te meten door in de hydraulische cilinder een magneet op de zuiger aan te brengen en door middel van twee schakelende Hall sensoren elk aan een eind van de hydraulische cilinder, het bereiken van een eind van de cilinder door de zuiger te detecteren. Een schakelende Hall sensor geeft een binair signaal af, afhankelijk van de nabijheid van een voldoende sterk magnetisch veld.With hydraulic cylinders it is known to measure the reaching of an end position by applying a magnet to the piston in the hydraulic cylinder and by means of two switching Hall sensors each at one end of the hydraulic cylinder, reaching an end of the cylinder by detecting the piston. A switching Hall sensor emits a binary signal, depending on the proximity of a sufficiently strong magnetic field.
Ook is het bekend om zogenaamde LVDT (Linear Variable Differential Transformer) sensoren toe te passen. Een dergelijke sensor heeft een bewegende kern, die met het te meten object gekoppeld wordt. Hiermee is het mogelijk om de positie van het object tot zeer hoge nauwkeurigheid te meten. Echter de kosten van een LVDT sensor zijn bijzonder hoog, waardoor deze sensoren niet voor elke toepassing geschikt zijn.It is also known to use so-called LVDT (Linear Variable Differential Transformer) sensors. Such a sensor has a moving core, which is coupled to the object to be measured. This makes it possible to measure the position of the object to very high accuracy. However, the costs of an LVDT sensor are particularly high, which means that these sensors are not suitable for every application.
Voor computersimulaties van vliegtuigen of raceauto's is het bekend om een bestuurbaar platform te gebruiken, waarop een speler zit en omringd wordt met beeldschermen. De beweging van het platform is afgestemd op de beelden op de beeldschermen, waardoor de speler de illusie krijgt in een werkelijk vliegtuig of raceauto te zitten.For computer simulations of aircraft or racing cars, it is known to use a controllable platform on which a player sits and is surrounded by screens. The movement of the platform is aligned with the images on the screens, giving the player the illusion of being in an actual aircraft or racing car.
Een veel gebruikt platform is een zogenaamd Stewart platform, dat door middel van zes lineaire actuatoren geroteerd en bewogen kan worden. De lineaire actuatoren kunnen elektrisch aangedreven zijn of door middel van hydrauliek. Belangrijk voor een realistische spelbeleving is dat de positie van de verschillende actuatoren nauwkeurig gemeten kan worden, zodat ook kleine subtiele bewegingen goed aan de speler doorgegeven kunnen worden.A commonly used platform is a so-called Stewart platform, which can be rotated and moved using six linear actuators. The linear actuators can be electrically driven or by means of hydraulics. For a realistic gaming experience it is important that the position of the various actuators can be accurately measured, so that even small subtle movements can be passed on to the player.
Door de hoge kosten van bestaande lineaire sensoren zijn dergelijke simulatoren zeer kostbaar en niet betaalbaar voor de consumentenmarkt.Due to the high costs of existing linear sensors, such simulators are very expensive and not affordable for the consumer market.
Het is doel van de uitvinding de bovengenoemde nadelen te verminderen of zelfs te voorkomen.It is an object of the invention to reduce or even prevent the aforementioned disadvantages.
Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt met een inrichting voor het detecteren van de positie van een magneet langs een lineaire baan, welke inrichting omvat: - een basis, zoals een printplaat; - een aantal, in één lijn en op afstand van elkaar, op de basis aangebrachte analoge Hall sensoren; - een verwerkingseenheid voor het uitlezen van de meetwaarden van de Hall sensoren, het berekenen van de positie op basis van de meetwaarden en de afstand tussen de Hall sensoren, en het uitsturen van een positiesignaal.This object is achieved according to the invention with a device for detecting the position of a magnet along a linear path, which device comprises: a base such as a printed circuit board; - a number of analog Hall sensors mounted on the base in a line and spaced from each other; - a processing unit for reading the measured values from the Hall sensors, calculating the position based on the measured values and the distance between the Hall sensors, and outputting a position signal.
De inrichting volgens de uitvinding gebruikt sensoren die continu magneetveldsterkte meten, zoals bijvoorbeeld analoge Hall sensoren, die goedkoop zijn en een analoge waarde afgeven voor de gemeten magnetisch veldsterkte. Aangezien een magneet in principe een min of meer homogeen magnetisch veld genereert, kan op basis van de metingen van twee of meer Hall sensoren en de onderlinge afstand tussen de sensoren berekend worden, op welke positie langs de inrichting de magneet zich bevindt.The device according to the invention uses sensors that continuously measure magnetic field strength, such as, for example, analog Hall sensors, which are inexpensive and provide an analog value for the measured magnetic field strength. Since a magnet in principle generates a more or less homogeneous magnetic field, it is possible to calculate on the position along the device the magnet is based on the measurements of two or more Hall sensors and the mutual distance between the sensors.
Door het gebruik van een verwerkingseenheid op de inrichting kan de berekening van de positie direct uitgevoerd worden, alsook kunnen de analoge signalen van de Hall sensoren zonder storingen verwerkt worden. Bovendien kan de inrichting door de verwerkingseenheid bijvoorbeeld een gestandaardiseerd positiesignaal afgeven, waardoor de inrichting gemakkelijk uitwisselbaar is met vergelijkbare inrichtingen of andere typen positiesensoren.By using a processing unit on the device, the position calculation can be performed directly, and the analog signals from the Hall sensors can be processed without interference. Moreover, the device can, for example, provide a standardized position signal through the processing unit, whereby the device is easily interchangeable with comparable devices or other types of position sensors.
In een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding zijn de analoge Hall sensoren met een constante steek op één lijn aangebracht.In a preferred embodiment of the device according to the invention, the analog Hall sensors are arranged with a constant pitch on one line.
Hoewel alleen de onderlinge afstand tussen sensoren bekend dient te zijn bij de bepaling van de positie, geeft een vaste steek tussen de sensoren het voordeel dat op basis van het nummer van de sensoren gelijk de juiste onderlinge afstand bepaald kan worden, alsook zal een gelijke nauwkeurigheid in de positieberekening verkregen worden over de lengte van de inrichting.Although only the mutual distance between sensors should be known when determining the position, a fixed pitch between the sensors gives the advantage that the correct mutual distance can be determined on the basis of the number of the sensors, and an equal accuracy will also be obtained. obtained in the position calculation over the length of the device.
De uitvinding betreft verder een werkwijze voor het detecteren van de positie van een magneet langs een lineaire baan, welk werkwijze de stappen omvat: - het verschaffen van inrichting volgens de uitvinding, met een aantal, in één lijn en op afstand van elkaar aangebrachte analoge Hall sensoren; - het op een willekeurige positie positioneren van een magneet langs de lijn met sensoren; - het op basis van de metingen van ten minste twee verschillende sensoren en de afstand tussen de ten minste twee sensoren berekenen van de positie van de magneet; en - het uitsturen van een positiesignaal met de berekende positie.The invention further relates to a method for detecting the position of a magnet along a linear path, which method comprises the steps of: - providing a device according to the invention, with a number of analogue Hall arranged in a line and spaced apart from one another sensors; - positioning a magnet at an arbitrary position along the line of sensors; - calculating the position of the magnet on the basis of the measurements of at least two different sensors and the distance between the at least two sensors; and - outputting a position signal with the calculated position.
Een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding omvat verder de stap: - het voor de berekende positie van de magneet berekenen of in een tabel opzoeken van de theoretische magneet veldsterkte langs de in één lijn en op afstand van elkaar aangebrachte analoge Hall sensoren; - het vergelijken van de meting van elke sensor met de theoretische magneet veldsterkte en het vaststellen van correctiewaarden voor de offset van elk van de sensoren - het herhalen van de stappen van de werkwijze, waarbij de metingen van de sensoren gecorrigeerd worden met de vastgestelde correctiewaarden voor de offset.A preferred embodiment of the method according to the invention further comprises the step of: - calculating for a calculated position of the magnet or looking up in a table the theoretical magnet field strength along the analog Hall sensors arranged in a single line and at a distance from each other; - comparing the measurement of each sensor with the theoretical magnet field strength and determining correction values for the offset of each of the sensors - repeating the steps of the method, wherein the measurements of the sensors are corrected with the determined correction values for the offset.
Analoge Hall sensoren, maar ook de overige componenten van de schakeling, zoals weerstanden en de koperbanen op de printplaat, hebben gewoonlijk een tolerantie van een paar procent. Met analoge Hall sensoren kan een voltage worden gegenereerd, dat proportioneel is aan het ondervonden magnetisch veld. Door de aanwezige toleranties kan dit betekenen dat de sensoren een voltage kunnen genereren dat afwijkt van de theoretische weerstand bij een bepaald ondervonden magnetisch veld. Om te voorkomen, dat dergelijke afwijkingen een te grote invloed hebben op de positieberekening van de magneet, wordt telkens na een berekende grove positie de voltages van de sensoren op relatief grote afstand van de magneet vergeleken met een berekende theoretische magneet veldsterkte of uit een opzoek tabel verkregen theoretische magneet veldsterkte. Het verschil tussen de werkelijke waarde van de sensor en de theoretische waarde vormt een correctiewaarde voor de offset, die bij een volgende positiebepaling van de magneet meegenomen wordt. Naarmate de positie van de magneet nauwkeuriger kan worden vastgesteld, kan ook de offset van de sensoren met grotere nauwkeurigheid worden vastgesteld.Analog Hall sensors, but also the other components of the circuit, such as resistors and the copper paths on the printed circuit board, usually have a tolerance of a few percent. Analogue Hall sensors can generate a voltage that is proportional to the magnetic field encountered. Due to the tolerances present, this can mean that the sensors can generate a voltage that deviates from the theoretical resistance at a certain magnetic field encountered. In order to prevent such deviations having too great an influence on the position calculation of the magnet, the voltages of the sensors at a relatively large distance from the magnet are compared to a calculated theoretical magnet field strength or from a look-up table after a calculated coarse position. theoretical magnet field strength obtained. The difference between the actual value of the sensor and the theoretical value forms a correction value for the offset, which is included in a subsequent position determination of the magnet. As the position of the magnet can be determined more accurately, the offset of the sensors can also be determined with greater accuracy.
Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding omvat verder de stappen: - het na het berekenen of in een tabel opzoeken van de positie van de magneet berekenen van de theoretische magneet veldsterkte langs de in één lijn en op afstand van elkaar aangebrachte analoge Hall sensoren; - het vergelijken van de metingen van combinaties van sensoren met de berekende theoretische magneet veldsterkte en het vaststellen van correctiewaarden voor de amplitude van elk van de sensoren van de betreffende combinatie van sensoren; - het herhalen van de stappen van de werkwijze, waarbij de metingen van de sensoren gecorrigeerd worden met de vastgestelde correctiewaarden voor de amplitude.A further preferred embodiment of the method according to the invention further comprises the steps of: - after calculating or looking up a table for the position of the magnet, calculating the theoretical magnet field strength along the analog Hall sensors arranged in a single line and at a distance from each other ; - comparing the measurements of combinations of sensors with the calculated theoretical magnet field strength and determining correction values for the amplitude of each of the sensors of the relevant combination of sensors; - repeating the steps of the method, wherein the measurements of the sensors are corrected with the determined correction values for the amplitude.
Tijdens gebruik van de inrichting kan telkens door de verwerkingseenheid een combinatie van theoretische veldsterkte voor enkele sensoren berekend worden, uitgaande van de berekende positie van de magneet. Wanneer in die combinatie op dat moment de analoge meting van één van de Hall sensoren ten opzichte van de andere sensoren te veel afwijkt gezien de theoretisch berekende magnetische veldsterkte, kan een correctiewaarde voor de amplitude (ofwel gain) voor die betreffende sensor bepaald worden, zodat met deze correctiewaarde de analoge metingen van de sensor beter overeenkomen met de theoretische veldsterkte. Hierdoor worden de Hall sensoren tijdens gebruik automatisch geijkt en wordt de nauwkeurigheid doorlopend gemaximaliseerd. Deze correctie op de amplitude wordt bij voorkeur pas uitgevoerd, wanneer een zekere mate van nauwkeurigheid in de berekening van de positie verkregen is als gevolg van het vaststellen van de correctiewaarden voor de offset.During use of the device, a combination of theoretical field strength for some sensors can be calculated by the processing unit, starting from the calculated position of the magnet. If in that combination the analog measurement of one of the Hall sensors deviates too much from the other sensors at that moment in view of the theoretically calculated magnetic field strength, a correction value for the amplitude (or gain) for that particular sensor can be determined, so that with this correction value the analog measurements of the sensor correspond better with the theoretical field strength. As a result, the Hall sensors are automatically calibrated during use and the accuracy is continuously maximized. This correction to the amplitude is preferably carried out only when a certain degree of accuracy in the calculation of the position has been obtained as a result of determining the correction values for the offset.
Nog een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding omvat verder de stappen: - het voorafgaand aan het in gebruik nemen van de inrichting, genereren van verschillende meetprofielen uit de metingen van de analoge Hall sensoren, waarbij de magneet voor elk profiel haaks op de lijn met sensoren een afwijking ten opzichte van de lineaire baan van de magneet heeft; - het bij het bepalen van de positie van de willekeurig geplaatste magneet vergelijken van de verhouding van de metingen tussen ten minste drie sensoren met de gegenereerde meetprofielen, teneinde de afwijking van de magneet ten opzichte van de lineaire baan te bepalen.A still further embodiment of the method according to the invention further comprises the steps of: - prior to putting the device into use, generating different measurement profiles from the measurements of the analog Hall sensors, wherein the magnet for each profile is perpendicular to the line with sensors has a deviation from the linear path of the magnet; - when determining the position of the randomly placed magnet, comparing the ratio of the measurements between at least three sensors with the generated measurement profiles, in order to determine the deviation of the magnet from the linear path.
Door voor een bepaalde toepassing van de inrichting, bijvoorbeeld gemonteerd op een hydraulische cilinder, vooraf in laboratorium omstandigheden met opzet verschillende afwijkingen van de positionering van de magneet haaks op de lineaire baan te meten, kunnen verschillende profielen van de meetwaarden van de sensoren vastgesteld worden.By intentionally measuring different deviations of the position of the magnet perpendicular to the linear path for a specific application of the device, for example mounted on a hydraulic cylinder, in laboratory conditions, different profiles of the measured values of the sensors can be determined.
Tijdens gebruik van de inrichting kunnen de metingen van drie verschillende sensoren vergeleken worden met de eerder vastgestelde, algemene profielen en op basis hiervan kan vastgesteld worden of er een afwijking is van de magneet loodrecht op de lineaire baan van de magneet in een specifieke toepassing van de inrichting. Dit kan een indicatie zijn voor het geval de inrichting bijvoorbeeld loslaat van een cilinder. Hierdoor kan de robuustheid van de positiebepaling ten opzichte van mechanische toleranties verder verbeterd worden.During use of the device the measurements of three different sensors can be compared with the previously determined general profiles and on the basis of this it can be determined whether there is a deviation of the magnet perpendicular to the linear path of the magnet in a specific application of the design. This may be an indication in case the device is released from a cylinder, for example. As a result, the robustness of the position determination with respect to mechanical tolerances can be further improved.
De profielen kunnen telkens voor een bepaalde algemene configuratie opgesteld worden, zoals bijvoorbeeld een specifieke combinatie van een bepaald type hydraulische cilinder en een inrichting volgens de uitvinding. Vervolgens kunnen deze profielen gebruikt worden voor alle specifieke, volgens de algemene configuratie gemaakte combinaties.The profiles can each be arranged for a specific general configuration, such as for example a specific combination of a specific type of hydraulic cylinder and a device according to the invention. These profiles can then be used for all specific combinations made according to the general configuration.
Het detecteren van de afwijkingen is met name mogelijk, doordat door de algemene configuratie van bijvoorbeeld cilinder en inrichting, een niet geheel homogeen magnetisch veld rondom de magneet zal zijn. Hierdoor zullen de profielen ook niet uniform zijn. Door de verhouding van de metingen van drie sensoren te vergelijken met de profielen kan aldus bepaald worden in welke richting, loodrecht op de lineaire baan, de magneet een afwijking heeft.Detecting the deviations is in particular possible because, due to the general configuration of, for example, the cylinder and device, there will be a not entirely homogeneous magnetic field around the magnet. As a result, the profiles will not be uniform. By comparing the ratio of the measurements of three sensors with the profiles, it can thus be determined in which direction, perpendicular to the linear path, the magnet has a deviation.
Bij voorkeur is de afwijking van de magneet ten minste in vier radiale richtingen loodrecht op de lijn met sensoren is, welke radiale richtingen overeenkomen met 0°, 90°, 180° en 210°. Hierdoor is zo min mogelijk overlap tussen de profielen en gemakkelijk geïnterpoleerd worden.Preferably the deviation of the magnet is at least in four radial directions perpendicular to the line of sensors, which radial directions correspond to 0 °, 90 °, 180 ° and 210 °. As a result, there is as little overlap as possible between the profiles and being easily interpolated.
De uitvinding betreft verder een combinatie van een hydraulische cilinder en een inrichting volgens de uitvinding, waarbij de inrichting in langsrichting aan de cilinderwand is aangebracht, waarbij aan de zuiger een magneet is aangebracht en waarbij de cilinderwand magnetisch permeabel is.The invention further relates to a combination of a hydraulic cylinder and a device according to the invention, wherein the device is arranged in longitudinal direction on the cylinder wall, wherein a magnet is arranged on the piston and wherein the cylinder wall is magnetically permeable.
In een voorkeursuitvoeringsvorm van de combinatie volgens de uitvinding is in de cilinderwand een langsgroef of kanaal aangebracht, gevuld met een uithardend materiaal, zoals epoxy hars, waarin de inrichting is ingebed.In a preferred embodiment of the combination according to the invention, a longitudinal groove or channel is provided in the cylinder wall, filled with a curing material, such as epoxy resin, in which the device is embedded.
Omdat de inrichting volgens de uitvinding geen bewegende delen omvat, kan deze gemakkelijk ingebed worden in een substantie, zodat de onderdelen op de printplaat, zoals de Hall sensoren, niet beschadigd raken door trillingen in de hydraulische cilinders.Because the device according to the invention does not comprise moving parts, it can easily be embedded in a substance, so that the parts on the printed circuit board, such as the Hall sensors, are not damaged by vibrations in the hydraulic cylinders.
In een zeer geprefereerde uitvoering van de uitvinding is een Stewart platform omvattende: - een basis; - een platform; - ten minste zes combinaties volgens de uitvinding, waarbij elk eerste eind van elke cilinder scharnierend is aangebracht aan de basis, waarbij elk tweede eind van elke cilinder scharnierend is aangebracht aan het platform, en waarbij de eerste einden en tweede einden twee aan twee gegroepeerd zijn aangebracht, zodanig de hydraulische cilinders een zigzagvormig patroon vormen langs de omtrek tussen de basis en het platform; - een hydraulische pomp; - een aantal proportionele, hydraulische kleppen aangebracht in leidingen tussen de pomp en de cilinders voor het gestuurd voeden van de hydraulische cilinders; en - een besturing, die het toerental van de hydraulische pomp regelt en die de kleppen aanstuurt.In a very preferred embodiment of the invention, a Stewart platform comprises: - a base; - a platform; - at least six combinations according to the invention, wherein each first end of each cylinder is hinged to the base, each second end of each cylinder hinged to the platform, and the first ends and second ends are grouped two by two arranged such that the hydraulic cylinders form a zigzag pattern along the circumference between the base and the platform; - a hydraulic pump; - a number of proportional, hydraulic valves arranged in pipes between the pump and the cylinders for the controlled feeding of the hydraulic cylinders; and - a control that controls the speed of the hydraulic pump and controls the valves.
Nu met de inrichting volgens de uitvinding de positie van een hydraulische cilinder nauwkeurig gemeten kan worden, terwijl de kosten van de inrichting laag zijn, wordt het mogelijk om een Stewart platform te vervaardigen dat kostprijstechnisch geschikt is voor de consumentenmarkt.Now that with the device according to the invention the position of a hydraulic cylinder can be accurately measured, while the costs of the device are low, it becomes possible to manufacture a Stewart platform that is cost-effective for the consumer market.
Daarnaast bieden hydraulische cilinders het kosten voordeel, dat slechts één aandrijving voorzien hoeft te worden in de vorm van een hydraulische pomp in combinatie met proportionele kleppen.In addition, hydraulic cylinders offer the cost advantage that only one drive needs to be provided in the form of a hydraulic pump in combination with proportional valves.
De proportionele kleppen maken het mogelijk om de snelheid van de hydraulische cilinders te regelen. Gewoonlijk werkt een hydraulisch systeem op een vaste druk en worden slechts open/dicht kleppen gebruikt, waardoor de cilinders volgens de stand van techniek met een constante snelheid in en uitschuiven, hetgeen ongeschikt is voor toepassing in een Stewart platform. Door het toepassen van proportionele kleppen wordt dit wel mogelijk gemaakt.The proportional valves make it possible to control the speed of the hydraulic cylinders. Normally a hydraulic system operates at a fixed pressure and only open / closed valves are used, as a result of which the cylinders according to the state of the art slide in and out at a constant speed, which is unsuitable for use in a Stewart platform. This is made possible by applying proportional valves.
Daarnaast maken proportionele kleppen, in combinatie met een nauwkeurige positiebepaling van de cilinders het mogelijk om het hydraulische systeem met een variabele druk te gebruiken. Bij grote bewegingen, zal veel hydraulische vloeistof verpompt moeten worden. Daarbij zal de druk in het systeem dalen. Aangezien de directe positie van een cilinder gemeten kan worden kan daarmee bij gehouden worden of de cilinder op de juiste snelheid beweegt, ongeacht de druk in het hydraulische systeem. Als de cilinder te langzaam beweegt zal de proportionele klep verder geopend worden en bij een te snelle beweging meer dicht gedraaid worden.In addition, proportional valves, in combination with an accurate position determination of the cylinders, make it possible to use the hydraulic system with a variable pressure. With large movements, a lot of hydraulic fluid will have to be pumped. In addition, the pressure in the system will drop. Since the direct position of a cylinder can be measured, it can thus be monitored whether the cylinder is moving at the correct speed, regardless of the pressure in the hydraulic system. If the cylinder moves too slowly, the proportional valve will be opened further and, if the movement is too fast, it will be more closed.
Hiermee is het verder mogelijk om het systeem te gebruiken wanneer er restricties zijn in het maximale energieverbruik. In het bijzonder bij toepassingen in de consumentenmarkt, kan de gebruikte elektriciteitsaansluiting tot een bepaald vermogen beperkt zijn. Wanneer de druk in het systeem laag is, kan de pomp op een hogere snelheid draaien, dan wanneer de druk hoog is in het systeem. In combinatie met de proportionele kleppen is het toch mogelijk met een variërende verhouding tussen druk en debiet (als gevolg van de variërende snelheid van de pomp) de cilinders met een gewenste snelheid aan te sturen.This also makes it possible to use the system when there are restrictions on the maximum energy consumption. In particular for applications in the consumer market, the used electricity connection can be limited to a certain capacity. When the pressure in the system is low, the pump can run at a higher speed than when the pressure is high in the system. In combination with the proportional valves, it is nevertheless possible with a varying ratio between pressure and flow (due to the varying speed of the pump) to control the cylinders at a desired speed.
Een voorkeursuitvoeringsvorm van het Stewart platform volgens de uitvinding omvat een drukvat aangebracht in vloeistofverbinding met de hydraulische pomp. Met het drukvat wordt de druk meer stabiel gehouden in het hydraulisch systeem, waardoor kortstondige grote bewegingen van de hydraulische cilinders minder invloed zullen hebben op de druk.A preferred embodiment of the Stewart platform according to the invention comprises a pressure vessel arranged in fluid communication with the hydraulic pump. With the pressure vessel, the pressure is kept more stable in the hydraulic system, so that short-term large movements of the hydraulic cylinders will have less influence on the pressure.
In een andere uitvoeringsvorm van het Stewart platform volgens de uitvinding, is elk eind van de cilinders gekoppeld aan de basis of het platform via een koppeling, welke koppeling een gelagerde as omvat, welke as voorzien is aan één eind van een gaffel en pen verbinding dat met het betreffende eind van de cilinder verbonden is, verder omvattend een regeling, die het toerental van de hydraulische pomp regelt afhankelijk van bijvoorbeeld de druk, het benodigde debiet en eventueel beperkingen in het maximale vermogen van de elektriciteitsaansluiting.In another embodiment of the Stewart platform according to the invention, each end of the cylinders is coupled to the base or the platform via a coupling, which coupling comprises a bearing shaft, which shaft is provided at one end with a fork and pin connection which is connected to the relevant end of the cylinder, further comprising a control which controls the speed of the hydraulic pump depending on, for example, the pressure, the required flow and possibly limitations in the maximum power of the electricity connection.
Op zich kunnen als koppeling voor de cilinders aan de basis of het platform kruiskoppelingen gebruikt worden. Echter kruiskoppelingen zijn kostbaar. Door het gebruik van een gelagerde as, die onder een geschikte hoek aan de basis of het platform is aangebracht, in combinatie met een gaffel en pen verbinding aan een eind van de gelagerde as, wordt een kosteneffectieve koppeling voorzien. In het bijzonder kan het hoofdlager van een fiets worden toegepast voor de lagering van de as. Dergelijke hoofdlagers worden in grote massa's gemaakt, waardoor de kostprijs nog verder omlaag gebracht kan worden voor een dergelijke koppeling.Cross links can be used per se as a coupling for the cylinders at the base or the platform. However, universal joints are expensive. The use of a bearing shaft, which is arranged at a suitable angle on the base or the platform, in combination with a fork and pin connection at one end of the bearing shaft, a cost-effective coupling is provided. In particular, the main bearing of a bicycle can be used for the bearing of the shaft. Such main bearings are made in large masses, whereby the cost price can be lowered even further for such a coupling.
Daarnaast zorgt deze koppeling, bij een geschikte positionering ten opzichte van cilinder, platform en basis, er voor, dat de zuigerstang van de cilinder, zo min mogelijk roteert rond de langsas in de cilinder, hetgeen nadelig is voor de afdichtingen in de cilinder.In addition, with a suitable positioning relative to cylinder, platform and base, this coupling ensures that the piston rod of the cylinder rotates as little as possible about the longitudinal axis in the cylinder, which is disadvantageous for the seals in the cylinder.
Deze en andere kenmerken van de uitvinding worden nader toegelicht aan de hand van de bijgaande tekeningen.These and other features of the invention are further elucidated with reference to the accompanying drawings.
Figuur 1 toont een schematische weergave van een uitvoeringsvorm van de combinatie volgens de uitvinding.Figure 1 shows a schematic representation of an embodiment of the combination according to the invention.
Figuur 2 toont de inrichting van de combinatie volgens figuur 1.Figure 2 shows the device of the combination according to Figure 1.
Figuur 3 toont een schematisch diagram van een stap uit de werkwijze volgens de uitvinding.Figure 3 shows a schematic diagram of a step from the method according to the invention.
Figuur 4 toont een uitvoeringsvorm van een Stewart platform volgens de uitvinding.Figure 4 shows an embodiment of a Stewart platform according to the invention.
Figuur 5 toont een hydraulisch diagram van het Stewart platform volgens figuur 4.Figure 5 shows a hydraulic diagram of the Stewart platform according to Figure 4.
Figuur 1 toont een schematische weergave van een uitvoeringsvorm van de combinatie 1 volgens de uitvinding.Figure 1 shows a schematic representation of an embodiment of the combination 1 according to the invention.
De combinatie 1 heeft een hydraulische cilinder 2 met een zuiger 3 aangebracht in de cilinder 2 en een zuigerstang 4 voor het overbrengen van de verplaatsing van de zuiger 3. In de zuiger 3 is een magneet 5 aangebracht.The combination 1 has a hydraulic cylinder 2 with a piston 3 mounted in the cylinder 2 and a piston rod 4 for transferring the displacement of the piston 3. A magnet 5 is arranged in the piston 3.
De wand van de cilinder 2 is voorzien van een groef 6, waarin een printplaat 7 met een aantal analoge Hall sensoren 8 is aangebracht.The wall of the cylinder 2 is provided with a groove 6, in which a printed circuit board 7 with a number of analog Hall sensors 8 is arranged.
Het diagram in figuur 1 laat de magnetische veldsterkte Θ van de magneet 5 langs de lineaire baan van de magneet 5 in de richting x zien. Op basis van de metingen van twee analoge Hall sensoren 8 kan reeds ruw berekend worden op welke positie de magneet zich bevindt.The diagram in Figure 1 shows the magnetic field strength Θ of the magnet 5 along the linear path of the magnet 5 in the x direction. Based on the measurements of two analog Hall sensors 8, it is already possible to roughly calculate the position of the magnet.
Figuur 2 toont de inrichting van de combinatie volgens figuur 1, waarbij de inrichting de printplaat 7 en de Hall sensoren 8 omvat. Daarnaast is op de printplaat 7 een verwerkingseenheid 9 voorzien, die de analoge signalen verwerkt tot een positiesignaal indicatief voor de positie van de magneet 5. Het positiesignaal kan bijvoorbeeld via een kabeltje 18 worden afgegeven. Verder is een programmeer header 10 voorzien voor het programmeren van de verwerkingseenheid 9. Na het programmeren kan deze header 10 verwijderd worden door het doorknippen van de printplaat 7. Zo is het bij voorkeur ook mogelijk om de printplaat op lengte te knippen, waardoor enkele sensoren 8 komen te vervallen. De verwerkingseenheid 9 kan detecteren of een sensor 8 wel of niet is aangesloten en daarmee dan wel of geen rekening houden tijdens de positiebepaling.Figure 2 shows the device of the combination according to Figure 1, wherein the device comprises the printed circuit board 7 and the Hall sensors 8. In addition, a processing unit 9 is provided on the printed circuit board 7 which processes the analog signals into a position signal indicative of the position of the magnet 5. The position signal can be supplied, for example, via a cable 18. Furthermore, a programming header 10 is provided for programming the processing unit 9. After programming, this header 10 can be removed by cutting the circuit board 7. Thus, it is preferably also possible to cut the circuit board to length, so that some sensors 8 will be canceled. The processing unit 9 can detect whether or not a sensor 8 is connected and take this into account or not during the position determination.
Figuur 3 toont een schematisch diagram van een stap uit de werkwijze volgens de uitvinding. Wanneer op basis van de metingen van bijvoorbeeld twee analoge Hall sensoren een positie voor de magneet berekend is, kan vervolgens berekend worden of in een tabel opgezocht worden wat het theoretische magneet veld is bij de overige sensoren. In de figuur is het theoretische magneet veld 11 langs de richting x in veldsterkte Θ uitgedrukt.Figure 3 shows a schematic diagram of a step from the method according to the invention. When a position for the magnet has been calculated based on the measurements of, for example, two analog Hall sensors, it can then be calculated whether a theoretical magnet field can be looked up in the table for the other sensors. In the figure, the theoretical magnet field 11 is expressed along the direction x in field strength Θ.
Vervolgens worden volgens de werkwijze van de uitvinding de werkelijke meetwaarden 12, 13, 14, 15 van verschillende Hall sensoren vergeleken met de theoretische waarde en zonodig wordt een correctiewaarde voor offset en/of amplitude bepaald voor één of meer sensoren. Zo wordt de sensor overeenkomend met waarde 13 omhoog bij gesteld en wordt de sensor overeenkomend met de waarde 14 omlaag bij gesteld.Subsequently, according to the method of the invention, the actual measured values 12, 13, 14, 15 of different Hall sensors are compared with the theoretical value and, if necessary, a correction value for offset and / or amplitude is determined for one or more sensors. For example, the sensor is adjusted up to value 13 and the sensor is adjusted down to value 14.
Figuur 4 toont een uitvoeringsvorm 20 van een Stewart platform volgens de uitvinding. Het Stewart platform 20 heeft een basis 21 en een platform 22, waartussen zigzagsgewijs combinaties 1 volgens figuur 1 zijn aangebracht. De getoonde uitvoeringsvorm wordt in de literatuur ook wel een 3-3 Stewart platform genoemd. Het spreekt voor zich dat de uitvinding ook op andere configuraties van Stewart platformen toegepast kan worden. De hydraulische cilinders 1 zijn gekoppeld via koppelingen, die een gelagerde as 23 en een gaffel en pen verbinding 24 hebben. Voor de lagering wordt bij voorkeur een hoofdlager van een fiets gebruikt.Figure 4 shows an embodiment of a Stewart platform according to the invention. The Stewart platform 20 has a base 21 and a platform 22, between which combinations 1 according to figure 1 are arranged in a zigzag fashion. The embodiment shown is also referred to in the literature as a 3-3 Stewart platform. It goes without saying that the invention can also be applied to other configurations of Stewart platforms. The hydraulic cylinders 1 are coupled via couplings which have a bearing shaft 23 and a fork and pin connection 24. A bearing of a bicycle is preferably used for the bearing.
De koppelingen 23, 24 verbonden met de basis staan loodrecht op de basis en zijn parallel aan elkaar. De koppelingen 23, 24 verbonden met het platform hebben virtuele assen 25 door de gelagerde assen 23, die zich uitstrekken door een virtueel gebied 26 gelegen centraal boven het platform 22.The couplings 23, 24 connected to the base are perpendicular to the base and are parallel to each other. The couplings 23, 24 connected to the platform have virtual shafts 25 through the bearing shafts 23, which extend through a virtual area 26 located centrally above the platform 22.
Figuur 5 toont een hydraulisch diagram van het Stewart platform volgens figuur 4. De hydraulische cilinders 1 van het platform 20 (waarvan slechts twee cilinders getoond zijn) worden gevoed door een hydraulische pomp 30, die via leidingen 31 vloeistof onder druk aan de cilinders 1 levert.Figure 5 shows a hydraulic diagram of the Stewart platform according to figure 4. The hydraulic cylinders 1 of the platform 20 (of which only two cylinders are shown) are fed by a hydraulic pump 30, which supplies fluid under pressure to the cylinders 1 via lines 31 .
Een drukvat 32 is voorzien om de drukschommelingen in de leidingen 31 te vereffenen. Proportionele kleppen 33, 34, 35, 36, 38, 39, 40, 41 zorgen er verder voor dat de snelheid van inschuiven en uitschuiven van de cilinders 1 gestuurd kan worden en bijvoorbeeld gekoppeld kan worden met een game console.A pressure vessel 32 is provided to compensate for the pressure fluctuations in the pipes 31. Proportional valves 33, 34, 35, 36, 38, 39, 40, 41 further ensure that the speed of sliding in and sliding out of the cylinders 1 can be controlled and, for example, can be coupled to a game console.
Hoewel in figuur 5 de proportionele kleppen 33, 34, 35, 36, 38, 39, 40, 41 als aparte kleppen zijn getoond, is het ook mogelijk dat, teneinde het aantal fysieke proportionele kleppen te verminderen, in werkelijkheid door één fysieke proportionele klep de functie van meerdere van deze proportionele kleppen 33, 34, 35, 36, 38, 39, 40, 41 wordt uitgeoefend. Bij voorbeeld kunnen de functies van respectievelijk de proportionele kleppen 33, 35, 38, 39 en kleppen 34, 36, 40, 41 elk in één fysieke proportionele klep worden uitgeoefend, waardoor per cilinder 1 één proportionele klep is voorzien die de aanvoer en afvoer richting zowel cilinder 1 als pomp 30 aanstuurt.Although the proportional valves 33, 34, 35, 36, 38, 39, 40, 41 are shown as separate valves in Figure 5, it is also possible that, in order to reduce the number of physical proportional valves, one physical proportional valve actually the function of several of these proportional valves 33, 34, 35, 36, 38, 39, 40, 41 is performed. For example, the functions of the proportional valves 33, 35, 38, 39 and valves 34, 36, 40, 41, respectively, can each be exercised in one physical proportional valve, so that for each cylinder 1 one proportional valve is provided which directs the supply and discharge controls both cylinder 1 and pump 30.
Verder is er een regeling 37 voorzien, die het toerental van de pomp 30 regelt afhankelijk van bijvoorbeeld de druk in het systeem, het benodigde debiet en eventueel beperkingen in het maximale vermogen van de elektriciteitsaansluiting.Furthermore, a control 37 is provided, which controls the speed of the pump 30 depending on, for example, the pressure in the system, the required flow rate and any limitations in the maximum power of the electricity connection.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL2014619A NL2014619B1 (en) | 2015-04-11 | 2015-04-11 | Device and method for detecting the position of a magnet along a linear path. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL2014619A NL2014619B1 (en) | 2015-04-11 | 2015-04-11 | Device and method for detecting the position of a magnet along a linear path. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL2014619A true NL2014619A (en) | 2016-10-14 |
| NL2014619B1 NL2014619B1 (en) | 2017-01-25 |
Family
ID=53488403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL2014619A NL2014619B1 (en) | 2015-04-11 | 2015-04-11 | Device and method for detecting the position of a magnet along a linear path. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| NL (1) | NL2014619B1 (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5179525A (en) * | 1990-05-01 | 1993-01-12 | University Of Florida | Method and apparatus for controlling geometrically simple parallel mechanisms with distinctive connections |
| US20020005715A1 (en) * | 2000-07-13 | 2002-01-17 | Tokyo Keiso Kabushiki-Kaisha | Apparatus and method for detecting the displacement |
| WO2002027354A2 (en) * | 2000-09-28 | 2002-04-04 | Eldec Corporation | Noncontacting position indicating system |
| US20050189938A1 (en) * | 2003-10-22 | 2005-09-01 | Schley William R. | Through-wall position sensor |
| EP1586868A1 (en) * | 2004-04-13 | 2005-10-19 | Festo AG & Co | Position measuring device with a plurality of magnetic flux sensors, in particular Hall-sensors, arranged in a row |
| EP2166313A1 (en) * | 2008-09-18 | 2010-03-24 | Sick Ag | Magnetic sensor |
| US20130063132A1 (en) * | 2011-09-09 | 2013-03-14 | Honeywell International Inc. | Linear position sensor |
| DE102011121247A1 (en) * | 2011-12-14 | 2013-06-20 | Marco Systemanalyse Und Entwicklung Gmbh | Measuring rod for determining position of piston of hydraulic cylinder for roof support system in underground mines, has multiple detector elements, which are arranged along axis of measuring rod, and are formed by Hall sensors |
-
2015
- 2015-04-11 NL NL2014619A patent/NL2014619B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5179525A (en) * | 1990-05-01 | 1993-01-12 | University Of Florida | Method and apparatus for controlling geometrically simple parallel mechanisms with distinctive connections |
| US20020005715A1 (en) * | 2000-07-13 | 2002-01-17 | Tokyo Keiso Kabushiki-Kaisha | Apparatus and method for detecting the displacement |
| WO2002027354A2 (en) * | 2000-09-28 | 2002-04-04 | Eldec Corporation | Noncontacting position indicating system |
| US20050189938A1 (en) * | 2003-10-22 | 2005-09-01 | Schley William R. | Through-wall position sensor |
| EP1586868A1 (en) * | 2004-04-13 | 2005-10-19 | Festo AG & Co | Position measuring device with a plurality of magnetic flux sensors, in particular Hall-sensors, arranged in a row |
| EP2166313A1 (en) * | 2008-09-18 | 2010-03-24 | Sick Ag | Magnetic sensor |
| US20130063132A1 (en) * | 2011-09-09 | 2013-03-14 | Honeywell International Inc. | Linear position sensor |
| DE102011121247A1 (en) * | 2011-12-14 | 2013-06-20 | Marco Systemanalyse Und Entwicklung Gmbh | Measuring rod for determining position of piston of hydraulic cylinder for roof support system in underground mines, has multiple detector elements, which are arranged along axis of measuring rod, and are formed by Hall sensors |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NL2014619B1 (en) | 2017-01-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5315340B2 (en) | Open loop torque control with closed loop feedback | |
| EP2807447B1 (en) | Method for determining a correction value for the monitoring of a fluid bearing and machine having at least one fluid bearing | |
| CH668647A5 (en) | RHEOMETER. | |
| CN105823456A (en) | Support shaft bending gap and rigidity automatic measuring device and measuring method thereof | |
| CN105698726B (en) | Measure and calibrate the method and apparatus of motion platform positioning accuracy | |
| NL2014619B1 (en) | Device and method for detecting the position of a magnet along a linear path. | |
| CN107036963A (en) | The frictional behavior test device and method of testing of engineering machinery hydraulic cylinder and guide rail | |
| DE3508937A1 (en) | SIMULATOR FOR AERODYNAMIC EXAMINATIONS OF MODELS IN THE WIND TUNNEL | |
| CN107548234B (en) | Track width automatic adjusting method and device, storage medium and computer equipment | |
| EP2863171B1 (en) | Measurement method with improved precision in measurement point capture | |
| CN112643669A (en) | Robot position deviation compensation method, system, device and storage medium | |
| CA2723610C (en) | Method for determining dead zone of valve | |
| DE602004007401T2 (en) | DEVICE FOR A TORQUE OR SHAFT TRANSMITTER FOR DETERMINING FIBER CONCENTRATION OR VISCOSITY IN PIGSUSES AND METHOD FOR RESETTING THE TRANSMISSION SHAFT IN A TORQUE OR SHAFT TRANSMITTER | |
| KR102061484B1 (en) | A system for control loading system and a method for implementation of control loading system automatic qtg for synthetic flight trainer | |
| CN109084994B (en) | Running resistance control method, device and system for vehicle bench test | |
| CN112985467B (en) | Encoder apparatus and method for determining kinematic variables | |
| CN108562425A (en) | Gear hobbing machine knife frame test platform and its test method | |
| EP1301765A1 (en) | Apparatus and method for the checking of forces | |
| CN103620946A (en) | Control device and method for controlling an electric machine | |
| US3106846A (en) | Balancing machine | |
| CN106679938A (en) | Electrical zoom lens focusing curve detection system and method | |
| EP3816444A1 (en) | Method for determining operating properties of a rod borehole pump and pump system for same | |
| SE529667C2 (en) | Rock drilling apparatus and method for such | |
| DE102004048633A1 (en) | Adjustment or calibration device for sensor bearing(s) has force, temperature, sound in solids sensors, signal preprocessing arrangement with signal connection to electronic storage/computing unit of adjustment and calibration device | |
| Ivanov et al. | Method of experimental research of steering control unit of hydrostatic steering control systems and stands for their realization |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM | Lapsed because of non-payment of the annual fee |
Effective date: 20220501 |