RU2244961C2 - Apparatus for imparting motion - Google Patents
Apparatus for imparting motion Download PDFInfo
- Publication number
- RU2244961C2 RU2244961C2 RU2000106601/28A RU2000106601A RU2244961C2 RU 2244961 C2 RU2244961 C2 RU 2244961C2 RU 2000106601/28 A RU2000106601/28 A RU 2000106601/28A RU 2000106601 A RU2000106601 A RU 2000106601A RU 2244961 C2 RU2244961 C2 RU 2244961C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- platform
- load
- forces
- applying
- actuators
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к устройствам для сообщения движения того типа, которые способны сообщать движение грузу с целью позиционирования его или же с целью управления или модификации его движения. Настоящее изобретение может найти применение в широком диапазоне устройств, например в позиционирующих устройствах производственного оборудования. В общем случае такое оборудование требует не того, чтобы устройство выполняло механическую обработку материала (например, резание или деформирование его), а чтобы оно управляло позицией массы, которая двигается на системе опор низкого трения. От таких машин часто требуется выполнять операции точно заданного позиционирования при высокой частоте повторений и с пренебрежимо малой случайной погрешностью. В таких машинах преимущество перед другими типами исполнительных органов имеют электромагнитные цилиндры, поскольку они в силу своей природы просты по конструкции, имеют нулевой свободный ход и нулевое запаздывание управления транспортировкой. Эти ценные свойства позволяют электромагнитному исполнительному органу создавать быстрое движение с чрезвычайной точностью и надежностью. Возможно прикладывать усилия более 20 тонн (200 кН) при скоростях, исчисляемых метрами в секунду, с точностью позиционирования в единицы микрометров.The present invention relates to devices for reporting movement of the type that are capable of reporting movement to the load in order to position it or to control or modify its movement. The present invention can find application in a wide range of devices, for example, in positioning devices of production equipment. In general, such equipment does not require that the device perform mechanical processing of the material (for example, cutting or deforming it), but that it controls the position of the mass that moves on the low friction support system. Such machines are often required to perform precisely defined positioning operations at a high repetition rate and with a negligible random error. In such machines, electromagnetic cylinders have an advantage over other types of actuators, because by their nature they are simple in design, have zero free travel and zero delay in transport control. These valuable properties allow the electromagnetic actuator to create fast movement with extreme accuracy and reliability. It is possible to apply forces of more than 20 tons (200 kN) at speeds calculated in meters per second, with an accuracy of positioning in units of micrometers.
Такие устройства применяются также, например, в имитаторах для тренировок или развлечения. Обычно в таких случаях применения некую платформу перемещают относительно неподвижной конструкции, чтобы вызвать ощущение непрерывного движения у людей, занимающих капсулу, которая закреплена на этой подвижной платформе. Такие механизмы применяют также при испытании систем подвески и стабилизирующих устройств - в подобных случаях подвижную платформу используют для создания калиброванных возмущающих ускорений, на устойчивость к которым необходимо испытать стабилизирующий механизм.Such devices are also used, for example, in simulators for training or entertainment. Typically, in such applications, a platform is moved relative to a fixed structure in order to induce a sense of continuous movement in people holding a capsule that is attached to this movable platform. Such mechanisms are also used when testing suspension systems and stabilizing devices - in such cases, a moving platform is used to create calibrated disturbing accelerations, the stability of which must be tested by a stabilizing mechanism.
Подвижная платформа устройства для сообщения движения обычно приводится несколькими исполнительными органами или "силовыми цилиндрами", которые могут действовать от гидравлической жидкости или газа под давлением, или же подобными цилиндрам устройствами с электрическим приводом и шариковым винтовым механизмом. Недавно было разработано устройство, использующее кривошип, соединенный через понижающую передачу с вращательным двигателем, или прямое электромагнитное взаимодействие между подвижным якорем в форме поршня и цилиндрическим статором. В случае применения таких электрических и электромагнитных машин на устройствах для сообщения движения возникает необходимость какими-то средствами поддерживать капсулу с ее обитателями против действия гравитационных сил. Это важно, поскольку в противном случае в электрической машине будет постоянно расходоваться энергия, чтобы создавать усилие, необходимое для противодействия постоянной гравитационной силе, воздействующей на капсулу. Это быстро вызовет перегрев двигателя. С таким же эффектом сталкиваются и в других случаях применения.The movable platform of a device for communicating movement is usually driven by several actuators or “power cylinders” that can be driven by hydraulic fluid or gas under pressure, or similarly cylindrical devices with an electric drive and a ball screw mechanism. Recently, a device has been developed using a crank connected through a reduction gear to a rotary motor, or direct electromagnetic interaction between a movable armature in the form of a piston and a cylindrical stator. In the case of the use of such electric and electromagnetic machines on devices for communicating motion, it becomes necessary by some means to maintain the capsule with its inhabitants against the action of gravitational forces. This is important, because otherwise the energy will be constantly consumed in the electric machine to create the force necessary to counter the constant gravitational force acting on the capsule. This will quickly cause the engine to overheat. The same effect is encountered in other applications.
Одна попытка решить эту проблему описана в Международной заявке, опубликованной под номером WO 93/01577. Этот документ описывает техническое устройство, которое несет нагрузку от подвижной платформы на механизме уравновешивания, имеющем низкую эффективную жесткость упругих элементов. В качестве конкретного примера в нем описана система коленчатых газовых рессор. Опыт работы с механизмами, сконструированными согласно рекомендациям WO 93/01577, показал, что описанный там принцип уравновешивания не обеспечивает оптимальной поддержки для электромагнитной базы движения. Настоящее изобретение в одном из своих аспектов исходит из понимания, что для оптимальной поддержки требуется управляемая рессора (или набор управляемых рессор) со значительной жесткостью.One attempt to solve this problem is described in the International application published under the number WO 93/01577. This document describes a technical device that carries a load from a movable platform on a balancing mechanism having a low effective stiffness of the elastic elements. As a specific example, it describes a system of cranked gas springs. Experience with mechanisms designed according to the recommendations of WO 93/01577 has shown that the principle of balancing described there does not provide optimal support for the electromagnetic base of movement. The present invention, in one of its aspects, proceeds from the understanding that optimal support requires a controlled spring (or a set of controlled springs) with significant rigidity.
К настоящему времени было создано много электромагнитных исполнительных органов или линейных двигателей. Различные конфигурации известных машин были описаны в документах, таких, например, как WO 93/01646, который раскрывает электромагнитное устройство, выполненное так, чтобы работать с цилиндрической симметрией как поршневая машина. Принципиальное достоинство такого типа конструкции состоит в том, что большие силы притяжения между постоянными магнитами внутри машины и окружающими их магнитными материалами уравновешены относительно центральной оси, так что опорам машины не нужно воспринимать сколько-нибудь значительные магнитные силы. Дальнейшее достоинство цилиндрической конструкции состоит в том, что магнитные поля машины заключены внутри наружного стального кожуха исполнительного органа или цилиндра и что они могут быть организованы так, чтобы пересекать витки электрических катушек машины с высокой степенью эффективности.To date, many electromagnetic actuators or linear motors have been created. Various configurations of known machines have been described in documents, such as, for example, WO 93/01646, which discloses an electromagnetic device configured to work with cylindrical symmetry like a piston machine. The principal advantage of this type of construction is that the large attractive forces between the permanent magnets inside the machine and the surrounding magnetic materials are balanced relative to the central axis, so that the machine supports do not need to absorb any significant magnetic forces. A further advantage of the cylindrical design is that the magnetic fields of the machine are enclosed within the outer steel casing of the actuator or cylinder and that they can be arranged to cross the turns of the electrical coils of the machine with a high degree of efficiency.
Еще одно достоинство цилиндрической конструкции состоит в том, что якорь цилиндра может иметь скользящее уплотнение между собой и внутренней поверхностью статора цилиндра, чтобы образовать поршень гидравлического или пневматического исполнительного устройства. Это выгодно, когда необходимо создавать быстродействующие электромагнитные силы, наложенные на постоянные или медленно изменяющиеся усилия или перемежающиеся с ними. Усилия последнего типа лучше создавать посредством гидравлического или пневматического исполнительного органа. В противном случае электромагнитные элементы будут непрерывно потреблять электрическую энергию, если они должны сами обеспечивать статическое или медленно изменяющееся усилие.Another advantage of the cylindrical design is that the cylinder armature can have a sliding seal between itself and the inner surface of the cylinder stator to form a piston of a hydraulic or pneumatic actuator. This is advantageous when it is necessary to create high-speed electromagnetic forces superimposed on constant or slowly changing forces or alternating with them. The efforts of the latter type are best created through a hydraulic or pneumatic actuator. Otherwise, the electromagnetic elements will continuously consume electrical energy if they themselves must provide a static or slowly varying force.
Далее, цилиндрические поршневые конструкции пригодны для применения в качестве цилиндров во многих вариантах промышленного использования для управления, где сейчас применяются гидравлические или пневматические цилиндры. Это объясняется тем, что магнитное поле такого цилиндра полностью заключено внутри цилиндрической оболочки, так что цилиндр спокойно переносит присутствие металлической стружки или другой магнитной пыли, которое составляет проблему для других типов электромагнитных линейных исполнительных органов.Further, cylindrical piston structures are suitable for use as cylinders in many industrial control applications where hydraulic or pneumatic cylinders are now used. This is explained by the fact that the magnetic field of such a cylinder is completely enclosed inside the cylindrical shell, so that the cylinder easily transfers the presence of metal chips or other magnetic dust, which is a problem for other types of electromagnetic linear actuators.
Настоящее изобретение имеет целью предложить конструкцию, в которой полость цилиндрического статора электромагнитного исполнительного органа разделена на две части уплотнением на поршневом (якорном) элементе и включает в себя средство, с помощью которого узел якоря может также действовать как создающий силу элемент системы, управляемый давлением текучей среды, например как часть газовой рессоры.The present invention aims to propose a design in which the cavity of the cylindrical stator of the electromagnetic actuator is divided into two parts by a seal on the piston (anchor) element and includes means by which the armature assembly can also act as a force-generating element of the system controlled by fluid pressure for example as part of a gas spring.
Необходимо отметить, что заявка WO 93/01646 и связанная с ней одновременно рассматриваемая заявка WO 93/01577 описывают конструкцию цилиндра для применения в машинах типа базы движения, где способность цилиндра выполнять функции газовой рессоры рассматривается как действующая только в одну сторону, например для поддержания груза, то есть восприятия гравитационной силы. С этой целью заявка WO 93/01646 описывает конструкцию подвода для соединения потока текучей среды только от одной части цилиндра толкателя (а именно от полости под поршнем) с резервуаром текучей среды, находящейся под давлением, который образует часть газовой рессоры. В обеих заявках WO 93/01646 и WO 93/01577 указано, что верхняя часть цилиндра имеет возможность сообщаться с атмосферным давлением напрямую или через выпускной резервуар.It should be noted that the application WO 93/01646 and the simultaneously considered application WO 93/01577 describe the design of a cylinder for use in machines such as a motion base, where the ability of a cylinder to perform the functions of a gas spring is considered as acting only in one direction, for example, to support the load , that is, the perception of gravitational force. To this end, WO 93/01646 describes an inlet design for connecting a fluid stream from only one part of a push rod cylinder (namely, from a cavity under a piston) to a pressure reservoir that forms part of a gas spring. In both applications WO 93/01646 and WO 93/01577 it is indicated that the upper part of the cylinder is able to communicate with atmospheric pressure directly or through an outlet tank.
Желательно иметь более эффективный способ управления движением исполнительного органа имитационного механизма, чем по заявке WO 93/01577, использующий сочетание давления воздуха и электромагнитных сил, в котором отдельные усилия и градиенты усилий газовых рессор оптимизированы по отношению к размерам груза так, чтобы потребление механизмом энергии было минимальным. С этой целью газовые рессоры, действующие под поршнем каждого цилиндра, должны быть сконструированы не только для поддержания груза, как в заявке WO 93/01577, но должны функционировать как временные резервуары, в которых накапливается потенциальная энергия, образующаяся в результате электромагнитного действия цилиндров, и откуда она может быть вновь отобрана через короткое время. Этот метод повторного использования энергии приводит к экономии потребляемой мощности, что улучшает характеристики и снижает затраты на создание и работу электромагнитного исполнительного органа.It is desirable to have a more efficient way to control the movement of the actuator of the simulation mechanism than in WO 93/01577, using a combination of air pressure and electromagnetic forces, in which the individual forces and force gradients of the gas springs are optimized in relation to the size of the load so that the energy consumption of the mechanism is minimal. To this end, gas springs operating under the piston of each cylinder must not only be designed to support the load, as in WO 93/01577, but should also function as temporary tanks in which the potential energy generated by the electromagnetic action of the cylinders is stored, and from where it can be re-selected in a short time. This method of energy reuse leads to savings in power consumption, which improves performance and reduces the cost of creating and operating an electromagnetic actuator.
Итак, в одном аспекте настоящее изобретение имеет целью предложить систему сообщения движения, в которой постоянная составляющая нагрузки воспринимается особенно эффективным образом. Особенностью вариантов осуществления данного изобретения является то, что при применении к так называемым базам движения они имеют форму, которая легко приспосабливается для поддержания капсул различной формы, которая физически устойчива и прочна, которая имеет улучшенные возможности создания больших углов "килевой качки" и "бортовой качки" (т.е. продольного и поперечного углового колебательного движения) и которая легко доступна для контроля и обслуживания.So, in one aspect, the present invention aims to provide a motion reporting system in which a constant component of a load is perceived in a particularly efficient manner. A feature of the embodiments of the present invention is that when applied to the so-called movement bases, they have a shape that is easily adaptable to maintain capsules of various shapes, which is physically stable and durable, which has improved capabilities for creating large pitching and pitching angles "(i.e. longitudinal and transverse angular vibrational motion) and which is readily available for monitoring and maintenance.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предложено устройство для сообщения движения грузу, включающее в себя средство для приложения возмущающей силы к грузу и податливую опору для груза, в котором предусмотрено средство для выполнения динамических вариаций податливости опоры во время работы устройства.According to one aspect of the present invention, there is provided a device for communicating movement of a load, including means for applying a disturbing force to the load and a flexible support for the load, in which means are provided for performing dynamic variations of the compliance of the support during operation of the device.
В одном варианте осуществления изобретения средство для приложения силы представляет собой электромагнитный исполнительный орган. Для многих случаев применения линейный электромагнитный исполнительный орган может оказаться предпочтительным, хотя альтернативно может быть использован и вращательный исполнительный орган.In one embodiment of the invention, the means for applying force is an electromagnetic actuator. For many applications, a linear electromagnetic actuator may be preferred, although a rotary actuator may alternatively be used.
В любом таком случае вариацией податливости можно управлять с помощью сигналов, генерируемых как интеграл от сигнала ошибки, подаваемого к электромагнитному исполнительному органу.In any such case, the variation of compliance can be controlled by signals generated as an integral of the error signal supplied to the electromagnetic actuator.
С этой целью предпочтительно, чтобы вариация податливости управлялась в зависимости от силы электрического тока, необходимой для перемещения электромагнитного исполнительного органа против направления действия нагрузки.For this purpose, it is preferable that the variation of compliance be controlled depending on the strength of the electric current required to move the electromagnetic actuator against the direction of the load.
Податливое средство может представлять собой газовую рессору, а вариация податливости может быть достигнута путем варьирования массы газа, заключенного внутри камеры переменного объема.The compliant may be a gas spring, and a compliance variation may be achieved by varying the mass of gas enclosed within a variable volume chamber.
Такая вариация может быть достигнута путем управления клапанами, которые пропускают газ в указанную камеру и (или) из нее.Such a variation can be achieved by controlling valves that pass gas into and / or out of said chamber.
Альтернативно, податливая опора может включать в себя исполнительный орган, работающий на текучей среде, например гидравлический исполнительный орган, рабочую жидкость которого можно направлять к исполнительному органу или от него с целью варьирования его податливости.Alternatively, a compliant support may include an actuator operating on a fluid, such as a hydraulic actuator, whose working fluid can be directed to or from the actuator to vary its flexibility.
Вариация податливости может быть достигнута, например, регулировкой давлений в отдельных газовых рессорах. В одном варианте осуществления изобретения это выполняется в соответствии с интегралом по времени сил тока, потребляемого электромагнитным исполнительным органом во время движения. Посредством этого характеристики податливого опорного средства оптимизированы так, чтобы позволить электромагнитным цилиндрам работать в пределах своих номиналов и снизить мощность, потребляемую механизмом в целом.A variation in ductility can be achieved, for example, by adjusting the pressures in individual gas springs. In one embodiment of the invention, this is done in accordance with the time integral of the currents consumed by the electromagnetic actuator during movement. Through this, the characteristics of the compliant support means are optimized so as to allow the electromagnetic cylinders to operate within their ratings and to reduce the power consumed by the mechanism as a whole.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, включающем в себя электромагнитный исполнительный орган, якорь и статор электрической машины содержат устройство типа "поршень в цилиндре", этот поршень или якорь короче в длину, чем цилиндр или статор, и все время полностью заключен внутри него, цилиндр закрыт с обоих концов концевыми элементами, поршень снабжен штоком или толкающим элементом, выходящим через по крайней мере один из концевых элементов, причем указанный концевой элемент (элементы) снабжен уплотнением (уплотнениями) для воздуха, якорный или поршневой элемент также снабжен уплотнением для воздуха, предназначенным, чтобы разделить цилиндр на две камеры, якорь включает в себя первое средство для создания картины магнитного поля, содержащей по крайней мере два магнитных полюса противоположной полярности, а если больше, чем два полюса, тогда содержащей магнитные поля, организованные так, чтобы иметь меняющуюся полярность вдоль по крайней мере части осевой длины якоря, а статор снабжен вторым средством для создания дальнейшей картины магнитного поля с по крайней мере двумя полюсами противоположной полярности, а если больше, чем два магнитных полюса, тогда полюса организованы так, чтобы иметь меняющуюся полярность вдоль по крайней мере части осевой длины статора, причем вторая картина поля организована так, чтобы взаимодействовать с первой картиной магнитного поля с целью создания аксиально направленной силы.In one embodiment of the present invention, which includes an electromagnetic actuator, the armature and stator of an electric machine, comprise a piston in a cylinder device, this piston or armature is shorter than the cylinder or stator, and is completely enclosed inside it, the cylinder closed at both ends by end elements, the piston is provided with a rod or pushing element extending through at least one of the end elements, said end element (s) having a seal (s) d For air, the anchor or piston element is also equipped with an air seal designed to divide the cylinder into two chambers, the anchor includes the first means for creating a magnetic field picture containing at least two magnetic poles of opposite polarity, and if more than two the pole, then containing magnetic fields, organized so as to have a changing polarity along at least part of the axial length of the armature, and the stator is equipped with second means to create a further picture of the magnetic field with at least two poles of opposite polarity, and if more than two magnetic poles, then the poles are organized so as to have a changing polarity along at least part of the axial length of the stator, and the second picture of the field is organized so as to interact with the first picture of the magnetic field with the aim creating axially directed forces.
Предпочтительно физические и электрические параметры устройства подобраны так, что электрические выводы могут быть присоединены к одному или более обыкновенным электронным блокам возбуждения для управления фазой и амплитудой по крайней мере одной из картин магнитного поля с целью вызвать создание желаемой аксиально направленной электромагнитной силы между поршнем и статором.Preferably, the physical and electrical parameters of the device are selected so that the electrical terminals can be connected to one or more ordinary electronic excitation units to control the phase and amplitude of at least one of the magnetic field patterns in order to cause the creation of the desired axially directed electromagnetic force between the piston and the stator.
Предпочтительно две камеры, расположенные по одной с каждой стороны поршня и имеющие объем, варьирующий в соответствии с положением поршня в цилиндрическом статоре, снабжены подсоединениями для труб, чтобы можно было управлять массой текучей среды внутри них. Это позволяет цилиндру работать одновременно как электромагнитному устройству и как силовому цилиндру двойного действия.Preferably, two chambers, one on each side of the piston and having a volume that varies according to the position of the piston in the cylindrical stator, are provided with pipe connections so that the mass of fluid inside them can be controlled. This allows the cylinder to operate simultaneously as an electromagnetic device and as a double-acting power cylinder.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения, предложено устройство для управления относительным движением с несколькими степенями свободы платформы относительно отсчетной плоскости, содержащее податливое средство для поддержания веса платформы, один или более исполнительных органов для приложения возмущающих сил между платформой и отсчетной плоскостью и управляющее средство для управления одним или каждым исполнительным органом с целью перемещения в том или ином направлении и тем самым смещения платформы относительно отсчетной плоскости, отличающееся тем, что податливость податливого опорного средства переменна, а также тем, что предусмотрено средство для динамического варьирования его податливости в зависимости от управляющих сигналов, поданных к нему.According to another aspect of the present invention, there is provided a device for controlling relative motion with several degrees of freedom of the platform relative to the reference plane, comprising compliant means for supporting the weight of the platform, one or more actuators for applying disturbing forces between the platform and the reference plane, and control means for controlling one or each executive body in order to move in one direction or another and thereby offset the platform relative to the reference second plane, characterized in that the yielding of yieldable support means is variable and in that means are provided for varying its dynamic compliance depending on the control signals applied thereto.
В вариантах осуществления изобретения, оформленных как база движения, могут использоваться три исполнительных органа между подвижной платформой и неподвижной отсчетной плоскостью, которая может быть неподвижной частью механизма. Исполнительные органы имеют шарниры или проушины, присоединяющие их к той части устройства, которая определяет неподвижную отсчетную плоскость так, чтобы замкнуть область движений исполнительного органа в соответствующей плоскости. Определенные таким образом три плоскости пересекаются по вертикальной линии, соединяющей центроид нижнего треугольника, образованного шарнирами исполнительных органов, с центроидом треугольника подвижной платформы, образованного точками присоединения верхних концов исполнительных органов. Верхние концы исполнительных органов имеют присоединения, обеспечивающие универсальную подвижность, так что, выбирая три отдельные длины исполнительных органов, можно заставить платформу принять любое выбранное положение в разумных пределах движений "вертикальной качки" (т.е. линейных колебаний по вертикали), "килевой качки" и "бортовой качки". Центр масс груза преимущественно позиционируют так, чтобы он лежал над центроидом подвижной платформы и близко к нему, причем платформа имеет опорный элемент, присоединенный с универсальной подвижностью между центроидом нижнего неподвижного треугольника и центроидом верхнего (подвижного) треугольника, причем податливость опорного элемента оптимизирована согласно размерам подвижной платформы.In the embodiments of the invention, designed as a base of motion, three actuators between the movable platform and the fixed reference plane, which can be a fixed part of the mechanism, can be used. The actuators have hinges or eyes connecting them to that part of the device that defines a fixed reference plane so as to close the range of motion of the actuator in the corresponding plane. The three planes defined in this way intersect in a vertical line connecting the centroid of the lower triangle formed by the joints of the actuators to the centroid of the triangle of the movable platform formed by the points of attachment of the upper ends of the actuators. The upper ends of the actuators have connections providing universal mobility, so that by choosing three separate lengths of the actuators, you can force the platform to take any selected position within a reasonable range of movements of the “vertical roll” (ie linear vibrations in the vertical), “pitching "and" pitching ". The center of mass of the load is preferably positioned so that it lies above the centroid of the moving platform and close to it, and the platform has a support element connected with universal mobility between the centroid of the lower fixed triangle and the centroid of the upper (mobile) triangle, and the flexibility of the supporting element is optimized according to the size of the mobile platforms.
В предпочтительном варианте компоновки верхний подвижный треугольник, образованный концами исполнительных органов, меньше по размеру, чем соответствующий треугольник на неподвижной части механизма, определяющей отсчетную плоскость, чтобы дать возможность исполнительным органам с ограниченным ходом создавать приемлемые отклонения подвижной платформы в продольном и поперечном колебаниях и упростить решение проблем прикрепления капсулы к подвижной платформе.In a preferred embodiment, the upper movable triangle formed by the ends of the actuators is smaller than the corresponding triangle on the fixed part of the mechanism defining the reference plane to enable actuators with a limited stroke to create acceptable deviations of the movable platform in longitudinal and transverse vibrations and simplify the solution problems attaching the capsule to the movable platform.
Предпочтительно угол между исполнительным органом и горизонтальной плоскостью при прямом и горизонтальном (рабочем) положении подвижной платформы составляет приблизительно 45°. Центральная опора может быть простой деталью или сборочной единицей и может представлять собой металлическую или пластмассовую пружину, пневматический цилиндр или цилиндр, в котором жидкость действует на поршень в исполнительном органе, причем на поверхность жидкости, удаленную от поршня, воздействует давление газа внутри резервуара.Preferably, the angle between the actuator and the horizontal plane with the straight and horizontal (working) position of the movable platform is approximately 45 °. The central support may be a simple part or assembly unit and may be a metal or plastic spring, a pneumatic cylinder or a cylinder in which a fluid acts on a piston in an actuator, and the pressure of the gas inside the reservoir acts on the surface of the fluid remote from the piston.
Альтернативно податливая опора может представлять собой сильфон, с тем преимуществом, что на стыках сильфона с неподвижной и подвижной платформами не требуются универсальные шарниры и что длина сильфона в сжатом состоянии может быть меньше, чем половина его длины в раздвинутом состоянии. Далее, для сильфона не требуется внутреннее скользящее уплотнение, как для скользящего поршня. Как другая альтернатива или же дополнительно центральная опора может быть образована несколькими заполненными сжатым газом (пневматическими) стойками, расположенными так, чтобы обеспечить над центром перекладку усилий, которая устраняет большую часть поддерживающей силы, когда подвижная платформа опускается на минимальную высоту или в положение погрузки.Alternatively, the flexible support can be a bellows, with the advantage that universal joints are not required at the joints of the bellows with the fixed and movable platforms and that the length of the bellows in a compressed state can be less than half its length in the extended state. Further, for the bellows does not require an internal sliding seal, as for a sliding piston. As another alternative, or in addition, the central support can be formed by several compressed gas struts (pneumatic), located so as to provide a force transfer over the center that eliminates most of the supporting force when the moving platform is lowered to a minimum height or to the loading position.
Предпочтительно исполнительные органы представляют собой электромагнитные исполнительные органы и сконструированы так, чтобы иметь достаточный резерв усилия и иметь возможность приспосабливаться к практическим отклонениям позиции центра масс подвижной платформы от идеальной позиции, близкой к точному центроиду верхнего подвижного треугольника.Preferably, the actuators are electromagnetic actuators and are designed to have a sufficient reserve of effort and to be able to adapt to practical deviations of the center of mass position of the moving platform from an ideal position close to the exact centroid of the upper moving triangle.
Понятно, что когда система сообщения движения (здесь и далее именуемая "база движения") находится в работе, существует центральное, прямое и горизонтальное положение, к которому капсула должна постоянно возвращаться. Лицо или лица, находящиеся в закрытой капсуле, не осознают этого постоянного возврата к центру, который тщательно контролируется, чтобы завуалировать его на фоне прочих движений. Для возврата капсулы в ее исходное положение расходуется столько же энергии, сколько для предшествующего вывода ее из этого положения, и эта энергия может быть сохранена в упругой системе. Далее, поскольку центр масс полезного груза неизменно находится над центроидом подвижной платформы, существует значительный крутящий момент, который помогает любому движению в направлении "килевой" или "бортовой качки", и ему приходится противодействовать каким-то средством, например, упругим действием. Тем не менее восстанавливающие силы, создаваемые упругой подвеской, не должны быть слишком большими, иначе они потребуют непропорционально больших усилий на исполнительных органах, чтобы вызвать начальные смещения.It is understood that when the traffic reporting system (hereinafter referred to as the “motion base”) is in operation, there is a central, direct and horizontal position to which the capsule must constantly return. A person or persons in a closed capsule are not aware of this constant return to the center, which is carefully controlled to veil it against the background of other movements. To return the capsule to its original position, the same amount of energy is spent as for the previous withdrawal from this position, and this energy can be stored in the elastic system. Further, since the center of mass of the payload is invariably located above the centroid of the moving platform, there is significant torque that helps any movement in the direction of the “pitching” or “side roll”, and it has to be counteracted by some means, for example, by elastic action. Nevertheless, the restoring forces created by the elastic suspension must not be too large, otherwise they will require disproportionately large forces on the actuators to cause initial displacements.
Когда делались попытки применить принципы заявки W093/01577 к обычной форме платформы с шестью цилиндрами и движением по шести осям (называемой "Платформа Стьюарта" [Stewart] по фамилии ее разработчика), возник ряд трудностей. В частности, было показано, что, если статическая нагрузка превышает некоторый строго определенный предел, зависящий от ее высоты над центроидом подвижной платформы, механизм имеет тенденцию "клевать носом" в смешанном движении вперед и продольном наклоне, из чего он не может быть выведен действием одних только электромагнитных сил. Этот недостаток накладывает строгое ограничение на полезную грузоподъемность, а следовательно, и практические возможности машины.When attempts were made to apply the principles of W093 / 01577 to the conventional form of a platform with six cylinders and six-axis movement (called the “Stewart Platform” by the name of its developer), a number of difficulties arose. In particular, it was shown that if the static load exceeds a certain strictly defined limit, depending on its height above the centroid of the moving platform, the mechanism tends to "nod" in a mixed forward movement and longitudinal inclination, from which it cannot be deduced by the action of some only electromagnetic forces. This drawback imposes a strict restriction on the payload, and therefore the practical capabilities of the machine.
Вследствие описанного, в другом аспекте настоящее изобретение предлагает систему сообщения движения, имеющую шесть степеней свободы и использующую шесть исполнительных органов, расположенных как впервые описано Стьюартом, в которой концепция, описанная в Международной заявке WO 93/01577, а именно система уравновешивания веса, не применена, но в которой силы для поддержания статического груза прикладываются другим, специфическим и эффективным способом, который значительно снижает требуемую электромагнитную мощность на исполнительных органах для любой данной полезной нагрузки, тем самым повышая предел полезной нагрузки и улучшая динамические характеристики устройства.Owing to the described, in another aspect, the present invention provides a motion communication system having six degrees of freedom and using six actuators arranged as first described by Stuart, in which the concept described in International Application WO 93/01577, namely the weight balancing system, is not applied , but in which the forces to maintain the static load are applied in a different, specific and effective way, which significantly reduces the required electromagnetic power on the executive bodies tries for any given payload, thereby increasing the payload limit and improving the dynamic characteristics of the device.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения, в соответствии со сказанным, предложено устройство для управления относительным движением в нескольких степенях свободы подвижной платформой относительно отсчетной плоскости, содержащее средство для поддержания веса подвижной платформы, один или более исполнительных органов для приложения прерывистых или возмущающих сил между подвижной платформой и отсчетной плоскостью, и управляющее средство для управления этим или каждым исполнительным органом, чтобы тем самым изменять положение и (или) ориентацию платформы относительно отсчетной плоскости, отличающееся тем, что средство для поддержания веса подвижной платформы содержит соответственные податливые опорные элементы, каждый из которых связан с соответственным указанным исполнительным органом.According to another aspect of the present invention, in accordance with the foregoing, an apparatus for controlling the relative motion in several degrees of freedom of a movable platform relative to a reference plane is provided, comprising means for supporting the weight of the movable platform, one or more actuators for applying intermittent or disturbing forces between the movable platform and reference plane, and control means for controlling this or each executive body, thereby changing the position and (or) the orientation of the platform relative to the reference plane, characterized in that the means for supporting the weight of the movable platform contains respective malleable support elements, each of which is associated with a respective specified executive body.
В настоящем изобретении, в идеализированном варианте платформы Стыоарта, три точки подвижной платформы, которые лежат на треугольнике, соединены с тремя соответствующими точками, определяющими треугольник на той части механизма, которая определяет отсчетную плоскость, посредством шести электромагнитных исполнительных органов, имеющих шарниры, обеспечивающие универсальную подвижность, в местах соединения между исполнительными органами и неподвижной платформой и подобные же шарниры между исполнительными органами и подвижной платформой, так что, выбирая шесть индивидуальных длин исполнительных органов, можно двигать подвижную платформу так, чтобы сообщать ей разную ориентацию в широком диапазоне движения, которое может быть одним из или любым сочетанием нижеперечисленных движений, известных под названиями "вертикальная качка", "продольный снос" (линейные колебания в продольном направлении), "поперечный снос" (линейные колебания в поперечном направлении), "рыскание" (угловые колебания в горизонтальной плоскости), "килевая качка" и "бортовая качка". Центр масс груза преимущественно размещен так, чтобы лежать над центроидом подвижной платформы и близко к нему, а диаметр окружности подвижной платформы преимущественно имеет оптимальное отношение к диаметру окружности неподвижной отсчетной плоскости. Здесь термин "окружность" платформы или плоскости означает окружность, описанную вокруг точек присоединения концов исполнительных органов к платформе или отсчетной плоскости. Каждый электромагнитный цилиндр может быть связан с отдельной рессорой или может быть так сконструирован и собран с базой движения, чтобы действовать также как выводной исполнительный орган отдельной рессоры, а рессоры выполнены так, чтобы поддерживать вес подвижной платформы (и любого груза на ней) в центральном прямом и горизонтальном положении.In the present invention, in an idealized version of the Stoart platform, three points of the moving platform that lie on the triangle are connected to three corresponding points defining a triangle on that part of the mechanism that defines the reference plane, through six electromagnetic actuators having hinges providing universal mobility , at the joints between the actuators and the fixed platform and similar hinges between the actuators and the mobile platform mine, so by choosing six individual lengths of the actuators, you can move the movable platform so as to inform it of a different orientation in a wide range of motion, which can be one or any combination of the following movements, known as "vertical roll", "longitudinal drift "(linear vibrations in the longitudinal direction)," lateral drift "(linear vibrations in the transverse direction)," yaw "(angular vibrations in the horizontal plane)," keel pitching "and" side rolling ". The center of mass of the load is predominantly placed so as to lie above and close to the centroid of the moving platform, and the diameter of the circumference of the moving platform mainly has an optimal ratio to the diameter of the circle of the stationary reference plane. Here, the term "circle" of the platform or plane means a circle described around the points of attachment of the ends of the actuators to the platform or reference plane. Each electromagnetic cylinder can be connected to a separate spring, or it can be designed and assembled with a movement base in such a way as to act as the output executive body of a separate spring, and the springs are designed to support the weight of the moving platform (and any load on it) in a central direct and horizontal position.
Особенностью настоящего изобретения является то, что жесткости рессор оптимизированы по мощности, потребляемой устройством, и силы, создаваемые каждой отдельной рессорой, преимущественно можно регулировать с помощью следящей системы так, чтобы снизить до нуля интеграл сил тока в связанных исполнительных органах на протяжении выбранного интервала времени.A feature of the present invention is that the stiffnesses of the springs are optimized for the power consumed by the device, and the forces generated by each individual spring can advantageously be adjusted using a servo system so as to reduce to zero the integral of the current strength in the associated actuators over a selected time interval.
Преимущественно верхняя подвижная окружность меньше, чем соответствующая окружность на неподвижной части механизма, определяющей отсчетную плоскость, и соотношение двух радиусов выбрано так, чтобы оптимизировать потребляемую мощность. Оптимальное соотношение базовых размеров близко к 1:1,5.Advantageously, the upper movable circle is smaller than the corresponding circle on the fixed part of the mechanism defining the reference plane, and the ratio of the two radii is chosen so as to optimize the power consumption. The optimal ratio of basic sizes is close to 1: 1.5.
Преимущественно фактические значения двух радиусов выбраны так, чтобы угол между исполнительными органами и горизонтальной плоскостью составлял приблизительно 45 градусов, когда все шесть исполнительных органов выдвинуты на 50%.Mostly the actual values of the two radii are selected so that the angle between the actuators and the horizontal plane is approximately 45 degrees, when all six actuators are extended by 50%.
Если использована подвеска на пневматических рессорах, то предпочтительно отношение запертого объема каждой пневморессорной системы, когда исполнительный орган полностью раздвинут, к запертому объему, когда исполнительный орган полностью вдвинут, также выбрано так, чтобы минимизировать потребление устройством рабочей мощности. Мы считаем, что оптимальное соотношение объемов пневматической рессоры должно быть близко к 1,8.If the suspension is used on air springs, it is preferable that the ratio of the locked volume of each air spring system when the actuator is fully extended to the locked volume when the actuator is fully retracted is also selected so as to minimize the device’s operating power consumption. We believe that the optimal volume ratio of the air spring should be close to 1.8.
Преимущественно предусмотрено средство для слежения за величиной и направлением потребляемого электрического тока для каждого исполнительного органа и организована частая регулировка давления в каждой пневматической рессоре во время работы в зависимости от тока, чтобы поддерживать интегральную симметрию потребляемой электрической мощности на протяжении выбранного периода времени.Advantageously, a means is provided for monitoring the magnitude and direction of the consumed electric current for each actuator, and frequent pressure control is arranged in each air spring during operation depending on the current in order to maintain the integrated symmetry of the consumed electric power over a selected period of time.
В вариантах осуществления настоящего изобретения три точки подвижной платформы могут быть соединены с тремя соответствующими точками на неподвижной части механизма, определяющей отсчетную плоскость, исполнительными органами, имеющими универсальную подвижность в соединениях исполнительных органов с отсчетной плоскостью и с подвижной платформой, так, чтобы путем выбора индивидуальных длин этих трех цилиндров можно было двигать платформу и она занимала любое выбранное положение в движениях вертикальной, килевой и бортовой качки. Центр масс груза преимущественно размещен так, чтобы лежать над центроидом подвижной платформы и близко к нему и преимущественно имеет опорный элемент, присоединенный с универсальной подвижностью между центроидом отсчетной плоскости и центроидом подвижной платформы. В этом контексте считается, что центроид платформы или плоскости представляет собой центроид окружности, описанной вокруг треугольника, определенного тремя точками подсоединения трех (или шести) исполнительных органов. Жесткость опоры преимущественно оптимизирована по параметрам платформы и груза.In embodiments of the present invention, three points of the movable platform can be connected to three corresponding points on the fixed part of the mechanism defining the reference plane, by actuators having universal mobility in the joints of the actuators with the reference plane and the movable platform, so that by choosing individual lengths of these three cylinders it was possible to move the platform and it occupied any chosen position in the movements of vertical, pitching and rolling. The center of mass of the load is predominantly placed so as to lie above and close to the centroid of the movable platform and mainly has a support element connected with universal mobility between the centroid of the reference plane and the centroid of the movable platform. In this context, it is believed that the centroid of the platform or plane is the centroid of a circle circumscribed around a triangle defined by three points of connection of three (or six) actuators. The stiffness of the support is mainly optimized according to the parameters of the platform and the load.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения окружность, описанная вокруг треугольника подсоединении исполнительных органов к подвижной платформе, меньше по размеру, чем соответствующая окружность, описанная вокруг треугольника на неподвижной части механизма, определяющей отсчетную плоскость, чтобы позволить цилиндрам исполнительных органов с ограниченным ходом создавать приемлемые отклонения верхней платформы при килевой и бортовой качке и упростить проблемы присоединения капсулы к подвижной платформе. Предпочтительно отношение этого размера неподвижной (базовой) платформы, определяющей отсчетную плоскость, к размеру подвижной платформы составляет приблизительно 1,5:1.In a preferred embodiment, the circle circumscribed around the triangle connecting the actuators to the movable platform is smaller than the corresponding circle circumscribed around the triangle on the fixed part of the reference plane defining mechanism to allow the actuator cylinders with limited travel to create acceptable deflections of the upper platform with keel and side rolling and simplify the problems of attaching the capsule to the moving platform. Preferably, the ratio of this size of the fixed (base) platform defining the reference plane to the size of the moving platform is approximately 1.5: 1.
Предпочтительно угол между исполнительными органами и горизонтальной плоскостью, когда все три исполнительных органа находятся в положении, соответствующем прямой и горизонтальной (рабочей) позиции подвижной платформы, составляет приблизительно 45°.Preferably, the angle between the actuators and the horizontal plane, when all three actuators are in a position corresponding to the straight and horizontal (working) position of the movable platform, is approximately 45 °.
Предпочтительно центральная опора представляет собой сильфонный блок. Это имеет то преимущество, что верхний и нижний концы сильфона могут быть прикреплены прямо к подвижной платформе и к неподвижной базе, определяющей отсчетную плоскость. Длина сильфона в сжатом состоянии может быть меньше, чем половина его длины в раздвинутом состоянии, и для него не требуется внутреннее скользящее уплотнение. Понятно, что одной из особенностей сильфонного узла является то, что при прямой, т.е. вертикальной, ориентации оси он допускает вертикальное движение, и верхний конец сильфона может быть наклонен на любой продольный угол (угол тангажа) или поперечный угол (угол крена) относительно нижнего конца, но с трудом допускает горизонтальное перемещение (продольный или поперечный снос) и совсем не допускает поворота вокруг оси (рыскания). Следовательно, сильфонный узел может функционировать и как блок пневматической рессоры, и как ограничительный механизм.Preferably, the center support is a bellows unit. This has the advantage that the upper and lower ends of the bellows can be attached directly to the moving platform and to the fixed base defining the reference plane. The length of the bellows in the compressed state can be less than half its length in the extended state, and it does not require an internal sliding seal. It is clear that one of the features of the bellows assembly is that with a straight line, i.e. vertical axis orientation, it allows vertical movement, and the upper end of the bellows can be tilted to any longitudinal angle (pitch angle) or transverse angle (angle of heel) relative to the lower end, but with difficulty allows horizontal movement (longitudinal or transverse drift) and not at all allows rotation around the axis (yaw). Therefore, the bellows assembly can function both as an air spring unit and as a limiting mechanism.
Предпочтительно исполнительные органы представляют собой электромагнитные цилиндры, сконструированные так, чтобы иметь достаточный резерв усилия и иметь возможность приспосабливаться к практическим отклонениям позиции центра масс подвижной платформы от идеальной позиции, близкой к точному центроиду верхнего подвижного треугольника.Preferably, the actuators are electromagnetic cylinders designed to have a sufficient reserve of effort and to be able to adapt to practical deviations of the center of mass position of the moving platform from an ideal position close to the exact centroid of the upper moving triangle.
Различные варианты осуществления настоящего изобретения описаны более конкретно на примерах, со ссылками на прилагаемые чертежи, где:Various embodiments of the present invention are described more specifically by way of example, with reference to the accompanying drawings, wherein:
Фиг.1 представляет собой вид в разрезе по оси исполнительного органа, выполненного как один вариант осуществления настоящего изобретения;Figure 1 is a view in section along the axis of the executive body, made as one embodiment of the present invention;
Фиг.2 представляет собой схематическое изображение исполнительного органа с управляющими компонентами, выполненного как второй вариант осуществления настоящего изобретения;Figure 2 is a schematic illustration of an actuator with control components, made as a second embodiment of the present invention;
Фиг.3 представляет собой схематическое изображение альтернативного варианта конфигурации управления для исполнительного органа;Figure 3 is a schematic representation of an alternative control configuration for an actuator;
Фиг.4 представляет собой схему, иллюстрирующую дальнейшую конфигурацию управления;4 is a diagram illustrating a further control configuration;
Фиг.5 представляет собой схематическое перспективное изображение известной конфигурации устройства для сообщения движения;Figure 5 is a schematic perspective view of a known configuration of a device for reporting traffic;
Фиг.6 представляет собой схематическое перспективное изображение альтернативной конфигурации устройства для сообщения движения, известного из аналогов;6 is a schematic perspective view of an alternative configuration of a device for communicating motion known from analogues;
Фиг.7 представляет собой схематическое перспективное изображение устройства для сообщения движения, выполненного в соответствии с принципами настоящего изобретения;Fig. 7 is a schematic perspective view of a motion reporting device made in accordance with the principles of the present invention;
Фиг.8 представляет собой схематическое перспективное изображение дальнейшего варианта осуществления настоящего изобретения;Fig. 8 is a schematic perspective view of a further embodiment of the present invention;
Фиг.9 представляет собой схематическое перспективное изображение дальнейшего варианта осуществления настоящего изобретения;9 is a schematic perspective view of a further embodiment of the present invention;
Фиг.10 представляет собой упрощенную схему платформы Стьюарта, выполненной как дальнейший вариант осуществления настоящего изобретения;Figure 10 is a simplified diagram of a Stuart platform, made as a further embodiment of the present invention;
Фиг.11 представляет собой изображение в плане (вид сверху) платформы, показанной на фиг.10;11 is a plan view (top view) of the platform shown in FIG. 10;
Фиг.12 представляет собой схематическое изображение варианта осуществления с фиг.10, показанного в первой рабочей конфигурации;Fig. 12 is a schematic illustration of the embodiment of Fig. 10 shown in a first operational configuration;
Фиг.13 представляет собой схематическое изображение дальнейшего варианта осуществления, в котором отсчетная плоскость меньше, чем подвижная платформа;13 is a schematic diagram of a further embodiment in which the reference plane is smaller than the movable platform;
Фиг.14 представляет собой изображение в плане (вид сверху) варианта осуществления, показанного на фиг.12;Fig. 14 is a plan view (top view) of the embodiment shown in Fig. 12;
Фиг.15 представляет собой изображение в плане (вид сверху) варианта осуществления, показанного на фиг.13;Fig. 15 is a plan view (top view) of the embodiment shown in Fig. 13;
Фиг.16 представляет собой изображение в плане (вид сверху) варианта осуществления с фиг.12, показанного с подвижной платформой, смещенной вправо;Fig. 16 is a plan view (top view) of the embodiment of Fig. 12 shown with a movable platform offset to the right;
Фиг.17 представляет собой изображение в плане (вид сверху) варианта осуществления с фиг.13, показанного с подвижной платформой, смещенной вправо, с позициями, соответствующими конфигурации, показанной на фиг.15;FIG. 17 is a plan view (top view) of the embodiment of FIG. 13 shown with a movable platform offset to the right, with positions corresponding to the configuration shown in FIG. 15;
Фиг.18 представляет собой схематическое изображение в плане, иллюстрирующее предполагаемые оптимальные размеры платформы Стьюарта, выполненной как вариант осуществления настоящего изобретения;Fig. 18 is a schematic plan view illustrating the assumed optimum dimensions of the Stuart platform, made as an embodiment of the present invention;
Фиг.19 представляет собой трехмерную диаграмму потребления мощности устройством для сообщения движения типа платформы Стьюарта, выполненной как вариант осуществления настоящего изобретения;FIG. 19 is a three-dimensional diagram of power consumption by a motion reporting device of the Stuart platform type, configured as an embodiment of the present invention; FIG.
Фиг.20 представляет собой диаграмму, показывающую как потребляемая исполнительными органами мощность меняется в зависимости от типа движения; иFIG. 20 is a diagram showing how power consumed by actuators varies with the type of movement; and
Фиг.21А и 21В представляют собой блок-схемы, иллюстрирующие алгоритмы управления исполнительными органами, выполненными как вариант осуществления настоящего изобретения.21A and 21B are flowcharts illustrating executive control algorithms configured as an embodiment of the present invention.
Обратимся теперь к чертежам. Исполнительный орган, изображенный на фиг.1, содержит поршень или якорь 8, двигающийся внутри цилиндра или статора 1. Поршень соединен со штоком или толкающей трубой 7, который проходит сквозь одну из концевых деталей 2, через уплотнение для воздуха 3. Уплотнительное кольцо 5 установлено на поршне 8 так, чтобы разделять цилиндр на две камеры, воздух в которые подается под давлением или удаляется через подсоединения для труб (штуцеры) 4а, 4b. Поршень также снабжен опорными кольцами 6, функция которых состоит в том, чтобы ограничивать позицию поршня таким образом, чтобы он плавно двигался вдоль центральной оси устройства.Turning now to the drawings. The actuator, shown in figure 1, contains a piston or
Легко понять, что когда окна 4 закрыты, действие воздушного уплотнения 5 будет вызывать движение поршня в цилиндре, сжимая газ в одной из камер и позволяя газу в противоположной камере расширяться. В любом случае будет создана сила, которая стремится вернуть поршень в его заданное положение в отсутствие электрической мощности. Путем регулировки массы газа, запертого в двух камерах, могут быть заранее заданы силы, создаваемые двумя упругими элементами (т.е. газом в двух камерах), а путем выбора соотношения между двумя объемами может быть заранее установлена заданная (или равновесная) позиция (поршня). Когда нужно снизить жесткости газовых упругих элементов до малых значений, конструкция концевых деталей 2 модифицируется, чтобы позволить подсоединение внешнего резервуара к каждой камере.It is easy to understand that when the windows 4 are closed, the action of the
Средства, с помощью которых можно управлять пневматическими клапанами (не показаны) в трубопроводах, подсоединенных к окнам 4, в соответствии с силой электрических токов, потребляемых цилиндром, когда он приводится блоком возбуждения для циклического или псевдослучайного позиционирования груза, будут описаны ниже. Предусмотрев оборудование для квазинепрерывной регулировки параметров противолежащих газовых упругих элементов, в зависимости от симметрии электрических токов возбуждения в цилиндре можно минимизировать мощность, потребляемую цилиндром, тем самым осуществляя значительное уменьшение его габаритов.The means by which pneumatic valves (not shown) can be controlled in pipelines connected to the windows 4 in accordance with the electric currents consumed by the cylinder when it is driven by an excitation unit for cyclic or pseudo-random positioning of the load will be described below. By providing equipment for quasi-continuous adjustment of the parameters of opposing gas elastic elements, depending on the symmetry of the electric excitation currents in the cylinder, the power consumed by the cylinder can be minimized, thereby significantly reducing its size.
На фиг.2 изобретения показано, когда оно применено в электромагнитном цилиндре. Поршень 8 несет на себе уплотнение 5, которым внутренний объем цилиндра 1 разделен на две камеры А и В. Массой газа в каждой камере управляют клапаны 9 и 10, которые запитываются от блока управления давлением 11. Электромагнитными силами, создаваемыми цилиндром, управляет блок 12, который получает команды позиционирования 13 и позиционные сигналы обратной связи 14 от подходящего датчика (не показан), связанного с выходным штоком цилиндра или толкающей трубой 7. Блок 12 подает мощность к цилиндру по линиям управления 17. Сигнал 15, создаваемый контроллером позиционирования цилиндра 12, является важным параметром процесса, и блок управления давлением 11 сконструирован так, чтобы работать на его основании, - это описано ниже в качестве примера.Figure 2 of the invention shows when it is applied in an electromagnetic cylinder. The
Если цилиндр используют как часть базы движения того типа, о котором говорилось выше, объему камеры В (верхняя, т.е. штоковая полость) позволяют оставаться под атмосферным давлением. Клапанный блок 9 отсутствует, окно 4b в камере В устроено так, чтобы иметь большое отверстие, через которое воздух может свободно проходить в окружающее пространство и из него. Фактически цилиндр может быть сконструирован так, чтобы вообще исключить камеру В, имея конфигурацию с открытым концом. Чтобы получить достаточно низкую жесткость (воздушного упругого элемента), может оказаться необходимым соединить камеру А через трубу большого проходного сечения с внешним резервуаром. Подобные же соображения приложимы к промышленным применениям, в которых цилиндр должен нести груз на вертикальной или близкой к вертикали оси, или к другим применениям, таким как подъемники, например.If the cylinder is used as part of the base of motion of the type mentioned above, the volume of chamber B (upper, i.e., rod cavity) is allowed to remain under atmospheric pressure. The
Тогда контроллер 11 действует через клапанный блок 10 с целью увеличения массы газа в камере А, когда параметр 15 указывает, что ток, потребляемый исполнительным органом, преимущественно протекает в направлении, которое увеличивает объем камеры А, и наоборот. Легко понять, что таким путем пневматическая система снижает до минимума силу тока, потребляемого цилиндром, и увеличивает КПД системы. Легко также понять, что устройство невосприимчиво к утечкам в пневмосистеме в обоих направлениях, к изменениям температуры и к изменениям в рабочем цикле или же к квазислучайной последовательности движений, выполняемых цилиндром. Оно само компенсирует изменения значения статической нагрузки и в любой момент приспосабливается к движению цилиндра в "парковочную" позицию. Математический анализ системы показывает также, что регулировка давления невосприимчива к ошибкам в области окончательного уравновешивания и что замкнутая система автоматического управления весьма стабильна.Then, the
Теперь рассмотрим случай, когда цилиндр не испытывает действия постоянной (например, гравитационной) силы, которая стремится уменьшить объем камеры А. Например, цилиндр может быть использован для позиционирования в повторяющихся циклах инертного груза на горизонтальной направляющей, которая имеет малый коэффициент трения.Now we consider the case where the cylinder does not experience a constant (for example, gravitational) force, which tends to reduce the volume of chamber A. For example, the cylinder can be used to position inertial loads in repeating cycles on a horizontal rail that has a low coefficient of friction.
Тогда контроллер 12 должен вычислять среднюю позицию цилиндра по значениям сигналов 14 от позиционного датчика, усредненных по крайней мере на протяжении одного полного цикла движений, или, в случае псевдослучайного движения, на протяжении значительного интервала времени. Контроллер 12 должен тогда измерять мгновенную силу тока, потребляемого цилиндром, и умножать это значение на расстояние цилиндра от вычисленной средней позиции в это время. Текущая сумма этих произведений (или "токовые моменты") затем передается на контроллер клапана 11 как параметр процесса 15.Then, the
Далее контроллер 11 действует так, чтобы увеличить массу газа в камере А, когда параметр 15 указывает, что преобладает потребление тока в направлении силы, которая стремится сдвинуть цилиндр к его центральной позиции, увеличивая объем камеры А. Контроллер 11 устроен так, чтобы снижать массу газа в камере А, если отмечено преобладание противоположной тенденции.Further, the
Система устроена так, чтобы давление в камере В было таким, что усилия на двух противоположных сторонах поршня 8 уравновешены, когда цилиндр находится в вычисленной средней позиции.The system is designed so that the pressure in the chamber B is such that the forces on the two opposite sides of the
Как показано на фиг.2, система включает в себя датчики давления 20 и 21, подключенные через тройники к линиям от клапанных узлов 9 и 10 через низкочастотные фильтры (не показаны). Датчик 20 указывает среднее давление в камере В, а датчик 21 указывает среднее давление в камере А. Далее контроллер 11 воздействует на клапаны 9 так, чтобы произведение значения давления 20 на площадь поверхности поршня в камере В равнялось произведению значения давления 21 на площадь поверхности поршня в камере А. Легко понять, что эту функцию уравновешивания можно выполнять более просто, используя диафрагменные пневматические контроллеры давления, имеющие заранее установленное соотношение, что может быть предпочтительным устройством в некоторых вариантах применения машины.As shown in FIG. 2, the system includes
Внешние резервуары, функцией которых является снижение жесткости газовых упругих элементов, могут быть присоединены или не присоединены к камерам А и В, в зависимости от требуемых законов изменения динамических сил в системе.External tanks, whose function is to reduce the stiffness of gas elastic elements, may or may not be connected to chambers A and B, depending on the required laws of change in dynamic forces in the system.
На фиг.3 показано изобретение в случае применения его в приводе с электрическим линейным двигателем, который не сконструирован в форме, позволяющей прикладывать пневматические силы прямо к выходному органу привода. Например, линейный двигатель может иметь открытую плоскую конфигурацию, использующую якорь с постоянным магнитом и пригодную для соединения с трехфазным сервоприводом. В этом случае линейный двигатель 25 и его выходной элемент 26 присоединены подходящим средством 28 к пневматическому цилиндру 27, имеющему поршень 8 и камеры А и В - и т.д., как описано ранее.Figure 3 shows the invention in the case of its use in the drive with an electric linear motor, which is not designed in a form that allows you to apply pneumatic forces directly to the output organ of the drive. For example, a linear motor may have an open planar configuration using a permanent magnet armature and suitable for connection to a three-phase servo drive. In this case, the
Режим работы тот же самый. Если нагрузка преимущественно постоянная (например, гравитационная), камера В цилиндра 27 (который образует собой выходной элемент газовой рессорной системы), сообщается с атмосферой, а массой газа в камере А управляют так, чтобы уравновесить силу требуемого тока для усилий в противоположных направлениях. Если же нагрузка преимущественно инерционная, давлением в одной из камер управляют так, чтобы уравновесить требуемые токовые моменты относительно средней позиции исполнительного органа, а давление в другой камере регулируют так, чтобы уравновесить усилия на поршне 8 в средней позиции системы.The operating mode is the same. If the load is predominantly constant (for example, gravitational), the chamber B of the cylinder 27 (which forms the output element of the gas spring system) communicates with the atmosphere, and the mass of gas in the chamber A is controlled so as to balance the required current for forces in opposite directions. If the load is predominantly inertial, the pressure in one of the chambers is controlled so as to balance the required current moments with respect to the average position of the actuator, and the pressure in the other chamber is controlled so as to balance the forces on the
На фиг.4 показано изобретение в случае применения его в линейном позиционирующем устройстве, приводимом вращательным двигателем. В этом примере мы выбрали конструкцию с ременным приводом, но изобретение точно так же может быть применено в кривошипном приводе с понижающей передачей или, например, в исполнительном органе с шариковой винтовой передачей.Figure 4 shows the invention when used in a linear positioning device driven by a rotary motor. In this example, we have chosen a design with a belt drive, but the invention can be applied in the same way in a crank drive with a reduction gear, or, for example, in an actuator with a ball screw transmission.
Здесь вращательный двигатель 25 перемещает каретку 29 с помощью ремней 30. Выходной элемент 26 присоединен к газовой рессоре подходящим соединителем 28. Работа системы с гравитационной и инерционной нагрузками такая же, как описано ранее, различные элементы имеют такие же самые позиционные номера, как прежде.Here, the
Понятно, что изобретение не ограничено машинами, в которых вся упругая сила обеспечивается газовой рессорой или рессорами, управляемыми блоком 11 и клапанами 9 и 10. Оно может оказаться предпочтительным для машины, в которой позиционирующий механизм образует собой часть, которая должна быть оснащена дополнительными пружинами, газовыми или металлическими, характеристики которых установлены заранее, чтобы обеспечить часть резервуара для сохранения энергии механизма.It is clear that the invention is not limited to machines in which all the elastic force is provided by a gas spring or springs controlled by a
Понятно, что вся упругая сила, необходимая для эффективной работы машины, может быть обеспечена металлическими пружинами или газовыми рессорами, которые устанавливает вручную на правильные значения обученный работник, ведущий наблюдение за текущими характеристиками потребления тока электрическим двигателем, чтобы выполнять эту регулировку.It is clear that all the elastic force necessary for the efficient operation of the machine can be provided by metal springs or gas springs, which are set manually by the trained worker, who monitors the current characteristics of the current consumption by the electric motor in order to perform this adjustment.
Обратимся теперь к фиг.5. Стационарная, или базовая, платформа обозначена позицией 31, а подвижная платформа обозначена позицией 32. Цилиндры 33 образуют соединение между стационарными и подвижными элементами. Понятно, что принудительно внося соответствующие вариации в длины цилиндров, можно менять положение и позицию подвижной платформы относительно стационарной платформы. Понятно также, что по мере того, как каждый цилиндр раздвигается или укорачивается, угол между этим цилиндром и горизонтальной поверхностью должен меняться. Цилиндры поворачиваются в вертикальных плоскостях вокруг своих нижних проушин 34.Turning now to Fig. 5. A stationary or base platform is indicated at 31, and a movable platform is indicated at 32.
Чтобы усовершенствовать способность платформы к продольным и поперечным угловым колебаниям и улучшить доступность механизма при сборке, обслуживании и ремонте, это изобретение отличается той особенностью, что треножник сконструирован так, что он принимает более обычную форму, показанную на фиг.6. На этой иллюстрации верхняя платформа 42 теперь меньше, чем нижняя платформа 41. Можно заметить, что проушины или шарниры на нижних концах цилиндров 43 (которые являются элементами машины, испытывающими самые большие напряжения) находятся на внешних краях базы движения, что делает их и главные корпуса цилиндров более доступными для сборки, контроля и обслуживания. Можно также заметить, что поверхность неподвижной платформы не занята и не загромождена ограничивающими рамами, что обеспечивает свободный доступ к центральной зоне, если это необходимо. Дальнейшее достоинство такой конфигурации состоит в том, что площадь стыка между подвижной платформой и капсулой имитатора уменьшена, что накладывает меньше ограничений на конструкцию пола капсулы и устройства для доступа к капсуле.In order to improve the platform's ability to longitudinal and transverse angular vibrations and to improve the availability of the mechanism during assembly, maintenance and repair, this invention is characterized by the fact that the tripod is designed so that it takes on the more ordinary shape shown in Fig.6. In this illustration, the
Механизм, показанный на фиг.6, имеет, однако, тот недостаток, что в некоторых крайних точках движения угол между подвижной платформой 42 и горизонталью может быть больше, чем угол между по крайней мере одним из цилиндров 43 и горизонталью - так что в результате механизм перекладывается в запертое положение. Чтобы предотвратить это, относительные размеры верхней подвижной платформы 42, нижней неподвижной платформы 41 и длины цилиндров подобраны так, чтобы перекладка не могла произойти. В общем случае отношение размера неподвижной платформы 41 к размеру подвижной платформы 42 уменьшено. Фиг.7 иллюстрирует это усовершенствование, элементы механизма имеют те же позиционные номера, что и в варианте осуществления, показанном на фиг.6.The mechanism shown in FIG. 6, however, has the disadvantage that at some extreme points of movement the angle between the
На фиг.8 показан вариант осуществления изобретения, имеющий центральный, вертикальный податливый опорный элемент или узел 45, с помощью которого осуществляется противодействие статическому весу подвижной платформы 42, чтобы избавить электромагнитные цилиндры 43 от необходимости генерировать постоянную силу. Понятно, что вертикальная жесткость центрального податливого опорного элемента должна быть оптимизирована в соответствии с общей конструкцией базы движения и ее рабочими параметрами. Если опорный элемент представляет собой исполнительный орган с газовой рессорой, может оказаться необходимым соединить его с расположенным поблизости резервуаром сжатого газа (не показан) соответствующего объема.FIG. 8 shows an embodiment of the invention having a central, vertical pliable support element or
Альтернативно, единственный вертикальный исполнительный орган может быть заменен или дополнен двумя или более исполнительными органами, наклоненными внутрь по направлению к центроиду подвижного треугольника, причем их пропорции выбраны так, чтобы они поворачивались на некоторый угол в вертикальной плоскости, когда подвижная платформа поднимается и опускается. Наклонные исполнительные органы могут представлять собой пневматические стойки с предварительно сжатым газом, такие как те, что используются для поддержания крышки автомобильного багажника, расположенные так, чтобы линии их действия сходились над центром, что может быть использовано для укладки платформы в позицию загрузки, когда это необходимо.Alternatively, a single vertical actuator may be replaced or supplemented by two or more actuators inclined inward toward the centroid of the movable triangle, and their proportions are selected so that they rotate at a certain angle in the vertical plane when the movable platform rises and falls. Inclined actuators can be pneumatic racks with pre-compressed gas, such as those used to support the car trunk lid, so that their lines of action converge above the center, which can be used to lay the platform in the loading position, when necessary .
На фиг.9 показан вариант осуществления изобретения с центральным вертикальным сильфонным блоком, с помощью которого осуществляется противодействие статическому весу подвижной платформы 42, чтобы избавить электромагнитные цилиндры 43 от необходимости генерировать постоянную силу. Понятно, что вертикальная жесткость центрального сильфона должна быть оптимизирована в соответствии с общей конструкцией базы движения и ее рабочими параметрами. Это означает, что гибкая часть сильфона должна быть смонтирована на центральном жестком цоколе выбранной высоты (Жесткий цоколь не показан отдельно на фиг.9).Figure 9 shows an embodiment of the invention with a central vertical bellows unit, by which the static weight of the
Упругое действие сильфона может быть усовершенствовано двумя или более патентованными пневматическими стойками (не показаны), расположенными так, чтобы они поворачивались на некоторый угол в вертикальной плоскости, когда подвижная платформа поднимается и опускается. Стойки могут быть установлены так, чтобы линии их действия сходились над центром, что может быть использовано для укладки платформы в позицию загрузки (то есть самую низкую), когда это необходимо, без необходимости сбрасывать давление в сильфонном блоке, чем снижается потребление сжатого воздуха.The elastic action of the bellows can be improved by two or more patented pneumatic struts (not shown) arranged so that they rotate at a certain angle in the vertical plane when the movable platform rises and falls. The racks can be installed so that their lines of action converge above the center, which can be used to lay the platform in the loading position (i.e. the lowest), when necessary, without having to relieve pressure in the bellows unit, thereby reducing the consumption of compressed air.
Понятно, что использование сильфонного блока в качестве центрального ограничительного элемента не мешает применению любых устройств для монтажа и подсоединения электромагнитных исполнительных органов, так что они тоже могут работать в качестве индивидуальных газовых рессор, вместо или в сочетании с силами, создаваемыми сильфоном и (или) пневматическими стойками. Когда электромагнитные исполнительные органы используются дополнительно в качестве газовых упругих элементов, предпочтительно должно быть предусмотрено средство для частой регулировки давления, чтобы минимизировать долговременный интеграл токов исполнительных органов, а следовательно, и потребляемую мощность.It is clear that the use of a bellows unit as a central limiting element does not interfere with the use of any devices for mounting and connecting electromagnetic actuators, so that they can also work as individual gas springs, instead of or in combination with the forces created by the bellows and (or) pneumatic racks. When electromagnetic actuators are additionally used as gas elastic elements, preferably means should be provided for frequently adjusting the pressure so as to minimize the long-term integral of the currents of the actuators, and hence the power consumption.
Устройство для сообщения движения согласно настоящему изобретению содержит механизм, в котором один из элементов (базовая платформа) может рассматриваться как стационарный, а другой элемент (подвижная платформа) может рассматриваться как часть, позиционируемая с помощью исполнительных органов.The device for communicating movement according to the present invention contains a mechanism in which one of the elements (base platform) can be considered as stationary, and the other element (moving platform) can be considered as a part positioned by means of actuators.
Фиг.10 представляет собой упрощенную схему платформы Стьюарта, показывающую подвижную платформу 51, поддерживаемую цилиндрами 53 над базовой платформой 52. На этой схеме радиус 54 окружности подвижной платформы меньше, чем радиус 55 базовой платформы. На фиг.11 это показано в горизонтальной проекции.10 is a simplified diagram of a Stuart platform showing a
Фиг.12 и 13 показывают принципиальное различие между платформой Стьюарта, у которой радиус 54 меньше, чем радиус 55, как на фиг.12, и платформой Стьюарта, у которой радиус 54 больше, чем радиус 55, как на фиг.13. Рассмотрим силы в газовых рессорах, когда подвижная платформа смещается вперед (вправо на фиг.16). Для случая, когда подвижная платформа меньше, чем базовая платформа, цилиндры 56 "впереди" подвижной платформы сжаты и создают силы, которые стремятся толкать край платформы вверх, а цилиндры 57 "сзади" платформы растянуты, что снижает направленный вверх компонент их усилий и позволяет заднему краю платформы опускаться. Следовательно, можно ожидать, что такая компоновка будет заставлять подвижную платформу поворачиваться вверх (кабрироватъ) при линейном перемещении вперед (фиг.16). И наоборот, как показывают аналогичные рассуждения, поведение механизма, в котором радиус подвижной платформы больше, чем радиус базовой платформы, позволит ожидать, что эта компоновка будет заставлять подвижную платформу поворачиваться вниз {клевать) при линейном перемещении вперед (фиг.17).12 and 13 show a fundamental difference between the Stuart platform, for which the
Отсюда вытекает, следовательно, что между двумя крайними вариантами должна существовать оптимальная конфигурация, в которой смещение вперед не создает тенденций ни к кабрированию, ни к клевку. Если принять в расчет любое данное сочетание размеров цилиндров, то можно ожидать, что оптимальное отношение размера нижней платформы к размеру верхней платформы составит 2:1, как показано в виде упрощенной схемы на фиг.18.It follows, therefore, that between the two extremes there must be an optimal configuration in which a forward bias does not create a tendency towards cabling or pecking. If we take into account any given combination of cylinder sizes, we can expect that the optimal ratio of the size of the lower platform to the size of the upper platform will be 2: 1, as shown in the form of a simplified diagram in Fig. 18.
Фиг.19 представляет собой трехмерную диаграмму потребления мощности типичной базы движения типа платформы Стьюарта для разумного одновременного сочетания всех шести возможных движений (вертикальная качка, продольный снос, поперечный снос, килевая качка, бортовая качка и рыскание). По одной оси показано, как потребление мощности базой движения меняется в зависимости от соотношения размеров неподвижной и подвижной платформ, а по другой оси показано, как оно меняется в зависимости от соотношения объемов газовой рессорной системы (или от жесткости эквивалентной системы твердых пружин).FIG. 19 is a three-dimensional power consumption diagram of a typical motion base such as a Stuart platform for a reasonable simultaneous combination of all six possible movements (vertical pitching, longitudinal drift, lateral drift, pitching, pitching and yaw). On one axis it is shown how the power consumption of the base movement varies depending on the size ratio of the fixed and moving platforms, and on the other axis it is shown how it varies depending on the ratio of the volumes of the gas spring system (or on the stiffness of the equivalent system of solid springs).
Из диаграммы можно видеть, что наилучшее соотношение размеров платформ лежит в области 1,5, а наилучшее соотношение объемов газовой рессоры лежит в области 1,8. Это справедливо для всех типов цилиндров и баз движения, изученных до настоящего времени.From the diagram it can be seen that the best ratio of the sizes of the platforms lies in the region of 1.5, and the best ratio of the volumes of the gas spring lies in the region of 1.8. This is true for all types of cylinders and motion bases studied to date.
На фиг.20 показано, как потребляемая мощность меняется в зависимости от типа движения и "упругости" механизма, определенной соотношением объемов газовой рессоры. Следует отметить, что мягкая или "уравновешенная" база движения должна иметь большой резервуар для газовой рессоры и низкое соотношение объемов, занимая левую часть диаграммы, в то время как "жесткая" база движения занимает правую часть диаграммы. Как и ожидалось, потребление мощности резко возрастает для всех типов движения по мере того, как жесткость подвески увеличивается, приближаясь к краю диаграммы.On Fig shows how the power consumption varies depending on the type of movement and the "elasticity" of the mechanism, determined by the ratio of the volumes of the gas spring. It should be noted that a soft or “balanced” motion base should have a large reservoir for the gas spring and a low volume ratio, occupying the left side of the diagram, while a “rigid” motion base should occupy the right part of the diagram. As expected, power consumption rises sharply for all types of movement as the suspension stiffness increases, approaching the edge of the diagram.
Тем не менее следует отметить, что потребление мощности при "килевой качке" очень велико, когда подвеска оптимизирована для "вертикальной качки", т.е. когда механизм "уравновешен". Также следует отметить, что потребляемая мощность при "килевой качке" может быть очень сильно снижена увеличением упругости системы до оптимальной величины, которая меньше, чем в том случае, когда начинают преобладать силы "жесткого" подвешивания. Существуют подобные же оптимальные характеристики подвешивания для других режимов движения, но основным является килевая качка. (Необходимо помнить, что концепция заявки WO 93/01577 принципиально неудовлетворительна в режиме килевой качки.)Nevertheless, it should be noted that the power consumption during “pitching” is very large when the suspension is optimized for “vertical pitching”, i.e. when the mechanism is "balanced". It should also be noted that the power consumption during “pitching” can be very much reduced by increasing the elasticity of the system to the optimum value, which is less than when the forces of “hard” suspension begin to prevail. There are similar optimal suspension characteristics for other driving modes, but the main one is pitching. (It must be remembered that the concept of WO 93/01577 is fundamentally unsatisfactory in pitching mode.)
Следует понимать, что, хотя принципы настоящего изобретения разъяснены на примере системы шестиосного движения, известной как платформа Стьюарта, они в равной степени относятся к базам движения других типов, таких как трехосная система, о которой идет речь в заявке WO 93/01577, и к различным другим конструкциям баз движения, описанных в наших одновременно рассматриваемых заявках.It should be understood that, although the principles of the present invention are explained by the example of a six-axis motion system known as the Stuart platform, they equally apply to other types of motion bases, such as the three-axis system described in WO 93/01577, and various other designs of motion bases described in our simultaneously reviewed applications.
Следует далее понимать, что механизм имитатора имеет свой зеркальный эквивалент в виде стабилизированной платформы, где (например) нижняя платформа испытывает перемещения, которые должны быть погашены относительными движениями цилиндров так, чтобы удерживать верхнюю платформу в неподвижном состоянии. Следовательно, оптимизированная конструкция механизма базы движения, которая описана здесь, в равной степени распространяется и на стабилизированные платформы, базирующиеся на конфигурации Стьюарта, а принципы в целом распространяются на стабилизированные платформы других типов.It should further be understood that the simulator mechanism has its mirror equivalent in the form of a stabilized platform, where (for example) the lower platform experiences movements that must be suppressed by the relative movements of the cylinders so as to keep the upper platform stationary. Therefore, the optimized design of the motion base mechanism described here applies equally to stabilized platforms based on the Stuart configuration, and the principles generally apply to stabilized platforms of other types.
Обратимся теперь к фиг.21А, которая показывает основную последовательность функций управления электромагнитным исполнительным органом со связанной с ним или встроенной податливой опорой, в которой податливость может изменяться с учетом вариации параметров, таких как мгновенная позиция, требуемая позиция, нагрузка, ускорение, скорость и т.п. В этом варианте осуществления изобретения податливость варьирует в зависимости от мгновенной нагрузки, которая определяется как функция от силы тока, потребляемого электромагнитным исполнительным органом в ответ на сигналы потребления. На фиг.21А показана последовательность шагов, выполняемых для варьирования податливости газовой рессоры. На шаге 201 сила тока возбуждения, воспринимаемая подходящими датчиками, подается на вход системы управления. Этот сигнал интегрируется на шаге 202 как текущий интеграл на протяжении последовательных периодов сканирования, длительность которых зависит от конкретных обстоятельств, но которая может составлять, например, величину порядка трех секунд в случае базы движения для развлечений.Referring now to FIG. 21A, which shows the basic sequence of control functions of an electromagnetic actuator with an associated or integrated compliant support, in which compliance can be varied taking into account variations in parameters such as instantaneous position, desired position, load, acceleration, speed, etc. .P. In this embodiment, the compliance varies depending on the instantaneous load, which is defined as a function of the current consumed by the electromagnetic actuator in response to the consumption signals. On figa shows a sequence of steps performed to vary the compliance of the gas springs. At
Полученный таким образом интеграл сравнивается затем с заранее установленными пороговыми значениями на шаге 203. Далее превышение порога (если оно существует) управляет генерированием управляющего сигнала или "импульса возбуждения", длительность которого пропорциональна этому превышению. Этот сигнал управляет открытием клапана с целью впустить газ или выпустить его из закрытой камеры газовой рессоры (не показана), связанной с электромагнитным исполнительным органом по любому из способов, описанных выше. Это изменяет поддержку, создаваемую для груза газовой рессорой, путем непрерывного варьирования или "настройки" ее податливости на динамическое состояние исполнительного органа. Если, например, исполнительный орган быстро раздвигается, клапан открывается, чтобы позволить поступление газа в камеру, объем которой увеличивается, чтобы таким путем снизить сопротивление движению, которое проявлялось бы в противном случае. Пороговые значения выбирают так, чтобы "настройка" газовой рессоры учитывала возможность краткосрочного обратного движения, чтобы не надо было впускать в камеру газ, который тут же потребуется выпускать обратно, а определение необходимости впуска или выпуска газа вычислялось для достаточного периода времени, чтобы сгладить быстрые переходные процессы.The integral obtained in this way is then compared with predetermined threshold values at
На фиг.21В показаны основные шаги работы системы поддержания массы, совершающей возвратно-поступательное движение, перемещение которой осуществляется электромагнитным исполнительным органом. Как и для базы движения, ток возбуждения электромагнитного исполнительного органа 206 детектируется и подается на вход, но в этом случае детектируется позиция движущегося возвратно-поступательно поршня или другого движущегося возвратно-поступательно элемента исполнительного органа 207 и, далее, на шаге 209 подается также сигнал данных о центре 208. По этим сигналам производится вычисление токового момента вблизи центральной позиции движущегося элемента, после чего на шаге 210 формируется интеграл значений силы тока возбуждения для периода времени, который представляет некое точное количество циклов движущейся возвратно-поступательно массы, с перекрытием времени, чтобы учесть приостановки движения.On figv shows the basic steps of the mass support system, making a reciprocating motion, the movement of which is carried out by the electromagnetic actuator. As for the motion base, the excitation current of the
Как и раньше, этот интеграл сравнивается с пороговыми значениями на шаге 211, а на шаге 212 определяется сигнал длительности импульса возбуждения, подаваемый на клапан. Этот сигнал подается на одну сторону поршня, в данном случае находящуюся под давлением газа штоковую полость, как представлено прямоугольником 213, а на шаге 214 определяется давление как заранее определенная доля среднего значения давления с целью определения требуемого давления газа на другой стороне поршня на шаге 215, чтобы сбалансировать вариации, которые вводятся в камеру на первой стороне поршня.As before, this integral is compared with the threshold values at
Claims (17)
Applications Claiming Priority (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GBGB9719739.6A GB9719739D0 (en) | 1997-03-10 | 1997-09-17 | Improvements in or relating to motion imparting apparatus |
| GB9719737.0 | 1997-09-17 | ||
| GB9719736.2 | 1997-09-17 | ||
| GB9719739.6 | 1997-09-17 | ||
| GBGB9719736.2A GB9719736D0 (en) | 1997-09-17 | 1997-09-17 | Improvements in or relating to motion imparting apparatus |
| GB9727446.8 | 1997-12-30 | ||
| GBGB9727446.8A GB9727446D0 (en) | 1997-12-30 | 1997-12-30 | Improvements in apparatus for producing linear motion |
| GB9727443.5 | 1997-12-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000106601A RU2000106601A (en) | 2002-03-10 |
| RU2244961C2 true RU2244961C2 (en) | 2005-01-20 |
Family
ID=34978434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000106601/28A RU2244961C2 (en) | 1997-09-17 | 1998-09-17 | Apparatus for imparting motion |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2244961C2 (en) |
-
1998
- 1998-09-17 RU RU2000106601/28A patent/RU2244961C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ENGSTRAND В: "PNEUMATICS: A FORCE BEYOND VIRTUAL REALITY", HYDRAULICS AND PNEUMATICS, vol.49, no.7, 1 July 1996, pages 35-38, XP000595310. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5605462A (en) | Motion imparting apparatus | |
| EP2990261B1 (en) | Seat suspension | |
| EP0401239B1 (en) | Vibration-isolating machine mount | |
| US6860152B2 (en) | High frequency multiple degree of freedom vibration test machine | |
| AU756311B2 (en) | Motion-imparting apparatus | |
| CN103827540B (en) | A magnetorheological fluid-based mount apparatus including rate dip track passage | |
| CN104552332A (en) | Bionic spine motion segment | |
| US6468082B1 (en) | Motion-imparting apparatus | |
| KR101236437B1 (en) | Spherical Bearing and Supporting Apparatus for Vibration Test using the Same | |
| CN114623184A (en) | Intelligent adjusting system suitable for electromagnetic shock absorber | |
| Jia et al. | Preliminary design and development of an active suspension gravity compensation system for ground verification | |
| KR101154514B1 (en) | 6-axis road simulator test apparatus | |
| RU2244961C2 (en) | Apparatus for imparting motion | |
| KR100738952B1 (en) | Motion-imparting apparatus | |
| CN112254990A (en) | Durability test device and method for shock absorber assembly | |
| MXPA00002689A (en) | Motion-imparting apparatus | |
| JP3626873B2 (en) | Pulsating noise absorption system for centrifugal load vibration generator | |
| JP4431566B2 (en) | Vibration / excitation testing machine | |
| JPH10339341A (en) | Spring coefficient control method of rubber member and variable spring mechanism | |
| CN213091190U (en) | Durability test device for shock absorber assembly | |
| JP2015215290A (en) | Vibration tester | |
| JPH09225883A (en) | Robot with vibration absorbing mechanism | |
| JPH0910690A (en) | Vibration and oscillation generating device | |
| JPH0230859A (en) | Hydraulic power equipment for vibration control | |
| JPS63280159A (en) | Control method of vibration damping apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070918 |