TW202340623A - 隔振器 - Google Patents

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馬丁 羅伊特
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德商馬可系統分析和發展有限公司
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Abstract

一種隔振器，其具有安裝在至少兩個空氣彈簧上的支承體，其中每個空氣彈簧具有由膜封閉的腔室，所述腔室能夠加載壓縮空氣。

Description

隔振器
本發明係關於一種具有支承體和空氣彈簧的隔振器，所述空氣彈簧具有由膜封閉的腔室。
從現有技術中已知隔振器，其具有膜，該膜將空氣空間分成兩個腔室，這兩個腔室經由連接件彼此連通。膜下的氣壓可以通過壓力控制閥進行調節，從而實現振動隔離。在某些應用中，使用三個空氣彈簧用於支撑負載。由更多的空氣彈簧支撑負載的系統也是已知的。
對於移動質量的機器，應該在所有六個自由度上阻攔可能的運動。為此，在現有技術中使用附加的位置控制器，其將質量固定在平面中。這又需要至少三個定位控制器，例如水平操作的雙作用缸(doppeltwirkende Zylinder)。
當使用機器人借助於噴射閥進行少量配料時，機器人相對較重的頭部沿著任何方向移動到工作區域中的任何位置。另一方面，這種機器人或配料系統的構造不是很大，因此不能使用常規的隔振器。
因此，本發明的目的是創造一種結構緊湊且提供優化的振動隔離 的隔振器。
所述目的通過請求項1的特徵實現，特別是通過隔振器實現，其中所述隔振器包括安裝在至少兩個空氣彈簧上的支承體，其中每個空氣彈簧都具有由膜封閉的腔室，所述腔室可以通過可控的閥加載壓縮空氣。此外，每個膜在其中性位置均布置在平面中，其中兩個平面以V形相對於彼此布置或定向，並且支承體放置在兩個空氣彈簧上。
根據本發明，支承體因此布置在彼此傾斜的兩個空氣彈簧之間。在中性位置，即在非偏轉位置，每個空氣彈簧的膜布置在平面中，即膜在其非偏轉位置是平面的，不是如現有技術中已知的(至少部分地)捲曲或卷起。因此可以實現V形布置，其中每個膜放置在平面中並形成V形的一個支腿。
根據本發明，對於所有可能的運動軸使用重力，即沒有水平地使用致動器。因為根據本發明沒有使用水平或竪直作用或布置的空氣彈簧，所以空氣彈簧可以用於在所有自由度上進行補償。根據本發明，每個空氣彈簧在其組裝位置的作用方向既不水平也不竪直地定向。更確切地說，其相對於竪直方向以介於例如約10°至約60°之間的銳角延伸。
上述隔振器可以以非常緊湊的設計生産，並且使用這種隔振器可以將例如包括三個或四個上述類型的隔振器的系統組合在一起。在三個隔振器的情况下，它們可以星形布置在待隔離的質量的下方。當安裝在總共四個隔振器時，存在運動學過度決定(Überbestimmung)。然而，這可以借助於電子控制器而可靠地控制。在這兩種情况下，待隔離的裝置在所有六個自由度上都與振動隔離。因此，具有精確地三個根據本發明的隔振器的布置在某種程度上呈現為史都華平台(Hexapod)，其致動器(膜)控制成使得史都華平台的底部盡可能保持 不動。
在說明書、附圖和附屬請求項中描述了本發明的有利實施例。
在第一有利實施例中，兩個空氣彈簧的作用線可以以銳角相交。空氣彈簧的作用線被理解為意指空氣彈簧重心上的法線，即一直線，彈簧力在彈簧的重心的區域中沿該直線發展。
根據另一個有利的實施例，支承體可以通過滾珠軸承安裝在空氣彈簧上。這顯著減少了支承體和空氣彈簧之間的界面區域的摩擦，從而有助於振動隔離。根據另一有利的實施例，滾珠軸承可以設計為扁平的滾珠軸承，例如通過提供扁平的滾珠保持架來容納滾珠軸承的各個滾珠。該實施例導致多個隔振器之間的非常有利的解耦，因為隔振器可以補償涉及兩個自由度的運動。兩個另外根據本發明的隔振器可以考慮剩餘的四個自由度，因為第一隔振器的兩個扁平的滾珠軸承允許兩次沿著另外兩個軸線的自由運動。
根據另一有利的實施例，滾珠軸承或滾珠保持架可以在隔振器中通過彈簧夾定心和保持。這使得可以將滾珠軸承夾在彈簧夾之間，從而有助於快速簡便地組裝。
根據另一有利的實施例，支承體可以具有兩個支承表面，所述兩個支承表面以與每個膜在其中性位置中所處的兩個平面大致相同的角度彼此傾斜。在這種情况下，空氣彈簧和支承體的相應的支承面形成兩個平行平面，使得支承體可以以節省空間的方式設置在兩個膜之間。
根據另一有利的實施例，每個膜可以設置有支承板，所述支承板例如螺栓固定到膜上。支承體或滾珠軸承裝置然後可以布置在支承板上，從而在兩種情况下産生低摩擦支承。
根據另一有利的實施例，可以為支承體設置至少一個止動件，以形成機械振動限制裝置。至少一個止動件可以設計成阻尼器或具有阻尼器。例如，止動件可以具有類似橡膠的元件。也可以在支承體的上側設置止動件，使其在隔振器的運輸過程中不會從隔振器上掉落。同時，該實施例提供的優點在於，為了校準目的，支承體可以抵靠支承體上側的止動件放置。在該位置，支承體具有可用於控制和調節目的的獨特的、預先限定的位置。
根據另一有利實施例，兩個平面可以彼此傾斜大約90°至150°的角度。結果，在首次嘗試中取得了良好的效果。
根據另一有利的實施例，可以為每個腔室提供壓力控制閥，其由檢測膜的振動的振動感測器控制。通過電子控制裝置借助於振動感測器可以確定膜的運動，並且根據這種運動可以驅動相關聯的壓力控制閥，使得膜下方的腔室中的壓力增加或減少。振動感測器可以設計成距離感測器，利用所述距離感測器可以將膜調節到恒定的位置。
根據另一實施例，支承體(以及由此的待與振動隔離的質量)可以放置在精確地兩個空氣彈簧上，所述兩個空氣彈簧特別地布置在共同的殼體中。在具有正好兩個空氣彈簧的實施例中，存在緊湊的單元，其可以根據要求放置在機器支承裝置下方的三個或四個位置上。為了控制空間中的物體的位置，已知控制六個運動方向，每個方向都具有致動器。根據本發明，在一個殼體中提供最少三個具有兩個主動空氣彈簧的隔振器。
在具有四個隔振器的系統中，每個隔振器精確地具有兩個空氣彈簧，其中隔振器可以例如沿著兩個垂直交叉的軸線布置，這意味著存在過度決定，但是，沿所有六個自由度進行振動解耦是可能的。可以通過定義一個隔振器 作為主導裝置，然後將其他具有壓力控制的隔振器作為從動裝置來解決過度決定問題。
10:殼體
11:凸緣
12:蓋件
13:凸緣
14:支承體
15:定心銷
16:空氣彈簧
17:螺紋孔
18:空氣彈簧
20:膜
22:膜
24:腔室
26:腔室
28:支承板
30:反壓板
32:阻尼器、止動件
33:止動件
34:振動感測器、感測器、距離感測器
40:支承表面
42:支承表面
44:滾珠軸承
45:滾珠保持架
46:滾珠軸承
47:滾珠保持架
49:彈簧夾
50:倒角
51:彈簧夾
52:倒角
54:倒角、止動件
56:倒角、止動件
60:壓力控制閥、可控閥
62:壓力控制閥、可控閥
64:阻尼腔室
65:微控制器
66:阻尼腔室
68:節流閥、阻尼閥
70:節流閥、阻尼閥
E1:平面
E2:平面
α:角度
β:銳角
III:區域
IV:區域
下面參考附圖使用示例性實施例來描述本發明。附圖中示出：
圖1為隔振器的透視圖；
圖2為圖1隔振器沿II-II線的截面圖；
圖3為圖2的區域III的局部放大圖；
圖4為圖2的區域IV的局部放大圖；
圖5為圖1的隔振器的俯視圖，其中移除了蓋件和支承體；
圖6為圖5的組件中滾珠軸承被移除的平面圖，；
圖7為隔振器的連接圖；以及
圖8為具有三個根據圖1至圖7的隔振器的系統。
圖1示出具有基底殼體10的隔振器的透視圖，基底殼體10在其上側被框架形的蓋件12封閉。在基底殼體10中，支承體14安裝在兩個空氣彈簧16、18上，空氣彈簧16、18也容納在基底殼體10中。
在該實施例中，兩個空氣彈簧16和18以相同方式構造。如圖3和圖4所示，每個空氣彈簧16、18包括膜20、22，所述膜分別安裝在腔室24、26上方並密封腔室24、26。每個腔室24和26均可以通過相應的壓力控制閥60、62加載壓縮空氣，即可以加壓和排氣，為此兩個閥60、62通過微控制器65控 制(圖7)。進入腔室24和26的相應的空氣供應未在圖中示出。此外，也未示出測量每個腔室中的壓力並且連接到微控制器65的壓力感測器。例如，這種壓力感測器可以集成到壓力控制閥中。
圖2到圖4示出每個膜20、22處於其中性位置，即處於其未偏轉的位置。在該中性位置，每個膜20、22布置在一個平面內，即膜是平面形狀，其中兩個膜在其靜止位置所布置在其中的兩個平面彼此以V形布置或定向。換言之，兩個膜位於該V形的支腿上，該V形具有張角α，其在所示的示例性實施例中為大約120°。相應地，兩個空氣彈簧16和18的作用線以銳角β相交(參見圖2)，在所示的示例性實施例中該角約為60°。
具體如圖3和圖4所示，每個膜20、22用螺栓固定到支承板28，該支承板28由在膜的相對側上的反壓板30保持。在支承板28和反壓板30之間的空腔中有橡膠阻尼器32，其與基底殼體10的固定止動件33相互作用，以便在極端情况下對移動質量的衝擊進行緩衝。
放置在兩個空氣彈簧16和18上的支承體14的橫截面形成為近似三角形，並且在其下側具有兩個支承表面40和42，它們以與兩個平面E1和E2相同的角度α彼此傾斜。在空氣彈簧16和18的支承板28與兩個支承表面之間均設置扁平滾珠軸承44、46，在所示示例性實施例中的滾珠軸承具有跑道形外周輪廓並且具有多個軸承滾珠，這些滾珠借助於扁平滾珠保持架45、47以分布的方式布置在支承板28上。
圖5示出基底殼體10的俯視圖，其中蓋件12被移除並且支承體14被去除。可以看出，兩個空氣彈簧16和18彼此平行並排放置，其中滾珠軸承46和48放置在支承板28上方。兩個滾珠軸承44和46分別借助於彈簧夾 49、51定心並固定就位。圖6示出圖5的視圖，其中滾珠軸承44和46被去除使得膜20、22可見。
如圖2所示，支承體14在其上側設置有兩個倒角50、52，它們平行於蓋件12的開口中的相應倒角54、56延伸。因此，蓋件12的兩個倒角54和56形成用於支承體14的上部固定止動件，其同時防止支承體14在蓋件關閉時從殼體12中掉出。在兩個膜20、22的下方設置有止動件33，阻尼器32可以抵靠在該止動件上以避免支承體14在極端振動的情况下的猛烈撞擊。
圖1清楚地表示，兩個壓力控制閥60和62布置並固定在基底殼體10的側面。電氣連接和氣動連接在兩個壓力控制閥60和62的下方。此外，兩個阻尼腔室64和66設置在基底殼體10中，它們分別通過可調節的節流閥68、70連接到腔室24、26中的一者。
通過在基底殼體10的側面設置的緊固凸緣11和13，可以容易地將上述隔振器安裝在水平底面上。然後可以將待與振動隔離的裝置，例如配料機器人或其他裝置連接到支承體14，其中為了便於安裝，在支承體14的中部在其上側設置有被螺紋孔17圍繞的定心銷15。
如上所述，可以在一個裝置下設置多個上述隔振器以進行振動隔離，其中在三個隔振器的情况下，圖8所示的星形布置有利於在所有六個自由度上隔離振動。在所示的布置中，恰好三個根據本發明的隔振器以星形布置定位在底板下方，並且彼此盡可能遠地間隔開。
為了能夠檢測每個膜16、18的振動，以感測器線圈形式的振動感測器34集成在每個腔室24、26底部的基底殼體10中，其檢測由鐵構成或含有鐵的反壓板30的運動。兩個振動感測器34確定感測器線圈和膜之間的距離變 化，並且連接到微控制器65(圖7)，並且控制兩個壓力控制閥60、62，使得兩個腔室24、26加載預定的壓力，或解除壓力。因此，兩個壓力控制閥60和62連接到壓力管路P和返回管路R。附圖標記A表示數據電源線。
對於用於振動隔離的非調節操作，可以首先對兩個腔室24和26加載壓力，使得支承體14放置在止動件54、56上，從而處於預定和限定的位置。然後可以降低腔室中的壓力，使得兩個膜都處於其圖中所示的中性位置。然後可以通過腔室中的流體(通常是空氣)經由相應的阻尼閥68和70流入和流出阻尼腔室64和66來實現更高頻率的振動隔離。
然而，如果需要主動振動阻尼，感測器34可以檢測每個膜的運動，然後微控制器65可以控制壓力控制閥60和62，使得每個膜的振動通過控制腔室24和26中的壓力來衰減。
如果預先知道所産生的振動，例如因為機器人或另外的機器沿著預定的運動曲線運動，則産生對於隔離振動的特別有利的過程。當然，這裡僅提及機器人作為在操作過程中産生振動的裝置的示例。為了實施該方法，機器或機器人可以附接到上述隔振器的支承體，然後根據預定運動曲線運動。例如，配料機器人可以運動使得配料閥沿著預定運動路徑運動。在此出現的振動可以借助振動感測器檢測和記錄，其中例如可以使用隔振器的距離感測器34。可選地，為每個膜確定與通過壓力加載調節的距離的偏差。
當隨後機器或機器人再次沿著預定運動曲線移動時，發生的振動是已知的，並且預先為每個腔室中的壓力創建的壓力曲線可以用於抵消運動期間發生的振動。為此，兩個腔室24、26可以以這樣的方式加載壓力，使得壓力對應於當機器人或機器根據預定運動曲線再次運動時産生的壓力曲線。這可以 實現極好的振動補償。在這種情况下，還可能有利地，稍早地觸發壓力變化，以便考慮到壓力控制閥的反應時間。
即時以太網應用(RTE)，特別是與以太網供電(PoE)相關的應用，適用於機器人的運動數據和振動感測器數據的快速數據采集。
10:殼體
11:凸緣
12:蓋件
13:凸緣
14:支承體
16:空氣彈簧
18:空氣彈簧
50:倒角
52:倒角
64:阻尼腔室
66:阻尼腔室
E1:平面
E2:平面
α:角度
β:銳角
III:區域
IV:區域

Claims (15)

  1. 一種隔振器，其包括：
    支承體(14)，其安裝在至少兩個空氣彈簧(16、18)上，其中，每個所述空氣彈簧(16、18)具有由膜(20、22)封閉的腔室(24、26)，所述腔室通過可控閥(60、62)加載壓縮空氣，其中，
    每個所述膜(20、22)在其中性位置時布置在平面(E1、E2)中，
    兩個所述平面(E1、E2)彼此呈V形布置，並且
    所述支承體(14)放置在兩個所述空氣彈簧(16、18)上。
  2. 如請求項1所述的隔振器，
    其中，
    所述兩個空氣彈簧(16、18)的作用線以銳角(β)相交。
  3. 如請求項1或2所述的隔振器，
    其中，
    所述支承體(14)均通過平面滾珠軸承(44、46)安裝在所述空氣彈簧上。
  4. 如請求項1至3中任一項所述的隔振器，
    其中，
    在所述支承體(14)和每個所述空氣彈簧(16、18)之間設置滾珠軸承(44、46)，所述滾珠軸承的滾珠保持在以彈簧為中心的滾珠保持架(45、47)中。
  5. 如請求項1至4中任一項所述的隔振器，
    其中，
    每個所述膜(20、22)均設置有支承板(28)。
  6. 如請求項1至5中任一項所述的隔振器，
    其中，
    為所述支承體(14)設置至少一個止動件(32、33、54、56)。
  7. 請求項6所述的隔振器，
    其中，
    所述至少一個止動件(32、33、54、56)被設計為阻尼器(32)或具有阻尼器(32)。
  8. 如請求項1至7中任一項所述的隔振器，
    其中，
    所述支承體(14)具有兩個支承表面(40、42)，所述支承表面以與所述兩個平面(E1、E2)相同的角度(α)彼此傾斜。
  9. 如請求項1至8中任一項所述的隔振器，
    其中，
    所述兩個平面(E1、E2)以大約90°-150°的角度(α)彼此傾斜。
  10. 如請求項1至9中任一項所述的隔振器，
    其中，
    每個所述腔室(24、26)均設置壓力控制閥(60、62)，所述壓力控制閥由振動感測器(34)控制，所述振動感測器檢測所述膜(20、22)的振動。
  11. 如請求項1至10中任一項所述的隔振器，
    其中，
    所述支承體(14)精確地放置在所述兩個空氣彈簧(16、18)上，所述空氣彈簧特別地布置在共同的殼體(10)中。
  12. 一種用於振動隔離的系統，其包括三個或四個如請求項1至10 中任一項所述的隔振器，每個隔振器精確地具有兩個空氣彈簧(16、18)。
  13. 一種通過使用至少一個如請求項1至10中任一項所述的隔振器的機器人的振動隔離方法，其包括以下步驟：
    -將機器人緊固在所述支承體上；
    -根據預定運動曲線移動所述機器人；
    -借助所述振動感測器檢測發生的振動；
    -為每個腔室中的壓力創建壓力曲線，以在所述機器人根據所述預定運動曲線移動時抵消發生的振動；和
    -當所述機器人根據預定運動曲線再次移動時，向所有腔室加載對應於創建的壓力曲線的壓力。
  14. 如請求項13所述的方法，
    其中，
    通過所述隔振器的距離感測器檢測振動，其中特別地針對每個膜確定與通過加載壓力調節的距離的偏差。
  15. 如請求項12或13所述的方法，
    其中，
    所述腔室在檢測振動之前加載預定壓力，特別地選擇所述預定壓力以使得每個膜處於其中性位置。
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