一种双气缸同步驱动控制装置与方法与流程

本发明涉及同步驱动控制领域，具体涉及一种双气缸同步驱动控制装置与方法。

背景技术：

随着科技的发展，现代制造业的发展出现了新的动力，标志着更加复杂的生产任务和高精度的生产要求。人们对机械设备的质量和产品性能要求越来越高，在某些场合针对单一驱动装置进行控制已经不能满足工作需求。在设备控制过程中，常需要对多个运动单元进行协调同步控制以满足工作需求。在新的制造发展形势下，机械系统的同步控制方法不断发展，规模不断扩大，广泛应用于各个领域。机械系统的同步重点在于实现平稳运动，考虑到稳定性，低加速度，无抖动运动和低振动。对于同步系统，按其驱动方式可以分为机械驱动的同步系统、电气驱动的同步系统、气体驱动的同步系统和液压驱动的同步系统。其中气体驱动的系统成本低、易于维护、功率高，但是由于复杂的非线性动力学使系统同步成为一个难题。

现有的气体驱动的同步系统多采用以气缸驱动机械机构，利用机械机构实现同步的方式来达到的同步目的，这实际上可以算是机械驱动的同步方式，但是由于机械传动间隙、难以调节传动比、受总轴弹性模量制约等原因同步精度受到极大影响。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种双气缸同步驱动控制装置与方法。

本发明考虑到了传统气体驱动的同步系统的主要误差来源，直接使用气缸进行驱动，比例控制阀和拉压力传感器辅助进行同步驱动控制，提高了同步精度，能在运动不同步时快速恢复同步，使两气缸输出的力能够快速、准确、稳定地同步。

本发明采用如下技术方案：

一种双气缸同步驱动控制装置，包括气缸驱动检测部分及控制部分；

所述气缸驱动检测部分包括输出杆，所述输出杆固定在旋转杆的中点位置，所述旋转杆固定在实验台上，所述旋转杆的两端分别安装一个气缸驱动单元，两个气缸驱动单元结构相同，均包括气缸、活塞杆及拉压力传感器，所述拉压力传感器一端通过连接件与活塞杆连接，其另一端通过转轴与旋转杆的一端连接，所述气缸通过控制作用于活塞杆的气体推拉与活塞杆相连接的连接件；

所述控制部分，包括a/d转换卡、数据采集卡、d/a转换卡、气动控制单元及工控计算机；

拉压力传感器检测有负载状态下旋转杆的受力信号，传输到a/d转换卡，然后经过数据采集卡输入到工控计算机，工控计算机根据受力信号输出控制指令经过d/a转换卡输出给气体控制单元控制两气缸的同步驱动。

所述气动控制单元包括气动三联件、气泵、调压阀及比例控制阀，气源通过气泵和气动三联件得到高压气体，然后通过调压阀得到稳定电压输出到比例控制阀控制气缸驱动，所述比例控制阀与工控计算机连接。

两个气缸平行固定在实验台上，初始状态为一个气缸的活塞杆完全伸出，另一个气缸的活塞杆完全缩回。

所述旋转杆具体是通过轴承座固定在两个气缸距离的中轴线上，当两个活塞杆运动一半时，旋转杆分别与两个活塞杆垂直。

旋转杆的中央孔与转轴配合，转轴另一端与带止推轴承的轴承座配合，所述轴承座固定在实验台上。

拉压力传感器的另一端通过连接件与铰链螺栓连接，所述铰链螺栓与转轴配合，进一步与旋转杆的一端连接。

一种双气缸同步驱动控制装置的控制方法，包括如下步骤：

第一步气源通过气泵和气动三联件得到洁净的高压气体，通过调压阀后得到稳定气压，通过比例控制阀后气体作用于气缸的活塞杆，使活塞杆向外输出力；

第二步拉压力传感器检测受力信号由a/d转换卡转换成数字信号输入数据采集卡，进一步输入到工控计算机进行相应的处理后得到两气缸的力反馈信号；

第三步将第二步的反馈信号经过工控计算机处理后生成控制比例控制阀的脉冲信号，该信号通过d/a转换卡转换为模拟信号后输出给两个比例控制阀以调节输入气缸的气压、流量及方向，进而控制气缸输出的力，使两气缸同步驱动，实现对双气缸输出力的闭环控制。

本发明的有益效果：

(1)本拉压力检测装置由拉压力传感器加旋转杆构成，由于采样频率快、测量精度高，能够实时动态地检测旋转杆的受力状态，并将信号反馈给工控计算机进行调控，使气缸输出的力随时保持同步，实现了双气缸的同步驱动控制。

(2)本装置的旋转杆长度远远大于气缸活塞杆行程，工作过程中旋转杆转动角度很小，拉压力传感器允许一定的变形，所以活塞杆和拉压力传感器可以近似为直线运动，两气缸可以直接固定在实验台上而不用考虑转动，装置处于同步状态时两拉压力传感器测得的力大小相等、方向相反。

(3)本装置采用比例控制阀对气体的压力和流量及方向进行控制，可以使输出的气体参数岁电信号参数的变化而变化，实现连续的比例控制，控制精度高，且机构简单、效率高、无污染。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是系统的轴侧图；

图3是图1的正视图；

图4是图1的俯视图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1-图4所示，一种双气缸同步驱动控制装置，包括气缸驱动检测部分及控制部分；

所述气缸驱动检测部分包括输出杆，所述输出杆14固定在旋转杆15的中部，旋转杆15的中央孔与第三转轴13配合，第三转轴的另一端与带止推轴承的轴承座12配合，该轴承座12固定在实验台5上。所述旋转杆的两端分别安装一个气缸驱动单元，两个气缸驱动单元结构相同，均包括气缸、活塞杆及拉压力传感器。

所述旋转杆的一端通过第一转轴17连接，所述第一转轴17与第一铰链螺栓16连接，第一拉压力传感器19一端与第一连接件20连接，另一端与第三连接件18连接，所述第三连接件的另一端与第一铰链螺栓连接，所述第一连接件20的另一端与第一活塞杆21连接，所述气缸为单出杆双作用气缸，第一活塞杆与第一气缸1连接，所述第一气缸通过第一气缸安装架2固定在实验台5上，第一气缸通过控制作用于第一活塞杆的气压、气体流量及方向，推拉与第一气缸连接的第一活塞相连的第一连接件。

所述旋转杆15的另一端通过第二转轴11连接，所述第二转轴11与第二铰链螺栓10连接，所述第二拉力传感器8的两端分别与第二连接件7及第四连接件9连接，所述第四连接件与第二铰链螺栓10连接，所述第二连接件与第二活塞杆6连接，所述第二活塞杆与第二气缸3连接，所述第二气缸通过第二气缸安装架4固定在实验台上。

两个气缸平行设置在实验台上，两者间的距离根据旋转杆的长度决定，略小于旋转杆长度，安装时第一气缸连接的第一活塞杆21应该完全伸出，第二气缸连接的第二活塞杆应当完全缩回。所述的气缸选择中国台湾气立可的治具气缸jd系列，型号为jd100x140-sd2，为单杆双作用气缸，缸径100mm，行程140mm，轴端牙型为轴端内牙，带两个感应器，可承受0.1-0.7mpa的空气压力；旋转杆的长度为1000mm，远大于活塞杆行程,，杆上的孔直径35mm，配合的滑动轴承内径30mm，选用米思米公司产品，型号为lfzb35-30。

在双气缸同步驱动过程中，活塞杆由于进入气缸的气体速度与量的不同会输出不同的推力或拉力，输出的力通过连接件传递给第一及第二拉力传感器，拉压力传感器通过测量力的大小和方向生成信号，经第一a/d转换卡22和第二a/d转换卡23转换后生成数字信号并通过数据采集卡24输出给工控计算机29。

采用的拉压力传感器选择中国深圳秦合源公司的型号为qls-11的s型拉压力传感器，该拉压力传感器宽51mm，长76.2mm，厚19.1mm，额定载荷为

50kg-750kg，精度为0.03级，应用于拉压双向力测量，拉、压输出对称性好；铰链螺栓选用米思米公司的配件，自带滑动轴承，型号为hgmbb12-20-42-12a，与之配合的转轴轴颈直径为20mm，另一端直径为30mm，轴身直径为40mm；连接件尺寸是根据所用螺栓自行设计的；输出杆14固定在旋转杆15中部，输出杆可根据需要自行选择设计，用于负载，可自行添加组件以适应相应的工作任务；旋转杆15中央孔与第三转轴13配合，所述的第三转轴13一端轴径依然为30mm，第三转轴13另一端与带止推轴承的轴承座配合，轴承座选用米思米公司的bgcsb30，带止推轴承，内径为30mm且带有止推，因此所述的第三转轴另一端轴径依次为30mm、35mm、50mm；轴承座固定在两气缸的距离的中轴线上，当两气缸活塞杆刚好运动一半行程处时，旋转杆与两活塞杆应当正好垂直。

所述控制部分，包括a/d转换卡、数据采集卡、d/a转换卡、气动控制单元及工控计算机；

所述气体控制单元具体为气源33通过气压阀32和气动三联件31得到洁净的高压气体，通过调压阀30后得到稳定气压，通过第一及第二比例控制阀25、26输入到第一及第二活塞杆作往复运动。

在双气缸同步驱动过程中，气缸的驱动是由工控计算机29发出指令脉冲，经过第一d/a转换卡27和第二d/a转换卡28进行d/a转换后分别输出给第一比例控制阀25和第二比例控制阀26控制输入气体驱动气缸活塞杆作往复运动。采用的d/a控制卡为台湾研华公司生产的pcl-727型，比例方向控制阀为日本smc气动公司生产，型号为ver2000-02。

两气缸的活塞杆行程远小于旋转杆长度，旋转杆的旋转角度很小，工作过程中的活塞杆及拉压力传感器可以近似为直线运动；在有负载的情况下，如果两拉压力传感器测得的力大小一致，方向相反，则两气缸输出的力同步，两气缸同步驱动；如果第一拉压力传感器测得的力小于第二拉压力传感器，则第一气缸输出的力比第二气缸小；如果第一拉压力传感器测得的力大于第二拉压力传感器，则第一气缸输出的力比第二气缸大；气缸内的气体将活塞杆推出时，拉压力传感器测到压力；气缸内的气体使活塞杆缩回时，拉压力传感器测到拉力。

一种基于双气缸同步驱动控制方法，包括如下步骤：

第一步气源通过气泵和气动三联件得到洁净的高压气体，通过调压阀后得到稳定气压，通过比例控制阀后气体作用于气缸的活塞杆，使活塞杆向外输出力；

第二步拉压力传感器检测受力信号由a/d转换卡转换成数字信号输入数据采集卡，进一步输入到工控计算机进行相应的处理后得到两气缸的力反馈信号；

第三步将第二步的反馈信号经过工控计算机处理后生成控制比例控制阀的脉冲信号，该信号通过d/a转换卡转换为模拟信号后输出给两个比例控制阀以调节输入气缸的气压、流量及方向，进而控制气缸输出的力，使两气缸同步驱动，实现对双气缸输出力的闭环控制。

两个单出杆的双作用普通气缸平行固定在工作台上，其活塞杆与旋转杆之间加装拉压力传感器以检测旋转杆两端所受拉压力，保证中部固定的旋转杆转动时两端同步，从而使两气缸在有负载的工作过程中输出大小相等、方向相反的力。本发明运用拉压力传感器采样频率快、测量精度高的特点，对两气缸输出的力进行实时监测，结合气缸位置感应器对活塞杆位置的控制和比例方向控制阀对气量的控制，通过工控计算机使用相应的算法，实现对双气缸驱动的同步控制。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。