专利名称：一种基于电磁力补偿的无惯性力影响的气浮随动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及气浮随动装置，尤其是一种无惯性力影响的气浮随动装置。
背景技术：
目前采用的吊挂方式是将重物(运动件)通过吊挂绳直接吊挂在直线导轨上的滑块上，滑块跟着运动件随动。但在高精度测量时，直线导轨与滑块间的摩擦力会对运动件的空间位置和运动产生附加作用力的影响。另一方面，由于运动件连接到滑块上，滑块及其它吊挂随动部件都有质量，在随动部件跟随运动件运动过程中会产生惯性力，该惯性力就会附加到运动件上。为了实现长距离无摩擦运动，专利申请号为CN 201010165536.0的“用于超长距离跟随吊点运动轨迹的无摩擦气浮装置”提供了一种用于超长距离跟随吊点运动轨迹的无摩擦气浮装置，该专利将轴向长距离无摩擦移动嫁接到一般运动精度的滑块导轨组件上，即可实现气浮套在短气浮轴随运动件作大位移移动。但是，带来了新问题，两个气浮套与贮气套组成的气浮随动装置的质量很大，在运动件加速或减速运动时，气浮随动装置与其它吊挂随动部件的惯性力影响不能忽略，此时仅仅被动跟随不能满足精密同步跟随吊点运动轨迹的要求，需要测量出跟随误差，设法去除该惯性力的影响。
发明内容
为了克服已有气浮随动装置的不能消除惯性力影响、控制精度较低的不足，本发明提供一种有效消除惯性力影响、控制精度较高的基于电磁力补偿的无惯性力影响的气浮随动装置。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种基于电磁力补偿的无惯性力影响的气浮随动装置，包括气浮轴、气浮套和长距离导轨气浮滑轮，所述气浮套套装在所述气浮轴上，所述气浮套有两个，所述气浮套均与贮气套密封连接，所述贮气套与气浮轴之间为贮气腔，所述气浮轴的轴心开有进气通道，所述进气通道的一端连接主供气管，所述进气通道的另一端与所述贮气腔连通，所述贮气腔设有出气口，所述出气口通过连接气管与各个气浮套的进气口连通；所述贮气套上套装吊挂绳，所述运动件吊装在所述吊挂绳上；所述气浮随动装置还包括用于检测吊挂绳与贮气套之间是否出现倾斜的倾角传感器和用于抵消惯性力影响的电磁力产生机构，所述倾角传感器安装在吊挂绳上，所述电磁力产生机构包括电磁铁和永磁体，所述电磁铁装在安装座内上，所述永磁体装在忙气套上，所述永磁体正对所述电磁铁。进一步，所述电磁铁装在安装座左端，所述永磁体装在贮气套右端。当然，也可以采用其他安装方式。再进一步，所述气浮轴的两端分别套装安装座，所述安装座与所述滑台固定连接，所述滑台连接到长距离直线导轨上，光栅尺装在贮气套中间位置，光栅尺读数头装在安装座中间位置，所述光栅尺读数头正对光栅尺。
本发明的技术构思为气浮随动装置根据运动件吊点位置无摩擦随动，通过光栅尺检测贮气套位置，如果安装座上的光栅尺读数头读出的位置值不等于零，则主动控制电机等驱动源，通过同步带控制滑台移动，保证贮气套与安装座的相对位移为零，即位于安装座的中心位置。在运动前对倾角传感器清零，等效气浮套与运动件跟随一致时，吊挂绳与贮气套垂直，此状态下倾角传感器没有读数。如果运动件沿直线导轨方向加速或减速(启动或停止)运动时，由于等效气浮套的质量较大，跟随运动过程中虽然没有摩擦力的影响，却不可避免的要受到自身惯性力的影响，出现滞后或超前，不能一致跟随，此状态下吊挂绳与贮气套不再保持垂直，而是出现倾斜，设此倾斜角度为a。详见附图2。装在吊挂绳上的倾角传感器可以灵敏地测出α的大小，并把该角度值传给带PID控制的嵌入式微处理器，嵌入式微处理器根据整定过的PID参数计算出控制电磁铁的电流的大小与方向，安装座左端的电磁铁对贮气套右端的永磁铁产生与惯性力相反的推力或吸力，推或拉贮气套运动，从而弥补惯性力的影响，使等效气浮套与运动件一致跟随，即减小吊挂绳的倾角α，使吊挂绳与贮
气套保持垂直。控制系统原理详见附图3。本发明很好的解决了由于超长距离随动的气浮装置中增加了等效气浮套的质量，因此产生的惯性力不能简单忽略，进而单纯靠被动跟随不能同步运动的问题。本发明通过嵌入式微处理器控制电磁铁产生与惯性力大小相等方向相反的力，使等效气浮套主动跟随运动件运动，达到精密同步运动的目的。本发明的有益效果主要表现在为了实现气浮套在短气浮轴上根据运动件吊点位置作长距离无摩擦随动，将轴向长距离无摩擦移动嫁接到一般运动精度的滑台导轨组件上，通过光栅尺检测贮气套位置，由主动控制电机等驱动源控制滑台移动，保证贮气套与安装座的相对位移为零，这样就能够保证运动件在长距离移动情况下始终保持无摩擦。但是由于增加了等效气浮套的质量，因此产生的惯性力不能简单忽略，单纯靠被动跟随不能同步运动。本专利根据倾角传感器测得的吊挂绳倾斜角度值，由嵌入式微处理器控制电磁铁产生与惯性力大小相等方向相反的力，使等效气浮套主动跟随运动件运动，达到一致跟随的目的。
图I是一种采用电磁力补偿气浮随动装置的惯性力的机械结构图。图2是吊挂绳倾斜角度示意图。图3是采用电磁力补偿气浮随动装置的惯性力的方法的控制图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步描述。参照图f图3，一种基于电磁力补偿的无惯性力影响的气浮随动装置，包括气浮轴10和气浮套2，所述气浮套2套装在所述气浮轴10上，所述气浮套2有两个，所述气浮套2均与贮气套I密封连接，所述安装座8装在所述气浮轴10两端，所述贮气套I与所述气浮套2构成气浮随动装置，所述气浮随动装置通过掉挂绳12与运动件13随动；所述无惯性力影响的气浮随动装置还包括长距离直线导轨6，所述长距离直线导轨6安装在工字梁14两侦牝工字梁4上安装滑台5，所述滑台5与所述安装座8固定连接。所述贮气套I与气浮轴10之间为贮气腔，所述气浮轴10的轴心开有进气通道，连接主供气管7，并与所述贮气腔连通，所述贮气腔设有出气口，所述出气口通过连接气管15与各个气浮套2的进气口连通。所述位置传感器光栅尺3安装在贮气套中间位置，光栅尺读数头4装在安装座中间位置，用以判断气浮随动装置偏离气浮轴中间位置是否达到设定值。所述电磁铁9安装在所述安装座8上，所述永磁体11安装在所述贮气套I。所述倾角传感器11安装在吊挂绳12上。气浮套与贮气套间通过O型 圈对贮气套密封。本实施例中，当运动件13沿与气浮轴10轴向平行的方向短距离移动时，随即拖动贮气套I与气浮套2构成的等效气浮套在气浮轴10上轴向移动。当光栅尺3检测到贮气套与安装座的相对位移大于设定值后，主动控制电机16，控制滑台5按贮气套I相同运动方向移动，从而保证运动件始终位于气浮轴10的中间位置。对于长距离移动的场合，通过主动驱动机构带动滑台移动，由于气浮套与气浮轴之间无摩擦运动的特性，滑台的移动过程并不对气浮套和贮气套及运动件的空间位置及运动造成影响。参照附图2、3，当运动件13沿与气浮轴10轴向平行的方向移动时，由于等效气浮套的质量较大，拖动等效气浮套移动时不能忽略惯性力的影响，如果等效气浮套不能一致跟随，则吊挂绳不再垂直于贮气套1，倾斜角度为α。装在吊挂绳上的倾角传感器可以灵敏地测出α的大小，并把该角度值传给带PID控制的嵌入式微处理器，嵌入式微处理器根据整定过的PID参数计算出控制电磁铁的电流的大小与方向，安装座左端的电磁铁对贮气套右端的永磁铁产生与惯性力相反的推力或吸力，推或拉贮气套运动，从而弥补惯性力的影响，使等效气浮套与运动件一致跟随，即减小吊挂绳的倾角α，最终使吊挂绳与贮气套重新保持垂直。具体的控制算法如下当光栅尺检测到的安装座与贮气套的相对位移为零时，倾角传感器测出吊挂绳的倾斜角度，绳长L和等效气浮套质量m已知。
dfLsinci)线性速度V = ^一^嵌入式微处理器算法如下
dt设h时刻的吊挂绳与贮气套的倾斜角度是α 0,时间间隔At很小，例如O. Ols, At时刻的吊挂绳与贮气套的倾斜角度是a i，则线性速度近似为
L sin Ot1 — L sin α0V Λ；-
tl — t0已知线性加速度a 二 —『d(Lsina)I,设^时刻的线性速度为v。，tj=t0+ Δ t时亥丨J
dt L dt J
的线性速度为V1，At很小，则 V1 — V0a ~ -
tI — to
^d rd (Lsina)1ψ则惯性力F=ma=niT —~I-j % m(—
dtd t11 t q
电磁铁线圈的匝数N，铁芯横截面积S已知，电磁铁的吸力F计算公式推导如下
权利要求
1.一种基于电磁力补偿的无惯性力影响的气浮随动装置，包括气浮轴、气浮套和长距离导轨气浮滑轮，所述气浮套套装在所述气浮轴上，所述气浮套有两个，所述气浮套均与贮气套密封连接，所述贮气套与气浮轴之间为贮气腔，所述气浮轴的轴心开有进气通道，所述进气通道的一端连接主供气管，所述进气通道的另一端与所述贮气腔连通，所述贮气腔设有出气口，所述出气口通过连接气管与各个气浮套的进气口连通；所述贮气套上套装吊挂绳，所述运动件吊装在所述吊挂绳上；其特征在于所述气浮随动装置还包括用于检测吊挂绳与贮气套之间是否出现倾斜的倾角传感器和用于抵消惯性力影响的电磁力产生机构，所述倾角传感器安装在吊挂绳上，所述电磁力产生机构包括电磁铁和永磁体，所述电磁铁装在安装座内上，所述永磁体装在忙气套上，所述永磁体正对所述电磁铁。
2.如权利要求I所述的一种基于电磁力补偿的无惯性力影响的气浮随动装置，其特征在于所述电磁铁装在安装座左端，所述永磁体装在贮气套右端。
3.如权利要求I或2所述的一种基于电磁力补偿的无惯性力影响的气浮随动装置，其特征在于所述气浮轴的两端分别套装安装座，所述安装座与所述滑台固定连接，所述滑台 连接到长距离直线导轨上，光栅尺装在贮气套中间位置，光栅尺读数头装在安装座中间位置，所述光栅尺读数头正对光栅尺。
全文摘要
一种基于电磁力补偿的无惯性力影响的气浮随动装置，包括气浮轴、气浮套和长距离导轨气浮滑轮，气浮套套装在气浮轴上，气浮套有两个，气浮套均与贮气套密封连接，贮气套上套装吊挂绳，运动件吊装在吊挂绳上；倾角传感器安装在吊挂绳上；电磁力产生机构包括电磁铁和永磁体，电磁铁装在安装座内上，永磁体装在贮气套上，永磁体正对电磁铁。本发明有效消除惯性力影响、控制精度较高。
文档编号F16C41/00GK102817909SQ20121028039
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月8日 优先权日2012年8月8日
发明者孙建辉, 袁巧玲, 单晓杭 申请人:浙江工业大学