基于喷嘴喷力补偿的消除惯性力影响的气浮随动装置的制作方法

文档序号:5536958阅读:278来源:国知局
专利名称:基于喷嘴喷力补偿的消除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,尤其是一种消除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喷嘴喷力补偿的消除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喷嘴喷力补偿的消除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加速度传感器和用于抵消惯性力影响的空气喷嘴,所述加速度传感器安装在运动件上;所述空气喷嘴分别安装在所述安装座的两侧,且所述空气喷嘴的空气出口朝向贮气套的侧边。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。当气浮装置随动部件与运动件加速度相同时,认为运动一致跟随。当运动件沿直线导轨方向运动,尤其是加速或减速运动(启动或停止)时,由于气浮装置随动部件的质量较大,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。为了避免正反馈,将加速度传感器贴在运动件上,测得其加速度a,安装在安装座上的喷嘴需要提供一个相同方向的喷力F=ma,使得气浮装置随动部件的加速度与运动件的加速度相同,从而减小气浮装置随动部件质量的影响,保证气浮装置随动部件对运动件的一致跟随。本发明很好的解决了气浮装置的随动部件质量变大,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喷嘴产生直接作用到气浮装置随动部件的力,使随动部件的加速度与运动件的加速度相同,达到减小气浮装置质量的影响,从而保证一致跟随。本发明的有益效果主要表现在为了实现气浮装置的随动部件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块导轨组件上,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块移动,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。但是由于增加了气浮装置随动部件的质量,因此产生的惯性力不能简单忽略,单纯靠被动跟随不能一致跟随。本专利根据运动件上的加速度传感器测得的加速度值,由嵌入式微处理器控制喷嘴产生作用到气浮装置随动部件的力,使随动部件的加速度与运动件的加速度相同,达到减小气浮装置质量的影响,从而保证一致跟随。


图I是基于喷嘴喷力补偿的消除惯性力影响的气浮随动装置机械结构图。图2是消除惯性力影响的气浮随动装置控制原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。参照图I和图2,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;所述消除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17两侧,工字梁17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。
所述空气喷嘴9安装在所述安装座7上,所述空气喷嘴9的空气出口且所述空气喷嘴的空气出口朝向贮气套的侧边。加速度传感器14安装在运动件13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组成的气浮随动装置在气浮轴10上轴向移动。当位置传感器光栅尺
3检测到贮气套I与安装座8的相对位移大于设定值后,主动控制电机16,通过同步带控制滑台5按贮气套I相同运动方向移动,从而保证贮气套I与气浮套2组成的气浮随动装置始终位于安装座的中间位置。对于长距离移动的场合,主动控制电机7通过同步带带动滑台移动,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2和
贮气套I及运动件13的空间位置及运动造成影响。当运动件13沿与气浮轴10轴向平行的方向移动时,由于气浮随动装置的质量较大,拖动气浮随动装置移动时不能忽略其惯性力的影响,如果气浮随动装置不能一致跟随,则吊挂绳12不再垂直于贮气套1,出现倾斜,倾斜角度为α。加速度传感器可以灵敏地测出倾斜角度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惯性力计算公式(F=ma),计算出需要补偿的惯性力方向和大小,选择开启安装座左端还是右端的喷嘴,并且通过PID算法直接计算出喷嘴开启的大小,具体通过控制连接到喷嘴的比例阀来实现,最终由其中的一个(或一组)空气喷嘴对贮气套作用,使得由两个气浮套与贮气套构成的随动部件的加速度与运动件的加速度相同,从而保证随动部件对运动件的一致跟随。控制系统原理详见附图2。
权利要求
1.一种基于喷嘴喷力补偿的消除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加速度传感器和用于抵消惯性力影响的空气喷嘴,所述加速度传感器安装在运动件上;所述空气喷嘴分别安装在所述安装座的两侧,且所述空气喷嘴的空气出口朝向贮气套的侧边。
2.如权利要求I所述的基于喷嘴喷力补偿的消除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
一种基于喷嘴喷力补偿的消除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;加速度传感器安装在运动件上;空气喷嘴分别安装在所述安装座的两侧,且所述空气喷嘴的空气出口朝向贮气套的侧边。本发明有效消除惯性力影响、控制精度较高。
文档编号F16C32/06GK102817911SQ201210280398
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
发明者单晓杭, 袁巧玲, 孙建辉 申请人:浙江工业大学
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