长距离二维跟随恒力吊挂装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种长距离二维跟随恒力吊挂装置，包括恒力输出气缸、气浮装置、导轨系统、滑轮组、卷绳电机、悬挂绳、检测装置等；所述导轨系统包括直线导轨、滑块、电机；、所述滑块套装在直线导轨上，所述电机可驱动滑块运动，所述气浮装置连接滑块，所述第一定滑轮和第二定滑轮与气浮装置连接，所述悬挂绳一端固定，另一端依次穿过第一定滑轮、动滑轮、第二定滑轮连接卷绳电机，所述动滑轮通过动滑轮座连接恒力输出气缸，所述恒力输出气缸的活塞杆穿过缸筒盖吊挂目标工件。本实用新型通过恒力输出气缸实现竖直方向的恒力吊挂，通过检测装置、滑轮组和卷绳电机实现竖直方向的超长跟随，通过滑轮组和气浮装置实现水平跟随，稳定性好、精度高。
【专利说明】长距离二维跟随恒力吊挂装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及二维恒力吊挂装置。
【背景技术】
[0002]二维恒力吊挂装置是对目标工件实现竖直方向的恒力吊挂和水平上的运动跟随，对目标工件不引入其他外力，不对目标工件运动状态产生影响。现有技术通常是采用悬挂绳将直线导轨的滑块和目标工件连接起来，通过角度传感器测量出悬挂绳的偏角，通过电机控制滑块运动实现水平方向的运动跟随，再通过力传感器测量出悬挂绳上力的大小，通过收紧或放松悬挂绳实现垂直方向的随动和恒力输出。但是由于传感器测量存在一定的误差，电机控制精度不高，难以消除波动和误差，在具体实现过程中存在很多问题。由于气浮导轨较普通导轨相比具有无摩擦的特点，因此将目标工件和气浮套连接起来，通过气浮套在气浮轴上的无摩擦运动实现水平运动被动跟随，再通过砝码与目标工件吊挂，实现竖直方向的恒力输出和运动跟随，但是当目标工件做加速或减速运动时，砝码会因自身惯性力的影响而产生一个作用在目标工件上的附加力，且砝码质量越大影响越大，因此这种方法只适用于目标工件低速或匀速运动的场合，另一方面，受加工条件和加工精度的限制，气浮导轨的行程不大，难以实现超长行程的运动跟随。
【发明内容】
[0003]针对现有二维恒力吊挂装置测量误差大、跟随精度不高、减重砝码惯性力影响大等问题，本实用新型提供一种采用恒力输出气缸实现恒力吊挂、气浮导轨实现长距离水平跟随、精度高、稳定性好的二维跟随恒力吊挂装置。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]长距离二维跟随恒力吊挂装置，包括恒力输出气缸、气浮装置、导轨系统、滑轮组、卷绳电机、悬挂绳、检测装置。
[0006]所述导轨系统包括直线导轨、滑块、电机。所述直线导轨安装在水平横梁上且两端通过支架支撑，所述滑块套装在直线导轨上，所述电机安装在支架上且可驱动滑块运动。
[0007]所述气浮装置包含气浮座、气浮轴、气浮套；所述气浮套套装在气浮轴上，所述气浮轴两端通过气浮座支撑，所述气浮座连接滑块。
[0008]所述滑轮组包含第一定滑轮、第二定滑轮和动滑轮，所述第一定滑轮和第二定滑轮与气浮套固定，所述悬挂绳一端与支架固定，所述悬挂绳另一端依次穿过第一定滑轮、动滑轮、第二定滑轮连接卷绳电机，所述动滑轮通过动滑轮座连接恒力输出气缸。
[0009]所述恒力输出气缸包含活塞、活塞杆、缸筒、端盖、缸筒盖、进气套；所述活塞杆连接活塞，所述活塞套装在缸筒内且和缸筒壁间存有极小间隙，所述缸筒两端分别套装端盖和缸筒盖，所述端盖与动滑轮座固接，所述活塞杆穿过缸筒盖吊挂目标工件，所述活塞杆和缸筒盖内壁间存有极小间隙。
[0010]所述检测装置包括两组激光位移传感器和反光板，所述激光位移传感器分别安装在气浮座和缸筒盖上，所述反光板套装在活塞杆上，所述激光位移传感器可分别测量出气浮套和活塞杆的位移。
[0011]进一步，所述恒力输出气缸的进气套包含第一进气套和第二进气套，所述第一进气套套装在缸筒上，所述第二进气套套装在缸筒盖上。
[0012]所述第一进气套和缸筒间留有间隙形成第一储气腔，所述第一进气套上设有第一进气口，所述第一进气口与第一储气腔相通。所述第二进气套和缸筒盖间留有间隙形成第二储气腔，所述第二进气套上设有第二进气口，所述第二进气口与第二储气腔相通。
[0013]所述缸筒沿圆周均布第一径向节流孔，所述第一径向节流孔与第一储气腔相通，所述第一径向节流孔沿轴向方向至少有两组，所述第一径向节流孔内安装节流塞。
[0014]所述缸筒盖上沿圆周均布第二径向节流孔，所述第二径向节流孔与第二储气腔相通，所述第二径向节流孔沿轴向方向至少有两组，所述第二径向节流孔内安装节流塞。
[0015]所述活塞上设有第一卸压槽，所述第一卸压槽包含活塞中心的轴向盲孔、活塞外圆柱面上的第一凹槽、第一凹槽内的第一径向通孔；所述第一径向通孔与轴向盲孔相通，所述第一凹槽至少有两组且位于活塞的两端。
[0016]所述活塞杆中心开有轴向通孔形成卸气孔，所述卸气孔与活塞中心的轴向盲孔相通。
[0017]所述缸筒盖上设有第二卸压槽，所述第二卸压槽包含缸筒盖内壁上的第二凹槽、第二凹槽内的第二径向通孔；所述第二径向通孔与外界大气相通。
[0018]所述端盖上设有出气孔，所述缸筒盖上设有进气孔；所述进气孔通过气管连接气压传感器和大储气罐，所述大储气罐内储存恒压气体。
[0019]所述端盖与缸筒之间、缸筒与第一进气套之间、缸筒盖与缸筒之间、缸筒盖与第二进气套之间均采用O型圈密封。
[0020]更进一步，所述第一定滑轮、第二定滑轮均为气浮轴承滑轮，所述气浮套、第一定滑轮、第二定滑轮可通过气浮轴供气。
[0021]本实用新型的设计思路表现在:
[0022]由于气浮导轨不存在摩擦力，因此将目标工件与气浮套连接，气浮套可在气浮轴上无摩擦运动，实现水平方向的被动跟随，由于目标工件还要实现竖直方向的恒力吊挂，因此悬挂绳通过气浮套上的定滑轮组吊挂目标工件，当目标工件水平运动时，滑块上的定滑轮和动滑轮运动，竖直方向的吊挂力不受影响，定滑轮和动滑轮均为气浮轴承滑轮，这样就能保证悬挂绳在滑轮上运动时几乎无摩擦，对目标工件不引入附加作用力。
[0023]气浮导轨的行程有限，因此通过将气浮装置和导轨系统连接起来，利用激光位移传感器测量出气浮套的位移，将测量信息反馈给导轨系统控制气浮轴移动相应的距离，使得气浮套始终位于其有效行程内。
[0024]竖直方向的恒力输出是通过恒力输出气缸实现的,恒力输出气缸通过定滑轮座连接定滑轮，其输出轴吊挂目标工件，恒力输出气缸的活塞可在缸筒内无摩擦运动，因此只要通过比例阀和储气罐控制通入缸筒内腔的气压值保持恒定，则缸筒上输出的力值保持恒定。由于恒力输出气缸的行程有限，因此，悬挂绳另一端连接卷绳电机，卷绳电机可实现悬挂绳的收放，通过激光位移传感器可测量出连杆活塞的位移，然后通过卷绳电机收放悬挂绳带动缸筒移动相应的距离，保证连杆活塞始终位于其有效行程内，从而实现竖直方向的长距离吊挂。
[0025]恒力输出气缸缸筒内腔与大储气罐相通,大储气罐内储存恒压气体，相当于增大了缸筒进气腔的容积，活塞运动引起的容积变化对气压突变的影响较小，另一方面，通过直线导轨的主动跟随，减小了因连杆活塞运动引起缸筒腔体体积变化对气压产生的影响，进一步提高了恒力吊挂的精度。
[0026]恒力输出气缸的缸筒和缸筒盖上分别设有径向节流孔，径向节流孔外套有进气套，高压气体从进气套上的进气口进入，通过径向节流孔在活塞与缸筒之间、活塞杆与缸筒盖之间形成气膜，为活塞提供支撑和润滑；活塞不受进气管路的影响，进气方式简单，稳定性好。活塞和缸筒盖上均设有卸压槽，卸压槽与外界大气相通，在气膜形成的间隙内形成常压区，使间隙内存在压力梯度，促进稳定气膜的形成，承载能力好；缸筒上的径向节流孔位于缸筒的中部位置，活塞有一定的长度，在活塞移动过程中，可保证缸筒上的径向节流孔始终在其运动范围内。
[0027]本实用新型的优点是:稳定性好、精度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是长距离二维跟随恒力吊挂装置示意图
[0029]图2是恒力输出气缸示意图
[0030]图3是恒力输出气缸立体示意图
【具体实施方式】
[0031]长距离二维跟随恒力吊挂装置，包括恒力输出气缸、气浮装置、导轨系统、滑轮组、卷绳电机24、悬挂绳32、检测装置等。
[0032]所述导轨系统包括直线导轨27、滑块28、电机25。所述直线导轨27安装在水平横梁上且两端通过支架26支撑，所述滑块28套装在直线导轨27上，所述电机25安装在支架26上且可驱动滑块28运动。
[0033]所述气浮装置包含气浮座29、气浮轴30、气浮套31 ;所述气浮套31套装在气浮轴30上，所述气浮轴30两端通过气浮座29支撑，所述气浮座29连接滑块28。
[0034]所述滑轮组包含第一定滑轮34、第二定滑轮33和动滑轮35，所述第一定滑轮34和第二定滑轮33与气浮套31固定，所述悬挂绳32 —端与支架26固定，所述悬挂绳32另一端依次穿过第一定滑轮34、动滑轮35、第二定滑轮33连接卷绳电机24，所述动滑轮35通过动滑轮座36连接恒力输出气缸。
[0035]恒力输出气缸包括活塞5、活塞杆17、缸筒4、端盖1、缸筒盖12、进气套；活塞杆17连接活塞5，活塞5套装在缸筒4内且和缸筒壁间存有极小间隙，缸筒4两端分别套装端盖I和缸筒盖12，所述端盖与动滑轮座固接，所述活塞杆17穿过缸筒盖12吊挂目标工件，所述活塞杆17和缸筒盖12内壁间存有极小间隙。端盖I上设有进气孔2，缸筒盖12上设有出气孔11 ;进气孔2通过气管连接气压传感器和大储气罐,大储气罐内储存恒压气体。
[0036]所述检测装置包括两组激光位移传感器38和反光板37，所述激光位移传感器38分别安装在气浮座29和缸筒盖12上，所述反光板37套装在活塞杆17上，所述激光位移传感器38可分别测量出气浮套31和活塞杆17的位移。
[0037]进一步，所述恒力输出气缸的进气套包含第一进气套7和第二进气套14，所述第一进气套7套装在缸筒4上，所述第二进气套14套装在缸筒盖12上；第一进气套7和缸筒4间留有间隙形成第一储气腔22，第二进气套和缸筒盖间留有间隙形成第二储气腔20，第一进气套7上设有第一进气口 8，第一进气口 8与第一储气腔相通22，第二进气套14上设有第二进气口 16，第二进气口 16与第二储气腔20相通。
[0038]缸筒4沿圆周均布第一径向节流孔9，第一径向节流孔9沿轴向方向有两组，第一径向节流孔9与第一储气腔22相通；缸筒盖12沿圆周均布第二径向节流孔15，第二径向节流孔15沿轴向方向有两组，第二径向节流孔15与第二储气腔20相通；第一径向节流孔9和第二径向节流孔15内均安装有节流塞。
[0039]活塞上设有第一卸压槽，第一卸压槽包含活塞中心的轴向盲孔23、活塞外圆柱面上的第一凹槽10、第一凹槽10内的第一径向通孔6 ;第一径向通孔6与轴向盲孔23相通，第一凹槽10有两组且位于活塞的两端；活塞杆17中心开有轴向通孔形成卸气孔18，卸气孔18与活塞中心的轴向盲孔23相通；缸筒盖12上设有第二卸压槽，第二卸压槽包含缸筒盖内壁上的第二凹槽21、第二凹槽内的第二径向通孔13 ;第二径向通孔13与外界大气相通。
[0040]端盖I与缸筒4之间、缸筒4与第一进气套7之间、缸筒盖12与缸筒4之间、缸筒盖12与第二进气套14之间均采用O型圈3密封。
[0041]进一步，第一定滑轮34、第二定滑轮33、动滑轮35均为气浮轴承滑轮，气浮套31、第一定滑轮34、第二定滑轮33可通过气浮轴30供气。
【权利要求】
1.长距离二维跟随恒力吊挂装置，其特征在于:包括恒力输出气缸、气浮装置、导轨系统、滑轮组、卷绳电机、悬挂绳、检测装置； 所述导轨系统包括直线导轨、滑块、电机；所述直线导轨安装在水平横梁上且两端通过支架支撑，所述滑块套装在直线导轨上，所述电机安装在支架上且可驱动滑块运动； 所述气浮装置包含气浮座、气浮轴、气浮套；所述气浮套套装在气浮轴上，所述气浮轴两端通过气浮座支撑，所述气浮座连接滑块； 所述滑轮组包含第一定滑轮、第二定滑轮和动滑轮，所述第一定滑轮和第二定滑轮与气浮套固定，所述悬挂绳一端与支架固定，所述悬挂绳另一端依次穿过第一定滑轮、动滑轮、第二定滑轮连接卷绳电机，所述动滑轮通过动滑轮座连接恒力输出气缸； 所述恒力输出气缸包含活塞、活塞杆、缸筒、端盖、缸筒盖、进气套；所述活塞杆连接活塞，所述活塞套装在缸筒内且和缸筒壁间存有极小间隙，所述缸筒两端分别套装端盖和缸筒盖，所述端盖与动滑轮座固接，所述活塞杆穿过缸筒盖吊挂目标工件，所述活塞杆和缸筒盖内壁间存有极小间隙； 所述检测装置包括两组激光位移传感器和反光板，所述激光位移传感器分别安装在气浮座和缸筒盖上，所述反光板套装在活塞杆上，所述激光位移传感器可分别测量出气浮套和活塞杆的位移。
2.如权利要求1所述的长距离二维跟随恒力吊挂装置，其特征在于:所述恒力输出气缸的进气套包含第一进气套和第二进气套，所述第一进气套套装在缸筒上，所述第二进气套套装在缸筒盖上； 所述第一进气套和缸筒间留有间隙形成第一储气腔，所述第一进气套上设有第一进气口，所述第一进气口与第一储气腔相通；所述第二进气套和缸筒盖间留有间隙形成第二储气腔，所述第二进气套上设有第二进气口，所述第二进气口与第二储气腔相通； 所述缸筒沿圆周均布第一径向节流孔，所述第一径向节流孔与第一储气腔相通，所述第一径向节流孔沿轴向方向至少有两组，所述第一径向节流孔内安装节流塞； 所述缸筒盖上沿圆周均布第二径向节流孔，所述第二径向节流孔与第二储气腔相通，所述第二径向节流孔沿轴向方向至少有两组，所述第二径向节流孔内安装节流塞； 所述活塞上设有第一卸压槽，所述第一卸压槽包含活塞中心的轴向盲孔、活塞外圆柱面上的第一凹槽、第一凹槽内的第一径向通孔；所述第一径向通孔与轴向盲孔相通，所述第一凹槽至少有两组且位于活塞的两端； 所述活塞杆中心开有轴向通孔形成卸气孔，所述卸气孔与活塞中心的轴向盲孔相通；所述缸筒盖上设有第二卸压槽，所述第二卸压槽包含缸筒盖内壁上的第二凹槽、第二凹槽内的第二径向通孔；所述第二径向通孔与外界大气相通； 所述端盖上设有出气孔，所述缸筒盖上设有进气孔；所述进气孔通过气管连接气压传感器和大储气罐，所述大储气罐内储存恒压气体。
3.如权利要求1所述的长距离二维跟随恒力吊挂装置，其特征在于:所述第一定滑轮、第二定滑轮、动滑轮均为气浮轴承滑轮，所述气浮套、第一定滑轮、第二定滑轮可通过气浮轴供气。
【文档编号】B66F11/00GK203833573SQ201320648122
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】单晓杭, 柴冯冯 申请人:浙江工业大学