經(jīng)濟型執(zhí)行器提供簡單精確的運動控制

美國明尼蘇達州哈默爾- 當將物體從A點移動到B點時，由于空氣的廣泛可用性，低維護成本和低成本，沒有什么比氣動更好。然而，由于其可壓縮性，眾所周知，空氣難以管理。因此，控制載體的速度，減速度和位置可能是困難且昂貴的。當需要精確運動或中間行程定位時，過去設(shè)計工程師采用比例閥，使用內(nèi)部閥芯位置反饋來設(shè)置與施加的控制電壓成比例的孔口尺寸。

Tol-O-Matic已經(jīng)開發(fā)出了它所說的比傳統(tǒng)伺服氣動更簡單，成本更低的替代品。產(chǎn)品經(jīng)理Tony Braga表示，由于該公司認為設(shè)計獨特，因此稱之為“精密空氣設(shè)備”，而不是伺服氣動設(shè)備。

工程師不是使用調(diào)節(jié)氣缸兩端氣壓的比例閥，而是通過比例制動器直接控制Tol-O-Matic托架的位置。當閥門在行程的任一端打開或關(guān)閉時，空氣進入活塞腔室，施加壓力，使活塞加速。連續(xù)可控的磁粉制動器提供平滑的阻力矩，當施加磁通量時，該扭矩可精確地控制載體的運動。

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獲得專利的控制系統(tǒng)可調(diào)節(jié)供給制動器的電流。閉環(huán)系統(tǒng)通過四個增益設(shè)置(比例，速度，積分和減速轉(zhuǎn)矩)控制制動電流，以控制載體的位置和速度。為了確保正確的位置可重復(fù)性和速度控制，可以針對特定的運動曲線和負載調(diào)整這四個參數(shù)。

根據(jù)內(nèi)部測試結(jié)果，Tol-O-Matic的工程師表示，他們的技術(shù)可以在行程長度達16英尺的情況下控制載體的位置，重復(fù)性為正負0.01英寸。最大行程長度，與之相當?shù)目芍貜?fù)性比例閥系統(tǒng)小于6英尺。“傳統(tǒng)比例伺服氣動的一個問題是難以預(yù)測載體的運動。這是因為氣缸摩擦，負載變化，氣缸定向和氣缸泄漏等眾多變量，這會影響載體/負載對進入活塞室的空氣量的反應(yīng)，“產(chǎn)品開發(fā)總監(jiān)Keith Hochhalter說。“通過我們的設(shè)計，我們只需將閥門打開或關(guān)閉位置，讓空氣充滿加壓活塞腔室，

在開發(fā)新設(shè)計的過程中，Tol-O-Matic工程師的目標是經(jīng)濟有效地填補行程末端氣動系統(tǒng)和電動直線運動系統(tǒng)之間的性能差距。為了實現(xiàn)這一目標，工程團隊研究了比例閥制動技術(shù)的許多替代方案。“我們采用了幾種控制設(shè)備的概念。挑戰(zhàn)在于保持其對電力系統(tǒng)價格不斷下降的成本效益，”Hochhalter說。

起初，設(shè)計團隊嘗試使用電動電磁制動片系統(tǒng)，但他們無法獲得足夠的制動力來有效地在重載下停止載體。剎車片也沒有吸引力，因為它們磨損并需要更換。使用磁響應(yīng)制動器的想法來自行業(yè)雜志中的廣告。“使用磁粉制動器，你可以在一個小包裝中獲得很大的扭矩”，Hochhalter回憶道。尺寸為3.5x3.5x1.74英寸時，制動器在2.5A時的最大扭矩為200英寸 - 磅。

最初，設(shè)計團隊將制動器結(jié)合到無桿電纜缸系統(tǒng)中，該系統(tǒng)包括將鋼纜連接到在行程的每個末端騎在滑輪上的托架上。然而，該設(shè)計不可靠，因為在高減速度和重載荷下，電纜會拉伸并且有時在滑輪上滑動，從而損害位置可重復(fù)性。

通過將制動器設(shè)計成無桿活塞缸配置，該團隊能夠優(yōu)化性能。“皮帶通常與電動機一起使用，可重復(fù)定位到0.005英寸，它們在托架和旋轉(zhuǎn)編碼器之間提供可靠且經(jīng)濟的連接，”Hochhalter說。“在這種設(shè)計中，皮帶的優(yōu)勢在于，與電氣系統(tǒng)不同，它在加速，旋轉(zhuǎn)和減速的高速部分期間看到非常小的負載?？刂葡到y(tǒng)轉(zhuǎn)換編碼器提供的旋轉(zhuǎn)速度數(shù)據(jù)線性速度，它又被整合在一起以給出載體的位置。“

使用旋轉(zhuǎn)編碼器還可以讓工程師大幅降低成本。在傳統(tǒng)的伺服氣動系統(tǒng)中，需要線性編碼器來??確定載體沿行程整個長度的位置。這種技術(shù)成本很高，特別是在長沖程時。

Tol-O-Matic的直線運動系統(tǒng)可用于水平和垂直定位，可為傳統(tǒng)的伺服氣動系統(tǒng)提供獨特而有效的替代方案。事實上，一家大型汽車制造商的工程師已對該技術(shù)進行了評估，并成功將其整合到焊接應(yīng)用中。