CN103523718B - 一种二维运动恒力吊挂装置 - Google Patents

Abstract

一种二维运动恒力吊挂装置，包括恒力输出气缸、气浮导轨、直线导轨、电机、激光位移传感器、支架等；所述气浮导轨包括气浮套和气浮轴，所述直线导轨竖直的安装在支架上，所述直线导轨有平行的两组，所述恒力输出气缸有两个，所述恒力输出气缸缸筒两端通过滑块分别套装在直线导轨上，所述恒力输出气缸的输出轴通过连接装置与气浮轴连接，所述气浮套套装在气浮轴上，所述气浮套通过悬挂绳连接目标工件，所述电机可驱动滑块移动，所述激光位移传感器安装在限位块上。本发明采用恒力输出气缸实现恒力吊挂，通过气浮导轨实现水平跟随，精度高、稳定性好。

Description

一种二维运动恒力吊挂装置

技术领域

本发明涉及二维恒力吊挂装置。

背景技术

二维运动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。

发明内容

针对现有二维运动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，本发明提供一种采用恒力输出气缸实现恒力吊挂、气浮导轨实现水平跟随、精度高、稳定性好的二维恒力跟随吊挂装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种二维运动恒力吊挂装置，包括恒力输出气缸、气浮导轨、直线导轨、电机、激光位移传感器、支架；所述气浮导轨包括气浮套和气浮轴。

所述恒力输出气缸包括缸筒、连杆活塞、端盖、输出轴、限位块。所述活塞套装在缸筒内，所述缸筒两端通过端盖密封，所述缸筒中部开有两处上下对称的轴向凹槽，所述轴向凹槽两端安装限位块。所述连杆活塞包含两端凸起的第一活塞、第二活塞和中间的活塞杆，所述第一活塞、第二活塞与缸筒间留有极小的间隙，所述活塞杆中部连接输出轴，所述输出轴穿过缸筒上的轴向凹槽。

所述直线导轨竖直的安装在支架上，所述直线导轨有平行的两组，所述恒力输出气缸有两个，所述恒力输出气缸缸筒两端通过滑块分别套装在直线导轨上，所述恒力输出气缸的输出轴通过连接装置与气浮轴连接，所述气浮套套装在气浮轴上，所述气浮套通过悬挂绳连接目标工件。

所述电机安装在支架上，所述电机可驱动滑块移动。所述激光位移传感器安装在限位块上，所述激光位移传感器与输出轴位置相对。

所述缸筒两端分别设有第一进气口和第二进气口。所述第一进气口和第二进气口通过气管分别连接比例阀和储气罐。

所述第一活塞和第二活塞上沿圆周均布径向节流孔，所述第一活塞和第二活塞分别沿端面打轴向盲孔形成进气孔，所述进气孔与所述径向节流孔相通；所述第一活塞和第二活塞靠近端面处分别设有一圈凹槽，所述凹槽内均布径向盲孔形成第一卸气孔，从活塞杆一端分别向第一活塞和第二活塞打轴向盲孔形成第二卸气孔，所述第一卸气孔与第二卸气孔相通。

所述径向节流孔内安装节流塞；

所述径向节流孔沿轴向方向至少有两组；所述径向节流孔、进气孔与第一卸气孔和第二卸气孔间相互隔离。

本发明的设计思路及优点表现在：

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，不对目标工件的运动产生影响。竖直方向通过两个恒力输出气缸来实现恒力吊挂，恒力输出气缸的连杆活塞可在缸筒内无摩擦运动，连杆活塞通过输出轴与气浮轴连接，因此只要通过比例阀和储气罐控制通入缸筒和连杆活塞两端气压的压差保持恒定，则缸筒上输出的力值保持恒定，对目标工件的吊挂力恒定。

由于恒力输出气缸的行程有限，因此通过直线导轨主动跟随；恒力输出气缸的缸筒连接滑块，激光位移传感器可测量出连杆活塞的位移，然后通过电机控制滑块移动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，从而实现长距离的恒力吊挂，另一方面，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。

缸筒和活塞均为一体设计，一方面加工简单，另一方面能满足装配精度要求。

连杆活塞上均布径向节流孔，缸筒内的高压气体通过进气孔进入径向节流孔，在缸筒与活塞的间隙形成气膜，两处气膜为活塞提供支撑和润滑，结构及供气方式简单、承载能力好。

径向节流孔附近均设有卸压槽，卸压槽与外界常压相通，一方面防止缸筒内高压气体进入气浮间隙对气膜产生影响，起到密封作用，另一方面在间隙内形成常压区，促进气膜的形成。

缸筒中部开有两处上下对称的轴向凹槽，活塞杆中部连接输出轴，输出轴穿过缸筒上的轴向凹槽，输出轴的运动范围在轴向凹槽内。

缸筒两端分别设有两个进气口，进气口通过气管连接比例阀和储气罐，输出轴上输出力值的大小与缸筒两端输入的压力大小有关，通过比例阀和储气罐控制缸筒两端输入气压的压力大小，保证缸筒两端的压差值保持不变，即可实现恒力输出。

本发明的优点表现在：精度高、稳定性好。

附图说明

图1是二维恒力跟随吊挂装置示意图

图2是恒力输出气缸示意图

图3是缸筒立体示意图

图4是连杆活塞示意图

具体实施方式

一种二维运动恒力吊挂装置，包括恒力输出气缸、气浮导轨、直线导轨18、电机19、激光位移传感器13、支架20；所述气浮导轨包括气浮套17和气浮轴16。

所述恒力输出气缸包括缸筒3、连杆活塞6、端盖1、输出轴8、限位块10。活塞6套装在缸筒3内，缸筒3两端通过端盖1密封，缸筒3中部开有两处上下对称的轴向凹槽，轴向凹槽两端安装限位块10，连杆活塞6包含两端凸起的第一活塞、第二活塞和中间的活塞杆，所述第一活塞、第二活塞与缸筒3间留有极小的间隙，活塞杆中部连接输出轴8，输出轴8穿过缸筒3上的轴向凹槽。

所述直线导轨18竖直的安装在支架20上，所述直线导轨18有平行的两组，所述恒力输出气缸有两个，所述恒力输出气缸缸筒3两端通过滑块14分别套装在两根直线导轨18上，所述恒力输出气缸的输出轴8通过连接装置15与气浮轴16连接，所述气浮套17套装在气浮轴16上，所述气浮套17通过悬挂绳连接目标工件21。

所述电机19安装在支架20上，所述电机19可驱动滑块14移动。所述激光位移传感器13安装在限位块10上，所述激光位移传感器13与输出轴8位置相对。

缸筒3两端分别设有第一进气口2和第二进气口9。所述第一进气口2和第二进气口9通过气管分别连接比例阀和储气罐。

第一活塞和第二活塞上沿圆周均布径向节流孔5，径向节流孔内安装节流塞；第一活塞和第二活塞分别沿端面打轴向盲孔形成进气孔7，进气孔7与所述径向节流孔5相通；第一活塞和第二活塞靠近端面处分别设有一圈凹槽4，凹槽4内均布径向盲孔形成第一卸气孔11，从活塞杆一端分别向第一活塞和第二活塞打轴向盲孔形成第二卸气孔12，第一卸气孔11与第二卸气孔12相通。

径向节流孔5沿轴向方向至少有两组；径向节流孔5、进气孔7与第一卸气孔11和第二卸气孔12间相互隔离。

Claims (1)

1.一种二维运动恒力吊挂装置，其特征在于：包括恒力输出气缸、气浮导轨、直线导轨、电机、激光位移传感器、支架；所述气浮导轨包括气浮套和气浮轴；

所述恒力输出气缸包括缸筒、连杆活塞、端盖、输出轴、限位块；所述活塞套装在缸筒内，所述缸筒两端通过端盖密封，所述缸筒中部开有两处上下对称的轴向凹槽，所述轴向凹槽两端安装限位块；所述连杆活塞包含两端凸起的第一活塞、第二活塞和中间的活塞杆，所述第一活塞、第二活塞与缸筒间留有极小的间隙，所述活塞杆中部连接输出轴，所述输出轴穿过缸筒上的轴向凹槽；

所述直线导轨竖直的安装在支架上，所述直线导轨有平行的两组，所述恒力输出气缸有两个，所述恒力输出气缸缸筒两端通过滑块分别套装在直线导轨上，所述恒力输出气缸的输出轴通过连接装置与气浮轴连接，所述气浮套套装在气浮轴上，所述气浮套通过悬挂绳连接目标工件；

所述电机安装在支架上，所述电机可驱动滑块移动；所述激光位移传感器安装在限位块上，所述激光位移传感器与输出轴位置相对；

所述缸筒两端分别设有第一进气口和第二进气口，所述第一进气口和第二进气口通过气管分别连接比例阀和储气罐；

所述第一活塞和第二活塞上沿圆周均布径向节流孔，所述第一活塞和第二活塞分别沿端面打轴向盲孔形成进气孔，所述进气孔与所述径向节流孔相通；所述第一活塞和第二活塞靠近端面处分别设有一圈凹槽，所述凹槽内均布径向盲孔形成第一卸气孔，从活塞杆一端分别向第一活塞和第二活塞打轴向盲孔形成第二卸气孔，所述第一卸气孔与第二卸气孔相通；

所述径向节流孔内安装节流塞；

所述径向节流孔沿轴向方向至少有两组；所述径向节流孔、进气孔与第一卸气孔和第二卸气孔间相互隔离。