專利名稱：一種基于電磁力補(bǔ)償?shù)臒o(wú)慣性力影響的氣浮隨動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣浮隨動(dòng)裝置，尤其是一種無(wú)慣性力影響的氣浮隨動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
目前采用的吊掛方式是將重物(運(yùn)動(dòng)件)通過(guò)吊掛繩直接吊掛在直線導(dǎo)軌上的滑塊上，滑塊跟著運(yùn)動(dòng)件隨動(dòng)。但在高精度測(cè)量時(shí)，直線導(dǎo)軌與滑塊間的摩擦力會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)件的空間位置和運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生附加作用力的影響。另一方面，由于運(yùn)動(dòng)件連接到滑塊上，滑塊及其它吊掛隨動(dòng)部件都有質(zhì)量，在隨動(dòng)部件跟隨運(yùn)動(dòng)件運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生慣性力，該慣性力就會(huì)附加到運(yùn)動(dòng)件上。為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離無(wú)摩擦運(yùn)動(dòng)，專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N 201010165536.0的“用于超長(zhǎng)距離跟隨吊點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的無(wú)摩擦氣浮裝置”提供了一種用于超長(zhǎng)距離跟隨吊點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的無(wú)摩擦氣浮裝置，該專利將軸向長(zhǎng)距離無(wú)摩擦移動(dòng)嫁接到一般運(yùn)動(dòng)精度的滑塊導(dǎo)軌組件上，即可實(shí)現(xiàn)氣浮套在短氣浮軸隨運(yùn)動(dòng)件作大位移移動(dòng)。但是，帶來(lái)了新問(wèn)題，兩個(gè)氣浮套與貯氣套組成的氣浮隨動(dòng)裝置的質(zhì)量很大，在運(yùn)動(dòng)件加速或減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣浮隨動(dòng)裝置與其它吊掛隨動(dòng)部件的慣性力影響不能忽略，此時(shí)僅僅被動(dòng)跟隨不能滿足精密同步跟隨吊點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的要求，需要測(cè)量出跟隨誤差，設(shè)法去除該慣性力的影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有氣浮隨動(dòng)裝置的不能消除慣性力影響、控制精度較低的不足，本發(fā)明提供一種有效消除慣性力影響、控制精度較高的基于電磁力補(bǔ)償?shù)臒o(wú)慣性力影響的氣浮隨動(dòng)裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種基于電磁力補(bǔ)償?shù)臒o(wú)慣性力影響的氣浮隨動(dòng)裝置，包括氣浮軸、氣浮套和長(zhǎng)距離導(dǎo)軌氣浮滑輪，所述氣浮套套裝在所述氣浮軸上，所述氣浮套有兩個(gè)，所述氣浮套均與貯氣套密封連接，所述貯氣套與氣浮軸之間為貯氣腔，所述氣浮軸的軸心開有進(jìn)氣通道，所述進(jìn)氣通道的一端連接主供氣管，所述進(jìn)氣通道的另一端與所述貯氣腔連通，所述貯氣腔設(shè)有出氣口，所述出氣口通過(guò)連接氣管與各個(gè)氣浮套的進(jìn)氣口連通；所述貯氣套上套裝吊掛繩，所述運(yùn)動(dòng)件吊裝在所述吊掛繩上；所述氣浮隨動(dòng)裝置還包括用于檢測(cè)吊掛繩與貯氣套之間是否出現(xiàn)傾斜的傾角傳感器和用于抵消慣性力影響的電磁力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，所述傾角傳感器安裝在吊掛繩上，所述電磁力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)包括電磁鐵和永磁體，所述電磁鐵裝在安裝座內(nèi)上，所述永磁體裝在忙氣套上，所述永磁體正對(duì)所述電磁鐵。進(jìn)一步，所述電磁鐵裝在安裝座左端，所述永磁體裝在貯氣套右端。當(dāng)然，也可以采用其他安裝方式。再進(jìn)一步，所述氣浮軸的兩端分別套裝安裝座，所述安裝座與所述滑臺(tái)固定連接，所述滑臺(tái)連接到長(zhǎng)距離直線導(dǎo)軌上，光柵尺裝在貯氣套中間位置，光柵尺讀數(shù)頭裝在安裝座中間位置，所述光柵尺讀數(shù)頭正對(duì)光柵尺。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為氣浮隨動(dòng)裝置根據(jù)運(yùn)動(dòng)件吊點(diǎn)位置無(wú)摩擦隨動(dòng)，通過(guò)光柵尺檢測(cè)貯氣套位置，如果安裝座上的光柵尺讀數(shù)頭讀出的位置值不等于零，則主動(dòng)控制電機(jī)等驅(qū)動(dòng)源，通過(guò)同步帶控制滑臺(tái)移動(dòng)，保證貯氣套與安裝座的相對(duì)位移為零，即位于安裝座的中心位置。在運(yùn)動(dòng)前對(duì)傾角傳感器清零，等效氣浮套與運(yùn)動(dòng)件跟隨一致時(shí)，吊掛繩與貯氣套垂直，此狀態(tài)下傾角傳感器沒(méi)有讀數(shù)。如果運(yùn)動(dòng)件沿直線導(dǎo)軌方向加速或減速(啟動(dòng)或停止)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于等效氣浮套的質(zhì)量較大，跟隨運(yùn)動(dòng)過(guò)程中雖然沒(méi)有摩擦力的影響，卻不可避免的要受到自身慣性力的影響，出現(xiàn)滯后或超前，不能一致跟隨，此狀態(tài)下吊掛繩與貯氣套不再保持垂直，而是出現(xiàn)傾斜，設(shè)此傾斜角度為a。詳見(jiàn)附圖2。裝在吊掛繩上的傾角傳感器可以靈敏地測(cè)出α的大小，并把該角度值傳給帶PID控制的嵌入式微處理器，嵌入式微處理器根據(jù)整定過(guò)的PID參數(shù)計(jì)算出控制電磁鐵的電流的大小與方向，安裝座左端的電磁鐵對(duì)貯氣套右端的永磁鐵產(chǎn)生與慣性力相反的推力或吸力，推或拉貯氣套運(yùn)動(dòng)，從而彌補(bǔ)慣性力的影響，使等效氣浮套與運(yùn)動(dòng)件一致跟隨，即減小吊掛繩的傾角α，使吊掛繩與貯
氣套保持垂直?？刂葡到y(tǒng)原理詳見(jiàn)附圖3。本發(fā)明很好的解決了由于超長(zhǎng)距離隨動(dòng)的氣浮裝置中增加了等效氣浮套的質(zhì)量，因此產(chǎn)生的慣性力不能簡(jiǎn)單忽略，進(jìn)而單純靠被動(dòng)跟隨不能同步運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)嵌入式微處理器控制電磁鐵產(chǎn)生與慣性力大小相等方向相反的力，使等效氣浮套主動(dòng)跟隨運(yùn)動(dòng)件運(yùn)動(dòng)，達(dá)到精密同步運(yùn)動(dòng)的目的。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在為了實(shí)現(xiàn)氣浮套在短氣浮軸上根據(jù)運(yùn)動(dòng)件吊點(diǎn)位置作長(zhǎng)距離無(wú)摩擦隨動(dòng)，將軸向長(zhǎng)距離無(wú)摩擦移動(dòng)嫁接到一般運(yùn)動(dòng)精度的滑臺(tái)導(dǎo)軌組件上，通過(guò)光柵尺檢測(cè)貯氣套位置，由主動(dòng)控制電機(jī)等驅(qū)動(dòng)源控制滑臺(tái)移動(dòng)，保證貯氣套與安裝座的相對(duì)位移為零，這樣就能夠保證運(yùn)動(dòng)件在長(zhǎng)距離移動(dòng)情況下始終保持無(wú)摩擦。但是由于增加了等效氣浮套的質(zhì)量，因此產(chǎn)生的慣性力不能簡(jiǎn)單忽略，單純靠被動(dòng)跟隨不能同步運(yùn)動(dòng)。本專利根據(jù)傾角傳感器測(cè)得的吊掛繩傾斜角度值，由嵌入式微處理器控制電磁鐵產(chǎn)生與慣性力大小相等方向相反的力，使等效氣浮套主動(dòng)跟隨運(yùn)動(dòng)件運(yùn)動(dòng)，達(dá)到一致跟隨的目的。


圖I是一種采用電磁力補(bǔ)償氣浮隨動(dòng)裝置的慣性力的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。圖2是吊掛繩傾斜角度示意圖。圖3是采用電磁力補(bǔ)償氣浮隨動(dòng)裝置的慣性力的方法的控制圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。參照?qǐng)Df圖3，一種基于電磁力補(bǔ)償?shù)臒o(wú)慣性力影響的氣浮隨動(dòng)裝置，包括氣浮軸10和氣浮套2，所述氣浮套2套裝在所述氣浮軸10上，所述氣浮套2有兩個(gè)，所述氣浮套2均與貯氣套I密封連接，所述安裝座8裝在所述氣浮軸10兩端，所述貯氣套I與所述氣浮套2構(gòu)成氣浮隨動(dòng)裝置，所述氣浮隨動(dòng)裝置通過(guò)掉掛繩12與運(yùn)動(dòng)件13隨動(dòng)；所述無(wú)慣性力影響的氣浮隨動(dòng)裝置還包括長(zhǎng)距離直線導(dǎo)軌6，所述長(zhǎng)距離直線導(dǎo)軌6安裝在工字梁14兩偵牝工字梁4上安裝滑臺(tái)5，所述滑臺(tái)5與所述安裝座8固定連接。所述貯氣套I與氣浮軸10之間為貯氣腔，所述氣浮軸10的軸心開有進(jìn)氣通道，連接主供氣管7，并與所述貯氣腔連通，所述貯氣腔設(shè)有出氣口，所述出氣口通過(guò)連接氣管15與各個(gè)氣浮套2的進(jìn)氣口連通。所述位置傳感器光柵尺3安裝在貯氣套中間位置，光柵尺讀數(shù)頭4裝在安裝座中間位置，用以判斷氣浮隨動(dòng)裝置偏離氣浮軸中間位置是否達(dá)到設(shè)定值。所述電磁鐵9安裝在所述安裝座8上，所述永磁體11安裝在所述貯氣套I。所述傾角傳感器11安裝在吊掛繩12上。氣浮套與貯氣套間通過(guò)O型 圈對(duì)貯氣套密封。本實(shí)施例中，當(dāng)運(yùn)動(dòng)件13沿與氣浮軸10軸向平行的方向短距離移動(dòng)時(shí)，隨即拖動(dòng)貯氣套I與氣浮套2構(gòu)成的等效氣浮套在氣浮軸10上軸向移動(dòng)。當(dāng)光柵尺3檢測(cè)到貯氣套與安裝座的相對(duì)位移大于設(shè)定值后，主動(dòng)控制電機(jī)16，控制滑臺(tái)5按貯氣套I相同運(yùn)動(dòng)方向移動(dòng)，從而保證運(yùn)動(dòng)件始終位于氣浮軸10的中間位置。對(duì)于長(zhǎng)距離移動(dòng)的場(chǎng)合，通過(guò)主動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滑臺(tái)移動(dòng)，由于氣浮套與氣浮軸之間無(wú)摩擦運(yùn)動(dòng)的特性，滑臺(tái)的移動(dòng)過(guò)程并不對(duì)氣浮套和貯氣套及運(yùn)動(dòng)件的空間位置及運(yùn)動(dòng)造成影響。參照附圖2、3，當(dāng)運(yùn)動(dòng)件13沿與氣浮軸10軸向平行的方向移動(dòng)時(shí)，由于等效氣浮套的質(zhì)量較大，拖動(dòng)等效氣浮套移動(dòng)時(shí)不能忽略慣性力的影響，如果等效氣浮套不能一致跟隨，則吊掛繩不再垂直于貯氣套1，傾斜角度為α。裝在吊掛繩上的傾角傳感器可以靈敏地測(cè)出α的大小，并把該角度值傳給帶PID控制的嵌入式微處理器，嵌入式微處理器根據(jù)整定過(guò)的PID參數(shù)計(jì)算出控制電磁鐵的電流的大小與方向，安裝座左端的電磁鐵對(duì)貯氣套右端的永磁鐵產(chǎn)生與慣性力相反的推力或吸力，推或拉貯氣套運(yùn)動(dòng)，從而彌補(bǔ)慣性力的影響，使等效氣浮套與運(yùn)動(dòng)件一致跟隨，即減小吊掛繩的傾角α，最終使吊掛繩與貯氣套重新保持垂直。具體的控制算法如下當(dāng)光柵尺檢測(cè)到的安裝座與貯氣套的相對(duì)位移為零時(shí)，傾角傳感器測(cè)出吊掛繩的傾斜角度，繩長(zhǎng)L和等效氣浮套質(zhì)量m已知。
dfLsinci)線性速度V = ^一^嵌入式微處理器算法如下
dt設(shè)h時(shí)刻的吊掛繩與貯氣套的傾斜角度是α 0,時(shí)間間隔At很小，例如O. Ols, At時(shí)刻的吊掛繩與貯氣套的傾斜角度是a i，則線性速度近似為
L sin Ot1 — L sin α0V Λ；-
tl — t0已知線性加速度a 二 —『d(Lsina)I,設(shè)^時(shí)刻的線性速度為v。，tj=t0+ Δ t時(shí)亥丨J
dt L dt J
的線性速度為V1，At很小，則 V1 — V0a ~ -
tI — to
^d rd (Lsina)1ψ則慣性力F=ma=niT —~I-j % m(—
dtd t11 t q
電磁鐵線圈的匝數(shù)N，鐵芯橫截面積S已知，電磁鐵的吸力F計(jì)算公式推導(dǎo)如下
權(quán)利要求
1.一種基于電磁力補(bǔ)償?shù)臒o(wú)慣性力影響的氣浮隨動(dòng)裝置，包括氣浮軸、氣浮套和長(zhǎng)距離導(dǎo)軌氣浮滑輪，所述氣浮套套裝在所述氣浮軸上，所述氣浮套有兩個(gè)，所述氣浮套均與貯氣套密封連接，所述貯氣套與氣浮軸之間為貯氣腔，所述氣浮軸的軸心開有進(jìn)氣通道，所述進(jìn)氣通道的一端連接主供氣管，所述進(jìn)氣通道的另一端與所述貯氣腔連通，所述貯氣腔設(shè)有出氣口，所述出氣口通過(guò)連接氣管與各個(gè)氣浮套的進(jìn)氣口連通；所述貯氣套上套裝吊掛繩，所述運(yùn)動(dòng)件吊裝在所述吊掛繩上；其特征在于所述氣浮隨動(dòng)裝置還包括用于檢測(cè)吊掛繩與貯氣套之間是否出現(xiàn)傾斜的傾角傳感器和用于抵消慣性力影響的電磁力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，所述傾角傳感器安裝在吊掛繩上，所述電磁力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)包括電磁鐵和永磁體，所述電磁鐵裝在安裝座內(nèi)上，所述永磁體裝在忙氣套上，所述永磁體正對(duì)所述電磁鐵。
2.如權(quán)利要求I所述的一種基于電磁力補(bǔ)償?shù)臒o(wú)慣性力影響的氣浮隨動(dòng)裝置，其特征在于所述電磁鐵裝在安裝座左端，所述永磁體裝在貯氣套右端。
3.如權(quán)利要求I或2所述的一種基于電磁力補(bǔ)償?shù)臒o(wú)慣性力影響的氣浮隨動(dòng)裝置，其特征在于所述氣浮軸的兩端分別套裝安裝座，所述安裝座與所述滑臺(tái)固定連接，所述滑臺(tái) 連接到長(zhǎng)距離直線導(dǎo)軌上，光柵尺裝在貯氣套中間位置，光柵尺讀數(shù)頭裝在安裝座中間位置，所述光柵尺讀數(shù)頭正對(duì)光柵尺。
全文摘要
一種基于電磁力補(bǔ)償?shù)臒o(wú)慣性力影響的氣浮隨動(dòng)裝置，包括氣浮軸、氣浮套和長(zhǎng)距離導(dǎo)軌氣浮滑輪，氣浮套套裝在氣浮軸上，氣浮套有兩個(gè)，氣浮套均與貯氣套密封連接，貯氣套上套裝吊掛繩，運(yùn)動(dòng)件吊裝在吊掛繩上；傾角傳感器安裝在吊掛繩上；電磁力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)包括電磁鐵和永磁體，電磁鐵裝在安裝座內(nèi)上，永磁體裝在貯氣套上，永磁體正對(duì)電磁鐵。本發(fā)明有效消除慣性力影響、控制精度較高。
文檔編號(hào)F16C41/00GK102817909SQ20121028039
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月8日
發(fā)明者孫建輝, 袁巧玲, 單曉杭 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)