本發(fā)明涉及同步驅(qū)動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種雙氣缸同步驅(qū)動(dòng)控制裝置與方法。

背景技術(shù)：

隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)了新的動(dòng)力，標(biāo)志著更加復(fù)雜的生產(chǎn)任務(wù)和高精度的生產(chǎn)要求。人們對(duì)機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量和產(chǎn)品性能要求越來(lái)越高，在某些場(chǎng)合針對(duì)單一驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行控制已經(jīng)不能滿(mǎn)足工作需求。在設(shè)備控制過(guò)程中，常需要對(duì)多個(gè)運(yùn)動(dòng)單元進(jìn)行協(xié)調(diào)同步控制以滿(mǎn)足工作需求。在新的制造發(fā)展形勢(shì)下，機(jī)械系統(tǒng)的同步控制方法不斷發(fā)展，規(guī)模不斷擴(kuò)大，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。機(jī)械系統(tǒng)的同步重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，考慮到穩(wěn)定性，低加速度，無(wú)抖動(dòng)運(yùn)動(dòng)和低振動(dòng)。對(duì)于同步系統(tǒng)，按其驅(qū)動(dòng)方式可以分為機(jī)械驅(qū)動(dòng)的同步系統(tǒng)、電氣驅(qū)動(dòng)的同步系統(tǒng)、氣體驅(qū)動(dòng)的同步系統(tǒng)和液壓驅(qū)動(dòng)的同步系統(tǒng)。其中氣體驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)成本低、易于維護(hù)、功率高，但是由于復(fù)雜的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)使系統(tǒng)同步成為一個(gè)難題。

現(xiàn)有的氣體驅(qū)動(dòng)的同步系統(tǒng)多采用以氣缸驅(qū)動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)，利用機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)同步的方式來(lái)達(dá)到的同步目的，這實(shí)際上可以算是機(jī)械驅(qū)動(dòng)的同步方式，但是由于機(jī)械傳動(dòng)間隙、難以調(diào)節(jié)傳動(dòng)比、受總軸彈性模量制約等原因同步精度受到極大影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供一種雙氣缸同步驅(qū)動(dòng)控制裝置與方法。

本發(fā)明考慮到了傳統(tǒng)氣體驅(qū)動(dòng)的同步系統(tǒng)的主要誤差來(lái)源，直接使用氣缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，比例控制閥和拉壓力傳感器輔助進(jìn)行同步驅(qū)動(dòng)控制，提高了同步精度，能在運(yùn)動(dòng)不同步時(shí)快速恢復(fù)同步，使兩氣缸輸出的力能夠快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地同步。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種雙氣缸同步驅(qū)動(dòng)控制裝置，包括氣缸驅(qū)動(dòng)檢測(cè)部分及控制部分；

所述氣缸驅(qū)動(dòng)檢測(cè)部分包括輸出桿，所述輸出桿固定在旋轉(zhuǎn)桿的中點(diǎn)位置，所述旋轉(zhuǎn)桿固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，所述旋轉(zhuǎn)桿的兩端分別安裝一個(gè)氣缸驅(qū)動(dòng)單元，兩個(gè)氣缸驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)相同，均包括氣缸、活塞桿及拉壓力傳感器，所述拉壓力傳感器一端通過(guò)連接件與活塞桿連接，其另一端通過(guò)轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)桿的一端連接，所述氣缸通過(guò)控制作用于活塞桿的氣體推拉與活塞桿相連接的連接件；

所述控制部分，包括a/d轉(zhuǎn)換卡、數(shù)據(jù)采集卡、d/a轉(zhuǎn)換卡、氣動(dòng)控制單元及工控計(jì)算機(jī)；

拉壓力傳感器檢測(cè)有負(fù)載狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)桿的受力信號(hào)，傳輸?shù)絘/d轉(zhuǎn)換卡，然后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡輸入到工控計(jì)算機(jī)，工控計(jì)算機(jī)根據(jù)受力信號(hào)輸出控制指令經(jīng)過(guò)d/a轉(zhuǎn)換卡輸出給氣體控制單元控制兩氣缸的同步驅(qū)動(dòng)。

所述氣動(dòng)控制單元包括氣動(dòng)三聯(lián)件、氣泵、調(diào)壓閥及比例控制閥，氣源通過(guò)氣泵和氣動(dòng)三聯(lián)件得到高壓氣體，然后通過(guò)調(diào)壓閥得到穩(wěn)定電壓輸出到比例控制閥控制氣缸驅(qū)動(dòng)，所述比例控制閥與工控計(jì)算機(jī)連接。

兩個(gè)氣缸平行固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，初始狀態(tài)為一個(gè)氣缸的活塞桿完全伸出，另一個(gè)氣缸的活塞桿完全縮回。

所述旋轉(zhuǎn)桿具體是通過(guò)軸承座固定在兩個(gè)氣缸距離的中軸線(xiàn)上，當(dāng)兩個(gè)活塞桿運(yùn)動(dòng)一半時(shí)，旋轉(zhuǎn)桿分別與兩個(gè)活塞桿垂直。

旋轉(zhuǎn)桿的中央孔與轉(zhuǎn)軸配合，轉(zhuǎn)軸另一端與帶止推軸承的軸承座配合，所述軸承座固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。

拉壓力傳感器的另一端通過(guò)連接件與鉸鏈螺栓連接，所述鉸鏈螺栓與轉(zhuǎn)軸配合，進(jìn)一步與旋轉(zhuǎn)桿的一端連接。

一種雙氣缸同步驅(qū)動(dòng)控制裝置的控制方法，包括如下步驟：

第一步氣源通過(guò)氣泵和氣動(dòng)三聯(lián)件得到潔凈的高壓氣體，通過(guò)調(diào)壓閥后得到穩(wěn)定氣壓，通過(guò)比例控制閥后氣體作用于氣缸的活塞桿，使活塞桿向外輸出力；

第二步拉壓力傳感器檢測(cè)受力信號(hào)由a/d轉(zhuǎn)換卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入數(shù)據(jù)采集卡，進(jìn)一步輸入到工控計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理后得到兩氣缸的力反饋信號(hào)；

第三步將第二步的反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)工控計(jì)算機(jī)處理后生成控制比例控制閥的脈沖信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)d/a轉(zhuǎn)換卡轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后輸出給兩個(gè)比例控制閥以調(diào)節(jié)輸入氣缸的氣壓、流量及方向，進(jìn)而控制氣缸輸出的力，使兩氣缸同步驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)雙氣缸輸出力的閉環(huán)控制。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本拉壓力檢測(cè)裝置由拉壓力傳感器加旋轉(zhuǎn)桿構(gòu)成，由于采樣頻率快、測(cè)量精度高，能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)地檢測(cè)旋轉(zhuǎn)桿的受力狀態(tài)，并將信號(hào)反饋給工控計(jì)算機(jī)進(jìn)行調(diào)控，使氣缸輸出的力隨時(shí)保持同步，實(shí)現(xiàn)了雙氣缸的同步驅(qū)動(dòng)控制。

(2)本裝置的旋轉(zhuǎn)桿長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣缸活塞桿行程，工作過(guò)程中旋轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)動(dòng)角度很小，拉壓力傳感器允許一定的變形，所以活塞桿和拉壓力傳感器可以近似為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，兩氣缸可以直接固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上而不用考慮轉(zhuǎn)動(dòng)，裝置處于同步狀態(tài)時(shí)兩拉壓力傳感器測(cè)得的力大小相等、方向相反。

(3)本裝置采用比例控制閥對(duì)氣體的壓力和流量及方向進(jìn)行控制，可以使輸出的氣體參數(shù)歲電信號(hào)參數(shù)的變化而變化，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的比例控制，控制精度高，且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、無(wú)污染。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是系統(tǒng)的軸側(cè)圖；

圖3是圖1的正視圖；

圖4是圖1的俯視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例

如圖1-圖4所示，一種雙氣缸同步驅(qū)動(dòng)控制裝置，包括氣缸驅(qū)動(dòng)檢測(cè)部分及控制部分；

所述氣缸驅(qū)動(dòng)檢測(cè)部分包括輸出桿，所述輸出桿14固定在旋轉(zhuǎn)桿15的中部，旋轉(zhuǎn)桿15的中央孔與第三轉(zhuǎn)軸13配合，第三轉(zhuǎn)軸的另一端與帶止推軸承的軸承座12配合，該軸承座12固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)5上。所述旋轉(zhuǎn)桿的兩端分別安裝一個(gè)氣缸驅(qū)動(dòng)單元，兩個(gè)氣缸驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)相同，均包括氣缸、活塞桿及拉壓力傳感器。

所述旋轉(zhuǎn)桿的一端通過(guò)第一轉(zhuǎn)軸17連接，所述第一轉(zhuǎn)軸17與第一鉸鏈螺栓16連接，第一拉壓力傳感器19一端與第一連接件20連接，另一端與第三連接件18連接，所述第三連接件的另一端與第一鉸鏈螺栓連接，所述第一連接件20的另一端與第一活塞桿21連接，所述氣缸為單出桿雙作用氣缸，第一活塞桿與第一氣缸1連接，所述第一氣缸通過(guò)第一氣缸安裝架2固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)5上，第一氣缸通過(guò)控制作用于第一活塞桿的氣壓、氣體流量及方向，推拉與第一氣缸連接的第一活塞相連的第一連接件。

所述旋轉(zhuǎn)桿15的另一端通過(guò)第二轉(zhuǎn)軸11連接，所述第二轉(zhuǎn)軸11與第二鉸鏈螺栓10連接，所述第二拉力傳感器8的兩端分別與第二連接件7及第四連接件9連接，所述第四連接件與第二鉸鏈螺栓10連接，所述第二連接件與第二活塞桿6連接，所述第二活塞桿與第二氣缸3連接，所述第二氣缸通過(guò)第二氣缸安裝架4固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。

兩個(gè)氣缸平行設(shè)置在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，兩者間的距離根據(jù)旋轉(zhuǎn)桿的長(zhǎng)度決定，略小于旋轉(zhuǎn)桿長(zhǎng)度，安裝時(shí)第一氣缸連接的第一活塞桿21應(yīng)該完全伸出，第二氣缸連接的第二活塞桿應(yīng)當(dāng)完全縮回。所述的氣缸選擇中國(guó)臺(tái)灣氣立可的治具氣缸jd系列，型號(hào)為jd100x140-sd2，為單桿雙作用氣缸，缸徑100mm，行程140mm，軸端牙型為軸端內(nèi)牙，帶兩個(gè)感應(yīng)器，可承受0.1-0.7mpa的空氣壓力；旋轉(zhuǎn)桿的長(zhǎng)度為1000mm，遠(yuǎn)大于活塞桿行程,，桿上的孔直徑35mm，配合的滑動(dòng)軸承內(nèi)徑30mm，選用米思米公司產(chǎn)品，型號(hào)為lfzb35-30。

在雙氣缸同步驅(qū)動(dòng)過(guò)程中，活塞桿由于進(jìn)入氣缸的氣體速度與量的不同會(huì)輸出不同的推力或拉力，輸出的力通過(guò)連接件傳遞給第一及第二拉力傳感器，拉壓力傳感器通過(guò)測(cè)量力的大小和方向生成信號(hào)，經(jīng)第一a/d轉(zhuǎn)換卡22和第二a/d轉(zhuǎn)換卡23轉(zhuǎn)換后生成數(shù)字信號(hào)并通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡24輸出給工控計(jì)算機(jī)29。

采用的拉壓力傳感器選擇中國(guó)深圳秦合源公司的型號(hào)為qls-11的s型拉壓力傳感器，該拉壓力傳感器寬51mm，長(zhǎng)76.2mm，厚19.1mm，額定載荷為

50kg-750kg，精度為0.03級(jí)，應(yīng)用于拉壓雙向力測(cè)量，拉、壓輸出對(duì)稱(chēng)性好；鉸鏈螺栓選用米思米公司的配件，自帶滑動(dòng)軸承，型號(hào)為hgmbb12-20-42-12a，與之配合的轉(zhuǎn)軸軸頸直徑為20mm，另一端直徑為30mm，軸身直徑為40mm；連接件尺寸是根據(jù)所用螺栓自行設(shè)計(jì)的；輸出桿14固定在旋轉(zhuǎn)桿15中部，輸出桿可根據(jù)需要自行選擇設(shè)計(jì)，用于負(fù)載，可自行添加組件以適應(yīng)相應(yīng)的工作任務(wù)；旋轉(zhuǎn)桿15中央孔與第三轉(zhuǎn)軸13配合，所述的第三轉(zhuǎn)軸13一端軸徑依然為30mm，第三轉(zhuǎn)軸13另一端與帶止推軸承的軸承座配合，軸承座選用米思米公司的bgcsb30，帶止推軸承，內(nèi)徑為30mm且?guī)в兄雇?，因此所述的第三轉(zhuǎn)軸另一端軸徑依次為30mm、35mm、50mm；軸承座固定在兩氣缸的距離的中軸線(xiàn)上，當(dāng)兩氣缸活塞桿剛好運(yùn)動(dòng)一半行程處時(shí)，旋轉(zhuǎn)桿與兩活塞桿應(yīng)當(dāng)正好垂直。

所述控制部分，包括a/d轉(zhuǎn)換卡、數(shù)據(jù)采集卡、d/a轉(zhuǎn)換卡、氣動(dòng)控制單元及工控計(jì)算機(jī)；

所述氣體控制單元具體為氣源33通過(guò)氣壓閥32和氣動(dòng)三聯(lián)件31得到潔凈的高壓氣體，通過(guò)調(diào)壓閥30后得到穩(wěn)定氣壓，通過(guò)第一及第二比例控制閥25、26輸入到第一及第二活塞桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

在雙氣缸同步驅(qū)動(dòng)過(guò)程中，氣缸的驅(qū)動(dòng)是由工控計(jì)算機(jī)29發(fā)出指令脈沖，經(jīng)過(guò)第一d/a轉(zhuǎn)換卡27和第二d/a轉(zhuǎn)換卡28進(jìn)行d/a轉(zhuǎn)換后分別輸出給第一比例控制閥25和第二比例控制閥26控制輸入氣體驅(qū)動(dòng)氣缸活塞桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。采用的d/a控制卡為臺(tái)灣研華公司生產(chǎn)的pcl-727型，比例方向控制閥為日本smc氣動(dòng)公司生產(chǎn)，型號(hào)為ver2000-02。

兩氣缸的活塞桿行程遠(yuǎn)小于旋轉(zhuǎn)桿長(zhǎng)度，旋轉(zhuǎn)桿的旋轉(zhuǎn)角度很小，工作過(guò)程中的活塞桿及拉壓力傳感器可以近似為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；在有負(fù)載的情況下，如果兩拉壓力傳感器測(cè)得的力大小一致，方向相反，則兩氣缸輸出的力同步，兩氣缸同步驅(qū)動(dòng)；如果第一拉壓力傳感器測(cè)得的力小于第二拉壓力傳感器，則第一氣缸輸出的力比第二氣缸??；如果第一拉壓力傳感器測(cè)得的力大于第二拉壓力傳感器，則第一氣缸輸出的力比第二氣缸大；氣缸內(nèi)的氣體將活塞桿推出時(shí)，拉壓力傳感器測(cè)到壓力；氣缸內(nèi)的氣體使活塞桿縮回時(shí)，拉壓力傳感器測(cè)到拉力。

一種基于雙氣缸同步驅(qū)動(dòng)控制方法，包括如下步驟：

第一步氣源通過(guò)氣泵和氣動(dòng)三聯(lián)件得到潔凈的高壓氣體，通過(guò)調(diào)壓閥后得到穩(wěn)定氣壓，通過(guò)比例控制閥后氣體作用于氣缸的活塞桿，使活塞桿向外輸出力；

第二步拉壓力傳感器檢測(cè)受力信號(hào)由a/d轉(zhuǎn)換卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入數(shù)據(jù)采集卡，進(jìn)一步輸入到工控計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理后得到兩氣缸的力反饋信號(hào)；

第三步將第二步的反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)工控計(jì)算機(jī)處理后生成控制比例控制閥的脈沖信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)d/a轉(zhuǎn)換卡轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后輸出給兩個(gè)比例控制閥以調(diào)節(jié)輸入氣缸的氣壓、流量及方向，進(jìn)而控制氣缸輸出的力，使兩氣缸同步驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)雙氣缸輸出力的閉環(huán)控制。

兩個(gè)單出桿的雙作用普通氣缸平行固定在工作臺(tái)上，其活塞桿與旋轉(zhuǎn)桿之間加裝拉壓力傳感器以檢測(cè)旋轉(zhuǎn)桿兩端所受拉壓力，保證中部固定的旋轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)兩端同步，從而使兩氣缸在有負(fù)載的工作過(guò)程中輸出大小相等、方向相反的力。本發(fā)明運(yùn)用拉壓力傳感器采樣頻率快、測(cè)量精度高的特點(diǎn)，對(duì)兩氣缸輸出的力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，結(jié)合氣缸位置感應(yīng)器對(duì)活塞桿位置的控制和比例方向控制閥對(duì)氣量的控制，通過(guò)工控計(jì)算機(jī)使用相應(yīng)的算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)雙氣缸驅(qū)動(dòng)的同步控制。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。