一種雙氣缸同步驅動控制裝置與方法與流程

本發明涉及同步驅動控制領域，具體涉及一種雙氣缸同步驅動控制裝置與方法。

背景技術：

隨著科技的發展，現代制造業的發展出現了新的動力，標志著更加復雜的生產任務和高精度的生產要求。人們對機械設備的質量和產品性能要求越來越高，在某些場合針對單一驅動裝置進行控制已經不能滿足工作需求。在設備控制過程中，常需要對多個運動單元進行協調同步控制以滿足工作需求。在新的制造發展形勢下，機械系統的同步控制方法不斷發展，規模不斷擴大，廣泛應用于各個領域。機械系統的同步重點在于實現平穩運動，考慮到穩定性，低加速度，無抖動運動和低振動。對于同步系統，按其驅動方式可以分為機械驅動的同步系統、電氣驅動的同步系統、氣體驅動的同步系統和液壓驅動的同步系統。其中氣體驅動的系統成本低、易于維護、功率高，但是由于復雜的非線性動力學使系統同步成為一個難題。

現有的氣體驅動的同步系統多采用以氣缸驅動機械機構，利用機械機構實現同步的方式來達到的同步目的，這實際上可以算是機械驅動的同步方式，但是由于機械傳動間隙、難以調節傳動比、受總軸彈性模量制約等原因同步精度受到極大影響。

技術實現要素：

為了克服現有技術存在的缺點與不足，本發明提供一種雙氣缸同步驅動控制裝置與方法。

本發明考慮到了傳統氣體驅動的同步系統的主要誤差來源，直接使用氣缸進行驅動，比例控制閥和拉壓力傳感器輔助進行同步驅動控制，提高了同步精度，能在運動不同步時快速恢復同步，使兩氣缸輸出的力能夠快速、準確、穩定地同步。

本發明采用如下技術方案：

一種雙氣缸同步驅動控制裝置，包括氣缸驅動檢測部分及控制部分；

所述氣缸驅動檢測部分包括輸出桿，所述輸出桿固定在旋轉桿的中點位置，所述旋轉桿固定在實驗臺上，所述旋轉桿的兩端分別安裝一個氣缸驅動單元，兩個氣缸驅動單元結構相同，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連接件與活塞桿連接，其另一端通過轉軸與旋轉桿的一端連接，所述氣缸通過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轉換卡、數據采集卡、d/a轉換卡、氣動控制單元及工控計算機；

拉壓力傳感器檢測有負載狀態下旋轉桿的受力信號，傳輸到a/d轉換卡，然后經過數據采集卡輸入到工控計算機，工控計算機根據受力信號輸出控制指令經過d/a轉換卡輸出給氣體控制單元控制兩氣缸的同步驅動。

所述氣動控制單元包括氣動三聯件、氣泵、調壓閥及比例控制閥，氣源通過氣泵和氣動三聯件得到高壓氣體，然后通過調壓閥得到穩定電壓輸出到比例控制閥控制氣缸驅動，所述比例控制閥與工控計算機連接。

兩個氣缸平行固定在實驗臺上，初始狀態為一個氣缸的活塞桿完全伸出，另一個氣缸的活塞桿完全縮回。

所述旋轉桿具體是通過軸承座固定在兩個氣缸距離的中軸線上，當兩個活塞桿運動一半時，旋轉桿分別與兩個活塞桿垂直。

旋轉桿的中央孔與轉軸配合，轉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驗臺上。

拉壓力傳感器的另一端通過連接件與鉸鏈螺栓連接，所述鉸鏈螺栓與轉軸配合，進一步與旋轉桿的一端連接。

一種雙氣缸同步驅動控制裝置的控制方法，包括如下步驟：

第一步氣源通過氣泵和氣動三聯件得到潔凈的高壓氣體，通過調壓閥后得到穩定氣壓，通過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受力信號由a/d轉換卡轉換成數字信號輸入數據采集卡，進一步輸入到工控計算機進行相應的處理后得到兩氣缸的力反饋信號；

第三步將第二步的反饋信號經過工控計算機處理后生成控制比例控制閥的脈沖信號，該信號通過d/a轉換卡轉換為模擬信號后輸出給兩個比例控制閥以調節輸入氣缸的氣壓、流量及方向，進而控制氣缸輸出的力，使兩氣缸同步驅動，實現對雙氣缸輸出力的閉環控制。

本發明的有益效果：

(1)本拉壓力檢測裝置由拉壓力傳感器加旋轉桿構成，由于采樣頻率快、測量精度高，能夠實時動態地檢測旋轉桿的受力狀態，并將信號反饋給工控計算機進行調控，使氣缸輸出的力隨時保持同步，實現了雙氣缸的同步驅動控制。

(2)本裝置的旋轉桿長度遠遠大于氣缸活塞桿行程，工作過程中旋轉桿轉動角度很小，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運動，兩氣缸可以直接固定在實驗臺上而不用考慮轉動，裝置處于同步狀態時兩拉壓力傳感器測得的力大小相等、方向相反。

(3)本裝置采用比例控制閥對氣體的壓力和流量及方向進行控制，可以使輸出的氣體參數歲電信號參數的變化而變化，實現連續的比例控制，控制精度高，且機構簡單、效率高、無污染。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是系統的軸側圖；

圖3是圖1的正視圖；

圖4是圖1的俯視圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。

實施例

如圖1-圖4所示，一種雙氣缸同步驅動控制裝置，包括氣缸驅動檢測部分及控制部分；

所述氣缸驅動檢測部分包括輸出桿，所述輸出桿14固定在旋轉桿15的中部，旋轉桿15的中央孔與第三轉軸13配合，第三轉軸的另一端與帶止推軸承的軸承座12配合，該軸承座12固定在實驗臺5上。所述旋轉桿的兩端分別安裝一個氣缸驅動單元，兩個氣缸驅動單元結構相同，均包括氣缸、活塞桿及拉壓力傳感器。

所述旋轉桿的一端通過第一轉軸17連接，所述第一轉軸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，所述第一氣缸通過第一氣缸安裝架2固定在實驗臺5上，第一氣缸通過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。

所述旋轉桿15的另一端通過第二轉軸11連接，所述第二轉軸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，所述第二氣缸通過第二氣缸安裝架4固定在實驗臺上。

兩個氣缸平行設置在實驗臺上，兩者間的距離根據旋轉桿的長度決定，略小于旋轉桿長度，安裝時第一氣缸連接的第一活塞桿21應該完全伸出，第二氣缸連接的第二活塞桿應當完全縮回。所述的氣缸選擇中國臺灣氣立可的治具氣缸jd系列，型號為jd100x140-sd2，為單桿雙作用氣缸，缸徑100mm，行程140mm，軸端牙型為軸端內牙，帶兩個感應器，可承受0.1-0.7mpa的空氣壓力；旋轉桿的長度為1000mm，遠大于活塞桿行程,，桿上的孔直徑35mm，配合的滑動軸承內徑30mm，選用米思米公司產品，型號為lfzb35-30。

在雙氣缸同步驅動過程中，活塞桿由于進入氣缸的氣體速度與量的不同會輸出不同的推力或拉力，輸出的力通過連接件傳遞給第一及第二拉力傳感器，拉壓力傳感器通過測量力的大小和方向生成信號，經第一a/d轉換卡22和第二a/d轉換卡23轉換后生成數字信號并通過數據采集卡24輸出給工控計算機29。

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

50kg-750kg，精度為0.03級，應用于拉壓雙向力測量，拉、壓輸出對稱性好；鉸鏈螺栓選用米思米公司的配件，自帶滑動軸承，型號為hgmbb12-20-42-12a，與之配合的轉軸軸頸直徑為20mm，另一端直徑為30mm，軸身直徑為40mm；連接件尺寸是根據所用螺栓自行設計的；輸出桿14固定在旋轉桿15中部，輸出桿可根據需要自行選擇設計，用于負載，可自行添加組件以適應相應的工作任務；旋轉桿15中央孔與第三轉軸13配合，所述的第三轉軸13一端軸徑依然為30mm，第三轉軸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，內徑為30mm且帶有止推，因此所述的第三轉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上，當兩氣缸活塞桿剛好運動一半行程處時，旋轉桿與兩活塞桿應當正好垂直。

所述控制部分，包括a/d轉換卡、數據采集卡、d/a轉換卡、氣動控制單元及工控計算機；

所述氣體控制單元具體為氣源33通過氣壓閥32和氣動三聯件31得到潔凈的高壓氣體，通過調壓閥30后得到穩定氣壓，通過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運動。

在雙氣缸同步驅動過程中，氣缸的驅動是由工控計算機29發出指令脈沖，經過第一d/a轉換卡27和第二d/a轉換卡28進行d/a轉換后分別輸出給第一比例控制閥25和第二比例控制閥26控制輸入氣體驅動氣缸活塞桿作往復運動。采用的d/a控制卡為臺灣研華公司生產的pcl-727型，比例方向控制閥為日本smc氣動公司生產，型號為ver2000-02。

兩氣缸的活塞桿行程遠小于旋轉桿長度，旋轉桿的旋轉角度很小，工作過程中的活塞桿及拉壓力傳感器可以近似為直線運動；在有負載的情況下，如果兩拉壓力傳感器測得的力大小一致，方向相反，則兩氣缸輸出的力同步，兩氣缸同步驅動；如果第一拉壓力傳感器測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小；如果第一拉壓力傳感器測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；氣缸內的氣體將活塞桿推出時，拉壓力傳感器測到壓力；氣缸內的氣體使活塞桿縮回時，拉壓力傳感器測到拉力。

一種基于雙氣缸同步驅動控制方法，包括如下步驟：

第一步氣源通過氣泵和氣動三聯件得到潔凈的高壓氣體，通過調壓閥后得到穩定氣壓，通過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受力信號由a/d轉換卡轉換成數字信號輸入數據采集卡，進一步輸入到工控計算機進行相應的處理后得到兩氣缸的力反饋信號；

第三步將第二步的反饋信號經過工控計算機處理后生成控制比例控制閥的脈沖信號，該信號通過d/a轉換卡轉換為模擬信號后輸出給兩個比例控制閥以調節輸入氣缸的氣壓、流量及方向，進而控制氣缸輸出的力，使兩氣缸同步驅動，實現對雙氣缸輸出力的閉環控制。

兩個單出桿的雙作用普通氣缸平行固定在工作臺上，其活塞桿與旋轉桿之間加裝拉壓力傳感器以檢測旋轉桿兩端所受拉壓力，保證中部固定的旋轉桿轉動時兩端同步，從而使兩氣缸在有負載的工作過程中輸出大小相等、方向相反的力。本發明運用拉壓力傳感器采樣頻率快、測量精度高的特點，對兩氣缸輸出的力進行實時監測，結合氣缸位置感應器對活塞桿位置的控制和比例方向控制閥對氣量的控制，通過工控計算機使用相應的算法，實現對雙氣缸驅動的同步控制。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。