三维气浮随动装置.pdf

一种三维气浮随动装置，包括立柱、能无摩擦旋转的转轴、长距离直线导轨和悬挂绳，转轴上套装两个空气轴承，两个空气轴承沿上下方向安装在立柱上，转轴的下端位于气浮垫上，气浮垫安装在气浮垫安装座上，气浮垫安装座安装在立柱上，转轴与长距离直线导轨连接，长距离直线导轨上可滑动地套装滑块，滑块与驱动机构传动连接，滑块与短距离气浮导轨连接，短距离气浮导轨的贮气套与定滑轮座固定连接，定滑轮座与气浮滑轮组件固定连接，气浮滑轮组件的气浮滑轮的轴心开有进气孔，进气孔与连接气管连通，气浮滑轮上套装悬挂绳，运动件吊挂在悬挂绳上。本发明能有效避免摩擦力的附加影响、适应高精度场合。

1.  一种三维气浮随动装置，其特征在于：所述三维气浮随动装置包括立柱、能无摩擦旋转的转轴、长距离直线导轨和悬挂绳，所述转轴上套装两个空气轴承，所述两个空气轴承沿上下方向安装在所述立柱上，所述转轴的下端位于气浮垫上，所述气浮垫安装在气浮垫安装座上，所述气浮垫安装座安装在立柱上，所述转轴上固定套装一维运动横梁安装座，所述一维运动横梁安装座与长距离直线导轨连接，所述长距离直线导轨上可滑动地套装滑块，所述滑块与驱动机构传动连接，所述滑块与短距离气浮导轨连接，所述短距离气浮导轨的贮气套与定滑轮座固定连接，所述定滑轮座与气浮滑轮组件固定连接，所述气浮滑轮组件的气浮滑轮的轴心开有进气孔，所述进气孔与连接气管连通，所述气浮滑轮上套装悬挂绳，运动件吊挂在所述悬挂绳上。

2.  如权利要求1所述的三维气浮随动装置，其特征在于：所述短距离气浮导轨还包括气浮轴和气浮套，所述滑块与气浮轴固定连接，气浮套套装在所述气浮轴上，所述气浮套至少有两个，所述气浮套均与贮气套密封连接，所述贮气套与气浮轴之间为贮气腔，所述气浮轴的轴心开有进气通道，所述进气通道连接压缩气体进气管，所述进气通道与所述贮气腔连通，所述贮气腔设有出气口，所述出气口通过连接气管与各个气浮套的进气口连通。

3.  如权利要求1或2所述的三维气浮随动装置，其特征在于：所述气浮滑轮组件包括第一定滑轮、第二定滑轮、附加定滑轮、动滑轮、悬挂绳和减重砝码，所述第一定滑轮和第二定滑轮安装在所述定滑轮座上，所述动滑轮安装在动滑轮座上，所述动滑轮座吊装所述运动件，悬挂绳的一端固定在悬挂绳固定板上，并依次穿过第一定滑轮、动滑轮、第二定滑轮和附加定滑轮，所述悬挂绳的另一端连接减重砝码，所述悬挂绳固定板与长距离直线导轨固定连接，所述第一定滑轮和第二定滑轮均为气浮轴承滑轮，所述第一定滑轮和第二定滑轮轴心均开有进气孔，所述附加定滑轮安装在转轴上。

4.  如权利要求3所述的三维气浮随动装置，其特征在于：所述附加定滑轮为气浮轴承滑轮，所述附加定滑轮轴心均开有进气孔。

5.  如权利要求3所述的三维气浮随动装置，其特征在于：所述动滑轮为气浮轴承滑轮，所述动滑轮轴心均开有进气孔。

6.  如权利要求2所述的三维气浮随动装置，其特征在于：所述气浮轴的两端分别套装气浮轴安装座，所述气浮轴安装座与所述滑块固定连接。

7.  如权利要求6所述的三维气浮随动装置，其特征在于：所述三维气浮随动装置还包括用于检测气浮套水平运动靠近气浮轴安装座的位置传感器，所述位置传感器安装在气浮轴安装座与气浮套之间。

8.  如权利要求7所述的三维气浮随动装置，其特征在于：所述位置传感器为霍尔传感器和永磁铁，所述霍尔传感器安装在所述气浮轴安装座上，所述永磁铁安装在气浮套靠近气浮轴安装座的外侧。

9.  如权利要求2所述的三维气浮随动装置，其特征在于：所述气浮套与贮气套之间通过O型圈对贮气套密封。

三维气浮随动装置
技术领域
本发明涉及气浮装置，尤其是一种能跟随运动件空间运动轨迹且能提供恒定吊挂力的三维随动装置。
背景技术
绳索悬吊式减重装置，即利用绳索悬吊运动件，在运动件运动过程中随动装置跟随运动件运动，必须保证运动过程中吊索都要处于拉紧状态且始终能给运动件提供恒定的吊挂力。并且在吊点跟随运动件运动过程中，尽可能的不产生附加力，从而影响运动件的空间位置或运动状态。
现有的三维随动装置采用直线导轨、转轴和滑轮组来实现，存在的缺陷：存在摩擦力的附加影响、不能适应高精度场合。
发明内容
为了克服现有的三维随动装置的存在摩擦力的附加影响、不能适应高精度场合的不足，本发明提供了一种有效避免摩擦力的附加影响、适应高精度场合的三维气浮随动装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种三维气浮随动装置，包括立柱、能无摩擦旋转的转轴、长距离直线导轨和悬挂绳，所述转轴上套装两个空气轴承，所述两个空气轴承沿上下方向安装在所述立柱上，所述转轴的下端位于气浮垫上，所述气浮垫安装在气浮垫安装座上，所述气浮垫安装座安装在立柱上，所述转轴上固定套装一维运动横梁安装座，所述一维运动横梁安装座与长距离直线导轨连接，所述长距离直线导轨上可滑动地套装滑块，所述滑块与驱动机构传动连接，所述滑块与短距离气浮导轨连接，所述短距离气浮导轨的贮气套与定滑轮座固定连接，所述定滑轮座与气浮滑轮组件固定连接，所述气浮滑轮组件的气浮滑轮的轴心开有进气孔，所述进气孔与连接气管连通，所述气浮滑轮上套装悬挂绳，运动件吊挂在所述悬挂绳上。
进一步，所述短距离气浮导轨还包括气浮轴和气浮套，所述滑块与气浮轴固定连接，气浮套套装在所述气浮轴上，所述气浮套至少有两个，所述气浮套均与贮气套密封连接，所述贮气套与气浮轴之间为贮气腔，所述气浮轴的轴心开有进气通道，所述进气通道连接压缩气体进气管，所述进气通道与所述贮气腔连通，所述贮气腔设有出气口，所述出气口通过连接气管与各个气浮套的进气口连通。
再进一步，所述气浮滑轮组件包括第一定滑轮、第二定滑轮、附加定滑轮、动滑轮、悬挂绳和减重砝码，所述第一定滑轮和第二定滑轮安装在定滑轮座上，所述动滑轮安装在动滑轮座上，所述动滑轮座吊装所述运动件，悬挂绳的一端固定在悬挂绳固定板上，并依次穿过第一定滑轮、动滑轮、第二定滑轮和附加定滑轮，所述悬挂绳的另一端连接减重砝码，所述悬挂绳固定板与长距离直线导轨固定连接，所述第一定滑轮和第二定滑轮均为气浮轴承滑轮，所述第一定滑轮和第二定滑轮轴心均开有进气孔，所述附加定滑轮安装在转轴上。
所述附加定滑轮为气浮轴承滑轮，所述附加定滑轮轴心均开有进气孔。
所述动滑轮为气浮轴承滑轮，所述动滑轮轴心均开有进气孔。动滑轮在运动过程中，气管会跟随运动，气管弯曲会产生附加力影响。通过延长气管固定点与动滑轮间的长度可以减少气管扰动影响。
所述气浮轴的两端分别套装气浮轴安装座，所述气浮轴安装座与所述滑块固定连接。
所述三维气浮随动装置还包括用于检测气浮套水平运动靠近气浮轴安装座的位置传感器，所述位置传感器安装在气浮轴安装座与气浮套之间.
所述位置传感器为霍尔传感器和永磁铁，所述霍尔传感器安装在所述气浮轴安装座上，所述永磁铁安装在气浮套靠近气浮轴安装座的外侧。当然，也可以采用诸如光电传感器、光栅编码器之类的其他位置传感器或其它非接触式接近开关。
所述气浮套与贮气套之间通过O型圈对贮气套密封。
本发明的技术构思为：空气轴承(又称为气浮轴承)指的是用气体(通常是空气，但也有可能是其它气体)作为润滑剂的滑动轴承。空气比油粘滞性小，耐高温，无污染，因而可用于高速机器、仪器及放射性装置中。空气轴承能提供极高的径向和轴向旋转精度。由于没有机械接触，磨损程度降到了最低，从而确保精度始终保持稳定。
采用空气轴承代替普通轴承制作气浮滑轮是空气轴承技术的一个典型应用。空气轴承技术除了可应用在气浮轴转动领域，由于其两表面非接触无摩擦的特性，亦可很好的应用于气浮轴轴向移动领域，气浮导轨属于直线导轨的一种，是采用压缩气体产生气膜，实现导轨和滑块的无摩擦运动。气浮垫是空气轴承的另一种应用，它通过气浮垫底部的形成的空气薄层(1mm左右甚至更小)使气浮垫与平面间形成间隙形成近似无摩擦的滑动条件。通常用于精密仪器或者工厂中的部件位移。采用气浮技术具有摩擦阻力小、运动精度高、清洁无污染等特点，近年来在测量仪器、精密机械中得到了广泛的应用。
本发明的有益效果为：有效避免摩擦力的附加影响、适应高精度场合。
附图说明
图1是三维气浮随动装置的外观图。
图2是三维气浮随动装置的结构图。
图3是水平运动气浮组件结构图。
图4是三维气浮随动装置滑轮布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
参照图1～图4，一种三维气浮随动装置，包括立柱1、能无摩擦旋转的转轴2、长距离直线导轨11和悬挂绳10，所述转轴2上套装两个空气轴承3，所述两个空气轴承3沿上下方向安装在所述立柱1上，所述转轴2的下端位于气浮垫6上，所述气浮垫6安装在气浮垫安装座7上，所述气浮垫安装座7安装在立柱1上，所述转轴2上固定套装一维运动横梁安装座8，所述一维运动横梁安装座8与长距离直线导轨11连接，所述长距离直线导轨11上可滑动地套装滑块12，所述滑块12与驱动机构传动连接，所述滑块12与短距离气浮导轨连接，所述短距离气浮导轨的贮气套13与定滑轮座17固定连接，所述定滑轮座17与气浮滑轮组件固定连接，所述气浮滑轮组件的气浮滑轮的轴心开有进气孔，所述进气孔与连接气管连通，所述气浮滑轮上套装悬挂绳10，运动件吊挂在所述悬挂绳10上。
所述短距离气浮导轨还包括气浮轴14和气浮套24，所述滑块12与气浮轴14固定连接，气浮套24套装在所述气浮轴14上，所述气浮套24至少有两个，所述气浮套24均与贮气套13密封连接，所述贮气套13与气浮轴14之间为贮气腔，所述气浮轴14的轴心开有进气通道，所述进气通道连接压缩气体进气管，所述进气通道与所述贮气腔连通，所述贮气腔设有出气口，所述出气口通过连接气管与各个气浮套24的进气口连通。
所述气浮滑轮组件包括第一定滑轮18、第二定滑轮28、附加定滑轮29、动滑轮19、悬挂绳10和减重砝码21，所述第一定滑轮18和第二定滑轮19安装在所述定滑轮座17上，所述动滑轮19安装在动滑轮座20上，所述动滑轮座20吊装所述运动件，悬挂绳10的一端固定在悬挂绳固定板16上，并依次穿过第一定滑轮、动滑轮、第二定滑轮和附加定滑轮，所述悬挂绳10的另一端连接减重砝码21，所述悬挂绳固定板16与长距离直线导轨11固定连接，所述第一定滑轮18和第二定滑轮28均为气浮轴承滑轮，所述第一定滑轮18和第二定滑轮28轴心均开有进气孔，所述附加定滑轮29安装在转轴2上。
所述附加定滑轮29为气浮轴承滑轮，所述附加定滑轮轴心均开有进气孔。所述动滑轮19为气浮轴承滑轮，所述动滑轮轴心均开有进气孔。动滑轮在运动过程中，气管会跟随运动，气管弯曲会产生附加力影响。通过延长气管固定点与动滑轮间的长度可以减少气管扰动影响。
所述三维气浮随动装置还包括用于检测气浮套水平运动靠近气浮轴安装座的位置传感器，所述位置传感器安装在气浮轴安装座27与气浮套之间；
所述位置传感器为霍尔传感器26和永磁铁25，所述霍尔传感器26安装在所述气浮轴安装座27上，所述永磁铁25安装在气浮套靠近气浮轴安装座的外侧。当然，也可以采用诸如光电传感器、光栅编码器之类的其他位置传感器或其它非接触式接近开关。
所述气浮轴14的两端分别套装气浮轴安装座27，所述气浮轴安装座27与所述滑块12固定连接。
所述气浮套与贮气套之间通过O型圈对贮气套密封。
本实施例的能无摩擦旋转的转轴2由两个空气轴承3和一个气浮垫6支承，所述空气轴承3通过空气轴承座5安装在立柱1上，承受一维运动横梁产生的弯矩，所述气浮垫6和气浮垫安装座7一起承受转轴2及安装在转轴上的一维运动横梁的重力，所述气浮垫安装座7固定安装于立柱1上。所述转轴2上安装一维运动横梁安装座8，一维运动横梁通过一维运动横梁安装座8固定于转轴2上，当运动件进行空间运动，一维运动横梁受到横向力时，能带动所述转轴2在两个空气轴承3和气浮垫6的支承下无摩擦旋转，跟随运动件空间运动轨迹。
本实施例通过水平直线运动和旋转方式实现平面运动跟随，再通过收放悬挂绳实现垂直运动跟随。
本实施例的减重平衡悬挂系统，由两个固定在贮气套上的定滑轮、一个固定在横梁端部的定滑轮、安装在动滑轮座上的一个动滑轮、悬挂绳、配重砝码及固定在动滑轮座上的运动件悬挂绳组成。其功能是保证恒定的吊挂力的基础上实现Z轴随动，同时平衡钢丝绳的外加侧向力。
运动吊挂系统工作原理如下：根据所需减重量调整配重砝码重量。当运动件运动时，如向右运动，带动动滑轮座向右运动，从而通过悬挂绳带动气浮轴安装座向右运动，右边的传感器接受到信号，发给控制系统，控制驱动电机9顺时针旋转，通过牵引绳23带动滑块向右运动，从而悬挂点始终在滑块中心位置附近。
悬挂绳10一端固定在悬挂绳固定板上，依次绕过定滑轮、动滑轮、定滑轮、固定在转轴上的定滑轮后，另一端连接减重砝码。为了减小摩擦力，定滑轮与滑轮轴间用气浮轴承连接。
气浮轴轴心加工进气管，将压缩空气送入贮气套。贮气套外壁上用气管将压缩空气分别送入左右端的气浮套。气浮轴安装座安装在主动移动的滑块上。为保证运动件运动时，吊点能在机构运动方向实现随动，需要吊点机构能无摩擦运动。吊点系统中轴与气浮套的方式满足该要求。
为保证悬挂绳与定滑轮之间的摩擦力足够小，定滑轮嵌套在安装板中，安装板两侧面与气浮轴固定连接，且定滑轮亦采用气浮轴承支承，使用技术与上述气浮套通用。