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1、(10)申请公布号 CN 102297177 A (43)申请公布日 2011.12.28 CN 102297177 A *CN102297177A* (21)申请号 201110195143.9 (22)申请日 2011.07.13 F15B 15/08(2006.01) (71)申请人 北京理工大学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街 5 号 (72)发明人 王涛 吴立贞 范伟 (54) 发明名称 一种气动伺服执行机构 (57) 摘要 本发明涉及一种气动伺服执行机构， 尤其涉 及一种以波纹管作为执行元件同时带有无摩擦 气浮导轨的气动伺服执行机构， 属于工业自动化 仪表与系统技术领。
2、域。它包括执行元件、 气浮导 轨、 位移传感器、 载物台和机构体 ； 执行元件为波 纹管 ； 波纹管是气动伺服执行机构的执行元件， 气浮导轨由气浮导轨动子和气浮导轨定子组成 ； 位移传感器由读数头和光栅尺组成 ； 其连接关系 为 ： 波纹管一端封死， 与气浮导轨动子连接， 另一 端固定在机构体上， 机构体上设有波纹管进气孔 ； 载物台安装在气浮导轨动子上 ； 气浮导轨定子的 底端固定在机构体上 ； 当气浮导轨正常工作时， 气浮导轨动子无摩擦移动 ； 光栅尺固定在载物台 的侧面 ； 读数头固定在机构体的一侧， 并与光栅 尺相对。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (1。
3、2)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页 CN 102297185 A1/1 页 2 1. 一种气动伺服执行机构， 其特征在于 ： 包括执行元件、 气浮导轨、 位移传感器、 载物 台 (9) 和机构体 (8) ； 执行元件为波纹管 ； 波纹管是气动伺服执行机构的执行元件， 对气动 伺服执行机构提供执行力 ； 气浮导轨由气浮导轨动子(3)和气浮导轨定子(4)组成， 用于消 除气动伺服执行机构运动过程中的摩擦力 ； 位移传感器由读数头(7)和光栅尺(6)组成， 为 气动伺服执行机构的位置采集装置， 用于对气动伺服执行机构移动位移进行采集和反馈 ； 其连接关系为 ： 波纹管。
4、一端封死， 并与气浮导轨动子 (3) 连接， 另一端固定在机构体 (8) 上， 机构体 (8) 上设有波纹管进气孔 (2) ； 载物台 (9) 安装在气浮导轨动子 (3) 上 ； 气 浮导轨定子(4)的底端固定在机构体上 ； 当气浮导轨正常工作时， 气浮导轨动子(3)无摩擦 移动 ； 光栅尺 (6) 固定在载物台 (9) 的侧面 ； 读数头 (7) 固定在机构体的一侧， 并与光栅尺 (6) 相对 ； 其工作过程为 ： 打开气源 (11)， 气体经过过滤器 (10)， 一路经第一减压阀 (12) 给气浮 导轨定子进气孔 (5) 通入气体， 同时， 另一路经第二减压阀 (13) 经进气孔 (2) 。
5、给波纹管通 入气体， 气浮导轨正常工作， 波纹管推动气浮导轨动子 (3) 无摩擦运动， 带动安装在气浮导 轨动子 (3) 上的载物台 (9) 一起运动时， 读数头 (7) 能够读出随载物台 (9) 一起运动的光 栅尺 (6) 的刻度变化量， 该变化量等于载物台 (9) 的移动距离。 2. 根据权利要求 1 所述的一种气动伺服执行机构， 其特征在于 ： 波纹管为金属材质。 权 利 要 求 书 CN 102297177 A CN 102297185 A1/3 页 3 一种气动伺服执行机构 技术领域 0001 本发明涉及一种气动伺服执行机构， 尤其涉及一种以波纹管作为执行元件同时带 有无摩擦气浮导轨。
6、的气动伺服执行机构， 属于工业自动化仪表与系统技术领域。 背景技术 0002 气动伺服系统的组成形式同一般伺服系统没有区别， 它的各个环节不一定全是气 动的， 但执行机构一定是气动的。在气动伺服系统中， 执行机构一般常采用活塞式气缸， 气 缸工作时主要靠内腔压力推动活塞运动， 但由于气体的可压缩性及传统气缸内部活塞与内 筒、 杆与端口摩擦力等因素的影响， 导致了气动伺服系统的强非线性和低刚度， 实现对气动 伺服系统的满意控制比较困难， 控制精度不高， 至今在工业上的应用并不成熟。 发明内容 0003 本发明的目的是为解决气动伺服执行机构在运动过程中存在的摩擦力的问题， 提 出一种气动伺服执行机。
7、构。 0004 为了实现上述目的， 本发明是通过以下技术方案来实现的 ： 0005 一种气动伺服执行机构， 它包括执行元件、 气浮导轨、 位移传感器、 载物台和机构 体 ； 执行元件为波纹管 ； 波纹管是气动伺服执行机构的执行元件， 对气动伺服执行机构提 供执行力 ； 气浮导轨由气浮导轨动子和气浮导轨定子组成， 用于消除气动伺服执行机构运 动过程中的摩擦力 ； 位移传感器由读数头和光栅尺组成， 为气动伺服执行机构的位置采集 装置， 用于对气动伺服执行机构移动位移进行采集和反馈 ； 其连接关系为 ： 波纹管一端封 死， 与气浮导轨动子连接， 另一端固定在机构体上， 机构体上设有波纹管进气孔 ； 。
8、载物台安 装在气浮导轨动子上 ； 气浮导轨定子的底端固定在机构体上 ； 当气浮导轨正常工作时， 气 浮导轨动子无摩擦移动 ； 光栅尺固定在载物台的侧面 ； 读数头固定在机构体的一侧， 并与 光栅尺相对 ； 0006 其工作过程为 ： 打开气源， 气体经过过滤器， 一路经第一减压阀给气浮导轨定子进 气孔通入一定压力的气体和另一路经第二减压阀经进气孔给波纹管通入一定压力的气体， 气浮导轨正常工作， 波纹管推动气浮导轨动子无摩擦运动， 带动安装在气浮导轨动子上的 载物台一起运动时， 读数头能够读出随载物台一起运动的光栅尺的刻度变化量， 该变化量 等于载物台的移动距离。 0007 所述纹管优选金属材质。
9、。 0008 所述第一减压阀给气浮导轨定子进气孔通入的气体压力为 0.3 0.6Mpa ； 第二减 压阀经进气孔给波纹管通入的气体压力为 0 1.0Mpa。 0009 有益效果 0010 本发明对比现有技术， 具有以下优点 ： 0011 1、 通过将波纹管安装在载物台的一端， 使得气动伺服执行机构在运动过程中不受 摩擦力等非线性因素的影响 ； 并且波纹管输出位移和输入压力成线性关系， 容易控制。 说 明 书 CN 102297177 A CN 102297185 A2/3 页 4 0012 2、 气浮导轨通过外部输入的压力气体在气浮导轨定子和动子之间形成一层气膜， 使气浮导轨动子可以无摩擦、 。
10、无振动的平滑运动， 从而使气动伺服执行机构获得较高的运 动精度和定位精度。 附图说明 0013 图 1 为本发明所述气动伺服执行机构的整体结构图 ； 0014 图 2 为本发明所述气动伺服执行机构的剖视结构图 ； 0015 图 3 为本发明所述气浮导轨结构图 ； 0016 图 4 为本发明所述气动伺服执行机构的气动回路图 ； 0017 图 5 为本发明所述气动伺服执行机构中直流电压和光栅尺的连接图 ； 0018 图中， 1- 金属波纹管、 2- 进气孔、 3- 气浮导轨动子、 4- 气浮导轨定子、 5- 气浮导轨 定子进气孔、 6- 光栅尺、 7- 读数头、 8- 机构体、 9- 载物台、 1。
11、0- 过滤器、 11- 气源、 12- 第一减 压阀、 13- 第二减压阀、 14- 直流电源。 具体实施方式 0019 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。 0020 本实施例中的一种气动伺服执行机构， 其结构组成如图 1 所示， 包括金属波纹管 1、 气浮导轨动子 3、 气浮导轨定子 4、 光栅尺 6、 读数头 7、 机构体 8、 载物台 9。其中， 金属波 纹管 1 的一端中央设有进气孔 2。气浮导轨动子 3 和气浮导轨定子 4 组成气浮导轨， 气浮导 轨定子一侧设有进气孔 5。 0021 上述组成部件的连接关系为 ： 0022 金属波纹管 1 一端封死， 并与气浮导轨动子 3 连。
12、接， 设有进气孔 2 的一端固定在机 构体 8 上。载物台 9 安装在气浮导轨动子 3 上。气浮导轨定子 4 固定连接在机构体 8 上。 气浮导轨动子 3 穿过气浮导轨定子 4 ； 0023 读数头 7 和光栅尺 6 组成位移传感器， 光栅尺 6 固定在载物台 9 的侧面。读数头 7 固定在机构体 8 的一侧， 并与光栅尺 6 相对， 直流电源 14 给读数头 7 提供工作电压 14 ； 0024 当气动伺服执行机构工作时， 气源 11 产生供气压力经过气体过滤器 10， 一路经第 二减压阀 13 通过波纹管 1 的进气孔 2 给金属波纹管供气 ； 另一路经第一减压阀 12 通过气 浮导轨定子。
13、上 4 的进气孔 6 给气浮导轨供气。 0025 优选的， 金属波纹管 1 工作的压力为 0.5Mpa 可调压力， 气浮导轨的工作压力为 0.4MPa， 位移传感器的工作电压为 5V。 0026 打开气源 11， 气体经过过滤器 10， 经第一减压阀 12 给气浮导轨提供 0.4MPa 的压 力， 气浮导轨正常工作， 气浮导轨动子 3 可以无摩擦运动。 0027 同时， 气源 11 经第二减压阀 13 给金属波纹管 1 的进气孔 2 提供 0.5MPa 的可调压 力， 直流电源 14 为位移传感器读数头 7 提供 5V 的工作电压。金属波纹管 1 内腔承受气压 时会伸长， 并带动气浮导轨动子 。
14、3 及安装在气浮导轨动子 3 上的载物台 5 一起运动， 读数头 7读出随载物台9一起运动的位移传感器光栅尺6刻度的变化量， 即载物台9移动的距离为 1.797mm。 0028 调节第二减压阀 13， 改变输入金属波纹管 1 的压力在 0 0.8Mpa 的范围内变化， 说 明 书 CN 102297177 A CN 102297185 A3/3 页 5 可以得到位移传感器测得的相应的位移量。 0029 通过上述过程， 金属波纹管 1 将输入的压力变为位移输出， 输入压力和输出位移 呈线性关系， 如图 5 所示。由此可见， 在这一过程中， 完全避免了非线性因素的扰动。 说 明 书 CN 102297177 A CN 102297185 A1/3 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102297177 A CN 102297185 A2/3 页 7 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102297177 A CN 102297185 A3/3 页 8 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 102297177 A 。