(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に位置して動程の第１端限界と第２端限界との間を作動するピストンによって画定される少なくとも１つの拡張可能な空気チャンバを有する空気圧作動式シリンダ用の位置制御システムであって、
制御される前記空気圧作動式シリンダの各口それぞれに連結されて、制御される前記空気圧作動式シリンダの前記少なくとも１つの拡張可能な空気チャンバに出入りする空気流れを選択的かつ比例的に制御する少なくとも２つの電子起動式比例流弁と、
制御される前記空気圧作動式シリンダの各チャンバのそれぞれに関して、空気圧力を測定する少なくとも１つの圧力感知器と、
制御される前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置して、前記シリンダ内の前記ピストンの中心位置を感知する少なくとも１つの分離型位置感知器と、
前記少なくとも２つの電子起動式比例流弁、前記少なくとも１つの圧力感知器、および前記少なくとも１つの分離型位置感知器に動作可能に接続され、前記少なくとも１つの圧力感知器によって測定された圧力と、前記少なくとも１つの分離型位置感知器によって測定された位置とに対応して、前記少なくとも２つの電子起動式比例流弁の起動を制御する制御器とを備え、
前記制御器は、前記ピストンを前記中心位置から前記ハウジング内における所望の距離だけ移動させるのに必要な前記少なくとも１つの拡張可能な空気チャンバ内の圧力を計算し、かつ、前記少なくとも２つの電子起動式比例流弁を制御して、前記少なくとも１つの拡張可能な空気チャンバ内の圧力を前記計算された必要な圧力とし、これにより、前記ピストンを前記所望の距離だけ移動させる制御プログラムを有することを特徴とする空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの分離型位置感知器が、
前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置する第１位置感知器と、
前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の一方端部に隣接して位置して、前記少なくとも１つの拡張可能な空気チャンバを画定する前記ハウジングの端壁と接触する前に、前記ピストンの穏やかな停止減速をもたらす第２位置感知器とをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項３】
前記少なくとも２つの電子起動式比例流弁は、前記少なくとも１つの拡張可能な空気チャンバと関連付けられて、前記少なくとも１つの拡張可能な空気チャンバに入る空気流れを選択的かつ比例的に制御する第１弁と、前記少なくとも１つの拡張可能な空気チャンバと関連付けられて、前記少なくとも１つの拡張可能な空気チャンバから出る空気流れを選択的かつ比例的に制御する第２弁とを含むことを特徴とする請求項１記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの拡張可能な空気チャンバは、２つの拡張可能な空気チャンバであり、該２つの拡張可能な空気チャンバは、前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の一方端部に隣接する第１の拡張可能な空気チャンバと、前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の他方端部に隣接する第２の拡張可能な空気チャンバとを備えることを特徴とする請求項１記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの圧力感知器は、２つの圧力感知器であり、該２つの圧力感知器は、前記第１の拡張可能な空気チャンバに関連付けられた第１圧力感知器と、前記第２の拡張可能な空気チャンバに関連付けられた第２圧力感知器とを備えることを特徴とする請求項４記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの分離型位置感知器は、３つの位置感知器であり、該３つの位置感知器は、前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置する第１位置感知器と、前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の一方端部に隣接して位置して、前記ピストンが前記２つの拡張可能な空気チャンバのうち一つの空気チャンバを画定するハウジングの端壁と接触する前に、前記ピストンの穏やかな停止減速をもたらす第２位置感知器と、前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の他方端部に隣接して位置して、前記ピストンが前記２つの拡張可能な空気チャンバのうち他の空気チャンバを画定するハウジングの端壁と接触する前に、前記ピストンの穏やかな停止減速をもたらす第３位置感知器とを備えることを特徴とする請求項４記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項７】
前記制御プログラムは、前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置する少なくとも１つの分離型位置感知器によって、前記ピストンが感知される時、前記ピストンの中心位置である定位置を初期化するよう動作可能であることを特徴とする請求項１記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項８】
前記ハウジングに対する所定位置に向けて前記ピストンにバイアスをかける手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項９】
ハウジング内に位置して動程の第１端限界と第２端限界との間を作動するピストンによって画定される少なくとも１つの拡張可能な空気チャンバを有する空気圧作動式シリンダ用の位置制御システムであって、
制御される前記空気圧作動式シリンダの各口それぞれに連結された少なくとも２つの電子起動式比例弁によって制御される前記空気圧作動式シリンダの前記少なくとも１つの拡張可能な空気チャンバに出入りする空気流れを選択的かつ比例的に制御するステップと、
少なくとも１つの圧力感知器によって、制御される前記空気圧作動式シリンダの各チャンバのそれぞれに対する空気圧力を測定するステップと、
制御される前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置する少なくとも１つの分離型位置感知器によって、前記シリンダ内の前記ピストンの中心位置を感知するステップと、
前記少なくとも２つの電子起動式比例流弁、前記少なくとも１つの圧力感知器、および前記少なくとも１つの分離型位置感知器に動作可能に接続された制御器の制御プログラムによって、前記少なくとも１つの圧力感知器によって測定された圧力と、前記少なくとも１つの分離型位置感知器によって測定された位置とに対応して、前記少なくとも２つの電子起動式比例流弁の起動を制御するステップとを含み、
前記制御プログラムによって制御するステップは、前記ピストンを前記中心位置から前記ハウジング内における所望の距離だけ移動させるのに必要な前記少なくとも１つの拡張可能な空気チャンバ内の圧力を計算するステップと、前記少なくとも２つの電子起動式比例流弁を制御して、前記少なくとも１つの拡張可能な空気チャンバ内の圧力を前記計算された必要な圧力とし、これにより、前記ピストンを前記所望の距離だけ移動させるステップとを有することを特徴とする空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの分離型位置感知器が、前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置する第１位置感知器と、前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の一方端部に隣接して位置した第２位置感知器とで構成され、
前記第２位置感知器によって、前記ハウジングに対する、前記ピストンの動程の一方端部に隣接する位置を感知するステップと、
前記第２位置感知器に応答して、前記制御プログラムによって、前記ピストンが前記少なくとも１つの拡張可能な空気チャンバを画定する前記ハウジングの端壁に接触する前に、前記ピストンを減速させて穏やかな停止に至らせるステップとをさらに含むことを特徴とする請求項９記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項１１】
前記少なくとも２つの電子起動式比例流弁が、
前記少なくとも１つの拡張可能な空気チャンバに関連付けられて、前記少なくとも１つの拡張可能な空気チャンバに入る流体流れを選択的かつ比例的に制御する第１弁と、
前記少なくとも１つの拡張可能な空気チャンバに関連付けられて、前記少なくとも１つの拡張可能な空気チャンバから出る流体流れを選択的かつ比例的に制御する第２弁とを含むことを特徴とする請求項９記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの拡張可能な空気チャンバは、２つの拡張可能な空気チャンバを含み、該２つの拡張可能な空気チャンバが、
前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の一方端部に隣接した第１の拡張可能な空気チャンバと、
前記ハウジングにおける前記ピストンの他方端部に隣接した第２の拡張可能な空気チャンバとを含むことを特徴とする請求項９記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの圧力感知器は、２つの圧力感知器を備え、該２つの圧力検知器が、
前記第１の拡張可能な空気チャンバに関連付けられた第１圧力感知器と、
前記第２の拡張可能な空気チャンバに関連付けられた第２圧力感知器とを含むことを特徴とする請求項１２記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの分離型位置感知器は、３つの位置感知器を備え、該３つの位置感知器が、
前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置する第１位置感知器と、
前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の一方端部に隣接して位置して、前記ピストンが前記２つの拡張可能な空気チャンバのうち一つの空気チャンバを画定するハウジングの端壁と接触する前に、前記ピストンの穏やかな停止減速をもたらす第２位置感知器と、
前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の他方端部に隣接して位置して、前記ピストンが前記２つの拡張可能な空気チャンバのうち他の空気チャンバを画定するハウジングの端壁と接触する前に、前記ピストンの穏やかな停止減速をもたらす第３位置感知器とを備えることを特徴とする請求項１２記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項１５】
前記制御プログラムによって制御するステップは、
前記ピストンが前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置した前記第１位置感知器によって感知された時に、前記ピストンの中心位置である定位置を初期化するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１４記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項１６】
前記位置制御システムが、前記ハウジングに対する所定の位置に向けて前記ピストンにバイアスをかける手段を備えることを特徴とする請求項９記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項１７】
ハウジング内に位置して、動程の第１端限界と第２端限界の間を移動するピストンによって画定される２つの拡張可能な空気チャンバを有する空気圧作動式シリンダ用の位置制御システムであって、
２つの電子起動式比例流弁が、制御される前記空気圧作動式シリンダの各口にそれぞれ連結されて、制御される前記空気圧作動式シリンダの２つの拡張可能な空気チャンバに出入りする流体流れを選択的かつ比例的に制御する４つの電子起動式比例流弁と、
１つの圧力感知器が、制御される前記空気圧作動式シリンダの各チャンバそれぞれについて空気圧力を測定する、２つの圧力感知器と、
制御される前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置して、前記シリンダ内のピストンの中心位置を感知する少なくとも１つの分離型位置感知器と、
前記４つの電子起動式比例流弁、前記２つの圧力感知器、および前記少なくとも１つの分離型位置感知器に動作可能に接続されて、前記２つの圧力感知器によって測定された圧力と、前記少なくとも１つの分離型位置感知器によって測定された位置とに対応して、前記４つの電子起動式比例流弁の起動を制御する制御器とを備え、
前記制御器は、前記ピストンを前記中心位置から前記ハウジング内における所望の距離だけ移動させるのに必要な前記２つの拡張可能な空気チャンバ内の圧力を計算し、かつ、前記４つの電子起動式比例流弁を制御して、前記２つの拡張可能な空気チャンバ内の圧力を前記計算された必要な圧力とし、これにより、前記ピストンを前記所望の距離だけ移動させる制御プログラムを有することを特徴とする空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの分離型位置感知器は、前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置する第１位置感知器と、前記少なくとも１つの分離型位置感知器は、３つの位置感知器であり、該３つの位置感知器は、前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置する第１位置感知器と、前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の一方端部に隣接して位置して、前記ピストンが前記２つの拡張可能な空気チャンバのうちの第１空気チャンバを画定するハウジングの端壁と接触する前に、前記ピストンの穏やかな停止減速をもたらす第２位置感知器と、前記ハウジングにおける前記ピストンの動程の反対端部に隣接して位置して、前記ピストンが前記２つの拡張可能な空気チャンバのうちの第２空気チャンバを画定するハウジングの端壁と接触する前に、前記ピストンの穏やかな停止減速をもたらす第３位置感知器とを備えることを特徴とする請求項１７記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項１９】
前記制御プログラムは、前記空気圧作動式シリンダの中点に隣接して位置する少なくとも１つの分離型位置感知器によって、前記ピストンが感知される時、前記ピストンの中心位置である定位置を初期化するよう動作可能であることを特徴とする請求項１７記載の空気圧作動式シリンダ用の位置制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００３年１月２３日出願の仮出願第６０／４４２，１９１号の継続出願、２００３年５月１６日出願の仮出願第６０／４７１，０３１号の継続出願、２００３年４月４日出願の仮出願第６０／４６０，５４９号の継続出願であり、それらすべての全体を参照により本明細書の一部とする。
本発明は、ハウジングおよび可動ピストンによって画定される少なくとも１つの拡張可能なチャンバを有する流体作動式シリンダのための精確な位置制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダ位置決めシステムの販売はこれまで、一般的に２つの分類、単純と複合のうちの一方に該当した。単純システムは低コストであり、通常は制御を行うのにタイムスイッチまたはリミットスイッチを使用する。このタイプのシステムは大幅にコスト優位であるが、いくつかの性能上の欠点を有する。リミットスイッチシステムには、シリンダが停止する１つまたは複数のポイントを力学的に変更する能力がない。タイミング制御システムは、一定の圧力、一定の負荷、および一定の損耗を必要とする。複合システムは、圧力、負荷、および損耗の変化をより大きく許容するが、コストおよび複雑さで欠点を有する。複合システムは、単純システムの１０から２０倍のコストが掛かる可能性がある。複合システムは通常、壊れやすいまたはコスト高の感知器技術を使用し、設置するために、訓練を受けた、経験のある要員を必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明では、低コストで精確な流体作動式シリンダ位置決めシステムを提供することが望ましい。圧力、負荷、および損耗の変化に対して比較的耐久性があると同時に、低コストと単純さを維持するシステムを提供することが望ましい。したがって、本発明は、精確で低コストの流体作動式シリンダ位置決めシステムおよび方法を開示する。本発明によって、圧力差に基づいてシリンダまたは弁のメインステージを位置決めすることは、より低コストであり、産業リーダらが現在提示しているものとは完全に異なる、実行可能な制御方法であり得る。本発明は、標準的な、低コストの構成要素および技法を使用して、高コストのシステムの精確さに迫る精確さで、しかし単純システムに匹敵するコストで制御を達成する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明による位置制御システムは、流体作動式シリンダで使用されるが、それが有する少なくとも１つの拡張可能な流体チャンバは、ハウジング内に位置して動程の第１端限界と第２端限界の間を移動するピストンによって画定される。このシステムは、少なくとも２つの電子起動式比例流弁を含み、それらは、制御される流体作動式シリンダの各口に連結されて、制御される流体作動式シリンダの少なくとも１つの拡張可能な流体チャンバに出入りする流体流れを選択的に、かつ比例的に制御する。制御される流体作動式シリンダの各流体チャンバそれぞれに関する流体圧力を測定するために、少なくとも１つの圧力感知器が設けられる。少なくとも１つの分離型位置感知器が、制御される流体作動式シリンダの中点に隣接して位置して、シリンダ内のピストンの中心位置を感知する。制御器は、少なくとも２つの電子起動式比例流弁、少なくとも１つの圧力感知器、および少なくとも１つの分離型位置感知器に動作可能に接続され、少なくとも１つの圧力感知器によって測定された圧力と、少なくとも１つの分離型位置感知器によって測定された位置とに対応して、少なくとも２つの電子起動式比例流弁の起動を制御する制御器とを備える。制御器は、ピストンを中心位置からハウジング内における所望の距離だけ移動させるのに必要な少なくとも１つの拡張可能な流体チャンバ内の圧力を計算し、かつ、少なくとも２つの電子起動式比例流弁を制御して、少なくとも１つの拡張可能な流体チャンバ内の圧力を前記計算された必要な圧力とし、これにより、ピストンを前記所望の距離だけ移動させる制御プログラムを有する。
【０００５】
本発明を実行するために企図された最良の態様についての以下の記述が、添付図面と併せて読まれる時、本発明の他の用途が、当業者に明らかとなろう。
本明細書の記述は添付図面を参照するが、その中で、同様の参照数字は、いくつかの図面のすべてで同様の部分を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、単純システムに匹敵するコストで、しかし複合システムの性能に迫る性能で、空気圧シリンダ制御スキームを実施する。本発明による制御スキームは、ハードウェアとソフトウェアの組合せである。ハードウェアは、必要な機能を支援する。しかし実際の動作はソフトウェアによって決定される。さらにソフトウェアは、可変部分が実際の最終動作を決定するように構築される。この手法は、例えば様々な運動プロフィル、即ち加速／減速プロフィルの制御、速度、タイミング、力、繰り返しなどを可能にする。さらに、この制御スキームは、二重作動シリンダまたは単一作動シリンダのいずれの動作をも可能にする。言い換えれば、本発明は、両側に流体制御を備えたシリンダ、または片側に流体制御を、他方側に回帰を引き起こすバネなどの機構を備えたシリンダを作動させることができる。本明細書に含まれる記述は、空気圧作動式シリンダを対象としている。この制御スキームのさらに他の用途では、シリンダをメインステージ弁に代えることもできる。これらは通常極めて大きな弁である。この場合、制御スキームは、メインステージに対する比例案内として働き、メインステージ弁の比例位置決めを可能にする。従来、弁産業は、そのようなメインステージ弁を制御する精確さのフィードバックを用いて、トルクモータまたは比例弁などの複合方法を使用してきた。この用途で使用されるデバイスは、弁位置決め制御と呼ばれる。本発明による本明細書で述べる制御スキームは、したがって既存の位置決め制御に代えて使用することができる。シリンダと同様に、メインステージ弁は、空気で作動させることができ、二重作動メインステージ位置決め装置として、または単一作動メインステージ位置決め装置として動作することができる。
【０００７】
本発明によれば、ピストンの一方側若しくは両側への圧力を監察し、変更することによって、妥当な精確さを備えた標準的な空気圧シリンダを制御する方法を開発することができる。このタイプのシリンダ制御の背後にある基本理論は、既知容積、即ちシリンダチャンバが、その既知容積内に所与量の空気圧を有する場合、それはチャンバに既知の力を及ぼすということである。これは、以下の基本式によって示される：
力＝圧力×面積                                            （１）
既知の負荷、および摩擦に関するいくらかの妥当な想定によって、空気圧シリンダのピストンの各側それぞれへの力を計算することができる。これらの力は、既知距離を移動するピストンに直接一致する。この想定の背後にある理論を次のセクションで証明する。
【０００８】
このタイプの制御を実施するために、３つの可変部分が監察される。第１に、シリンダの両チャンバ内の圧力に対応する２つの信号が必要である。これは、シリンダの各入口それぞれの圧力変換器によって達成される。さらにホール効果感知器、または他のタイプの分離型位置感知器が、ストロークの真ん中で使用されて、システムを時折再調整し、そのようにしてシステムの精確さを維持する。
最初の構想のために、いくつかの可変部分は既知で一定であると想定する。これらには、シリンダ負荷、摩擦、および損耗が含まれる。本発明では、これらは必要に応じて、一般的な測定と、適合アルゴリズムなどの制御方法とを使用して、リアルタイムで決定し、補償することもできる。
【０００９】
これを説明する目的で、圧縮熱、摩擦、および空気の方向の変更による損失などの非効率性を無視する。この記述は、二重作動シリンダに当てはまるが、そこでは棒が付いた端部は「負荷」端部と呼び、対向する端部は「キャップ」端部と呼ぶ。
２つのチャンバ内の圧力差の関係を決定する方程式は以下の通りである：
【００１０】
【数１】
0004690309.tif 000002
【００１１】
ここでＰｃ、Ｖｃ、Ｔｃはチャンバ１（またはキャップ端部）の圧力、容積、および温度であり、Ｐｌ、Ｖｌ、Ｔｌはチャンバ２（または負荷端部）の圧力、容積、および温度である。
温度が等しいと想定する場合、方程式は以下のように簡略化される：
Ｐｃ・Ｖｃ＝Ｐｌ・Ｖｌ                                              （３）
既述のように：
Ｆ＝Ｐ・Ａ                                                        （４）
ここでＦ、Ｐ、およびＡはそれぞれ、力、圧力、および面積を表す。
【００１２】
これは、シリンダ内に及ぼされた力は、ピストンのその端部への圧力に実行面積を乗じた関数であることを証明する。ピストンのキャップ端部の実行面積は、単純にシリンダの内部面積であり、以下によって表される：
【００１３】
【数２】
0004690309.tif 000003
【００１４】
Ｄｉは、シリンダの内側直径であり、Ａｃはシリンダのキャップ端部の面積である。
ピストンの負荷端部の面積は、単純に上記の方程式から棒の面積を減じたものである：
【００１５】
【数３】
0004690309.tif 000004
【００１６】
ピストンの面積が既知であると、チャンバの容積は以下のように述べることができる：
キャップ端部では：
Ｖｃ＝Ａｃ・Ｌｃ                                            （７）
Ｌｃは、キャップ端部の内側端部からピストンの表面までの長さである。
負荷端部では：
Ｖｌ＝Ａｌ・Ｌｌ                                            （８）
Ｌｌは、キャップ端部の内側端部からピストンの表面までの長さである。
【００１７】
したがって、シリンダのキャップ端部内の空気の体積は以下の通りである：
【００１８】
【数４】
0004690309.tif 000005
【００１９】
シリンダの負荷端部内の空気の体積は以下の通りである：
【００２０】
【数５】
0004690309.tif 000006
【００２１】
これと方程式２を組み合わせると以下の通りである：
【００２２】
【数６】
0004690309.tif 000007
【００２３】
最後に、シリンダをある距離だけ移動させるのに必要な圧力は：
【００２４】
【数７】
0004690309.tif 000008
【００２５】
次に図１を参照すると、本発明による制御方法の実施を、４本弁パックなどの多数弁構成を、２つの圧力感知器と連結されることによって、即ち流体作動式シリンダの各口それぞれに圧力感知器を１つずつ連結させて行うことができる。この圧力感知器は、ＤｉｇｉＫｅｙなどの製造供給元から市販されている既製部品であることができる。ＯｐＡｍｐｓを、標準型回路構成の信号処理に使用し、弁パックのアナログ入力にかけることが可能である。本発明による位置制御システム１０を図１に示すが、これが制御する流体作動式シリンダ１２は、少なくとも１つの拡張可能な流体チャンバ１４、１６を有し、それらは、ハウジング２０内に位置して動程の第１端限界と第２端限界２２、２４の間を移動するピストン１８によって画定される。システム１０は、少なくとも２つの電子起動式比例流弁２６、２８、３０、３２を含み、それらは、制御される流体作動式シリンダ１２の各口３４、３６に連結される。電子起動式比例流弁２６、２８、３０、３２は、制御される流体作動式シリンダ１２の少なくとも１つの流体チャンバ１４、１６に出入りする流体流れを選択的に、かつ比例的に制御する。制御される流体作動式シリンダ１２の各流体チャンバ１４、１６それぞれに関する流体圧力を測定するために、少なくとも１つの圧力感知器３８、４０が設けられる。少なくとも１つの分離型位置感知器４２が、制御される流体作動式シリンダ１２の中点に隣接して位置して、ハウジング２０内のピストン１８の中心位置を感知する。中央処理ユニット（制御器）４４は、制御プログラムを含み、少なくとも２つの電子起動式比例流弁２６、２８、３０、３２、少なくとも１つの圧力感知器３８、４０および少なくとも１つの分離型位置感知器４２に動作可能に接続されて、少なくとも１つの圧力感知器３８、４０によって測定された圧力と、少なくとも１つの分離型位置感知器４２によって測定された位置とに応答して、少なくとも２つの子起動式比例流弁２６、２８、３０、３２の起動を制御する。
【００２６】
少なくとも１つの分離型位置感知器４２は、流体作動式シリンダの中点に隣接して位置する第１位置感知器４２と、ハウジング２０のピストン１８の動程の一方端部に隣接して位置して、少なくとも１つのチャンバ１４、１８を画定するハウジング２０の端壁と接触する前に、ピストン１８の穏やかな停止減速をもたらす第２位置感知器４６または４８とを含むことができる。少なくとも１つのチャンバ１４、１６は、ハウジング２０のピストン１８の動程の一方端部に隣接する第１の拡張可能な流体チャンバ１４と、ハウジング２０のピストン１８の動程の他方端部に隣接する第２の拡張可能な流体チャンバ１６とを含むことができる。少なくとも２つの電子起動式比例流弁２６、２８、３０、３２は、第１の拡張可能な流体チャンバ１４に関連付けられて第１の拡張可能な流体チャンバ１４に流入する流体流れを選択的に、比例的に制御する第１弁２６と、第１の拡張可能な流体チャンバ１４に関連付けられて第１の拡張可能な流体チャンバ１４から流出する流体流れを選択的に、比例的に制御する第２弁２８とを含むことができる。
【００２７】
少なくとも１つの圧力感知器３８、４０は、第１の拡張可能な流体チャンバ１４に関連づけられる第１圧力感知器３８と、第２の拡張可能な流体チャンバ１６に関連づけられる第２圧力感知器４０とを含むことができる。加圧流体源の圧力を監察するために、第３圧力感知器５０を設けることができる。少なくとも１つの分離型位置感知器４２は、流体作動式シリンダ１２の中点に隣接して位置する第１位置感知器４２と、ハウジング２０のピストン１８の動程の一方端部に隣接して位置して、少なくとも１つのチャンバ１４、１８を画定するハウジング２０の端壁と接触する前に、ピストン１８の穏やかな停止減速をもたらす第２位置感知器４６と、ハウジング２０のピストン１８の動程の反対端部に隣接して位置して、第２流体チャンバ１６を画定するハウジング２０の端壁と接触する前に、ピストンの穏やかな停止減速をもたらす第３位置感知器４８とを含むことができる。
【００２８】
本発明による制御プログラムは、流体作動式シリンダ１２の中点に隣接して位置する少なくとも１つの分離型位置感知器４２によって、ピストン１８が感知された時、ハウジング２０内のピストン１８の中心位置に対応して、ピストン１８の定位置を初期化するよう動作可能である。本発明による制御プログラムは、ピストン１８を中心位置からハウジング２０内における所望の距離だけ移動させるのに必要な少なくとも１つの拡張可能な流体チャンバ１４、１６内の圧力を計算する。そして、制御プログラムは、少なくとも２つの電子起動式比例流弁２６、２８および／または３０、３２を制御して、少なくとも１つの拡張可能な流体チャンバ１４、１６内の圧力を前記計算された必要な圧力とし、これにより、ピストン１８を前記所望の距離だけ移動させる。様々な手段を設けて、ハウジング２０に対する所定の位置に向けてピストン１８にバイアスをかけることができる。本発明によって制御されるために、単一の拡張可能な流体チャンバしか設けられない場合、バイアスがけ手段は、限定ではなく例として、戻りバネの力などの任意の適切な機械的デバイスを含むことができる。本発明によるシステム１０によって制御されるために、２つの拡張可能な流体チャンバ１４、１６が設けられる場合、バイアスがけ手段は、第２の拡張可能な流体チャンバ１６に対応する。単一の拡張可能な流体チャンバに与える適切な圧力量を決定する際に、上により詳しく述べた圧力計算を、バネの機械的力に対して作用する圧力に対応するように修正することができること、ならにに、圧力計算の修正は、本明細書で詳しく述べる単一棒ピストンの構成ではなく、二重ピストン棒の構成に合うように行うこともできることを認識されたい。
【００２９】
流体作動式シリンダ１２は、動作する２つの拡張可能な流体チャンバ１４、１６を有することが好ましく、それらは、ピストン１８および連結棒の位置および力に変更をもたらす。２つの電子起動式比例流弁２６、２８または３０、３２が、各流体チャンバ１４、１６それぞれに連結される。一方の電子起動式比例流弁は、限定としてではなく例として、圧縮空気または油圧油などの流体を、連結チャンバから移動させ、他方の電子起動式比例流弁は、連結チャンバに加圧流体を供給する。このシステムは中央処理ユニット（制御器）４４と、好ましくは３つの圧力感知器３８、４０、５０とを含む。中央処理ユニット４４は、搭載されたソフトウェアとともに、限定ではなく例として、ネットワークまたはコンピュータワークステーションからの指令などの、外部源の指令に応答して４つの電子起動式比例流弁２６、２８、３０、３２を制御する。圧力感知器３８、４０、５０は、加圧流体供給と、両方の拡張可能な流体チャンバ１４、１６との圧力を監察し、それによって、拡張可能な流体チャンバ１４、１６に出入りする加圧流体の配量を制御して、ピストン１８の精確な位置決め、および精確な連結棒の出力を実現することを目指す。好ましい構成では、電子起動式比例流弁２６、２８、３０、３２は、２００３年４月１５日発行の米国特許第６，５４８，９３８号に記載のものと類似のタイプの圧電起動式制御弁、あるいは２００３年１２月９日発行の米国意匠第Ｄ４８３３３５号、または２００３年７月３日発行の国際公開第ＷＯ０４／００６３４９号、または２００３年３月２５日発行の国際公開第ＷＯ０３／０８３９５７号、または２００３年１月２２日発行の国際公開第ＷＯ０３／０６７６７４号、または２００１年３月２９日発行の国際公開第ＷＯ０１／８０３２６号、または２００１年３月２９日発行の国際公開第ＷＯ０１／７９７３１号に記載のものと類似のタイプの圧電起動式制御弁であるとすることができ、これらすべての特許および出願の全体を、参照により本明細書の一部とする。限定ではなく例として述べるが、圧電起動装置は、比例弁動作のために、圧電起動装置にかかる電圧を直接制御することによって、または圧電起動装置内のエネルギー量を監察し、電流充電を使用することによって制御されることが好ましく、それは、電磁作動式弁の比例制御に使用するパルス幅変調方式とは異なる。
【００３０】
次に図２を参照すると、制御流れ図で述べるように、ソフトウェアコードは、流体作動式シリンダ１２の各側それぞれの両対の電子起動式比例流弁２６、２８、３０、３２を同時に制御する。本発明による制御プログラムは、図２を参照することで最も良く理解することができる。制御プログラムは、ステップ１００でシステムを初期化することによって開始することができる。初期化ステップ１００中、制御プログラムは、ホール効果感知器によって示される通りの定位置またはピストン１８の中心位置を見出し、ピストン１８の両側に圧力を、相互の側に等しくなるようにかけて、ハウジング内でピストン１８が動かないようにする。限定ではなく例として述べるが、制御システムは、ピストン１８が中心位置にある間、ピストン１８の両側の圧力を５０ｐｓｉにもたらすことができ、その中心位置は、少なくとも１つの位置感知器４２と、少なくとも１つの圧力感知器３８、４０とから受け取られる信号によって実証される。一旦システムがステップ１００で初期化されると、制御プログラムは質問１０２へと進んで、ピストン１８の位置の変更が所望されるか否かを決定する。位置の変更が所望されない場合、制御プログラムは質問１０２の最初に戻る。位置の変更が所望されるい場合、制御プログラムはステップ１０４へと進み、その所望の動きに基づいて必要な圧力が計算される。制御プログラムは次いで質問１０６に進み、、そこで所望位置が、流体作動式シリンダ１２のキャップ端部の方であるか否かが決定される。所望位置がキャップ端部の方である場合、制御プログラムはステップ１０８に分岐し、そこで流体作動式シリンダ１２の負荷端部の拡張可能な流体チャンバで圧力が上げられる。質問１０６に応答して、所望位置がキャップ端部の方でない場合、制御プログラムはステップ１１０へと枝分かれし、そこで流体作動式シリンダ１２のキャップ端部の拡張可能な流体チャンバで圧力が上げられる。
【００３１】
ステップ１０８またはステップ１１０のいずれかを実行した後、制御プログラムは質問１１２へと進み、そこでピストン１８の両側の圧力が等しいか否かが決定される。圧力が等しくない場合、制御プログラムはステップ１１４へと枝分かれして、少なくとも１つの位置感知器４２を監察し、ピストン１８の中心位置である定位置をリセットする。ステップ１１４を実行した後、制御プログラムは質問１１２の始めに戻る。質問１１２で圧力が等しい場合、制御プログラムは質問１１６に進み、そこで所望位置が流体作動式シリンダ１２の負荷端部の方にある場合、制御プログラムはステップ１１８に進み、そこで流体作動式シリンダ１２の負荷端部の拡張可能な流体チャンバで圧力が下げられる。質問１１６に応答して、所望位置が負荷端部の方にない場合、制御プログラムはステップ１２０に進み、そこで流体作動式シリンダ１２のキャップ端部の拡張可能な流体チャンバで圧力が下げられる。
【００３２】
ステップ１１８または１２０のいずれかを実行した後、制御プログラムは質問１２２に進み、ピストン１８の両側の圧力が等しいか否かが決定される。質問１２２に応答して、ピストン１８の両側の圧力が等しくない場合、制御プログラムはステップ１２４に進んで、少なくとも１つの位置感知器４２を監察し、ハウジング２０のピストン１８の中心位置である定位置をリセットする。ステップ１２４を実行した後、制御プログラムは質問１２２の始めに戻って、ピストン１８の両側の圧力が等しいか否かを決定する。質問１２２に応答して、ピストン１８の両側の圧力が等しい場合、制御プログラムはステップ１２６に進んで、ピストン１８が移動を完了されたことを示すが、これは、ピストン１８が所望位置に到達し、現位置が制御プログラムによって保存されるからである。ステップ１２６を実行した後、制御プログラムは質問１０２の始めに戻る。
【００３３】
図２で述べた制御プログラムは、シリンダ１２に対応し、これが有する第１の拡張可能な流体チャンバ１４と第２の拡張可能な流体チャンバ１６は、ハウジング２０内に位置して動程の第１端限界と第２端限界の間を移動するピストン１８によって画定されることを認識されたい。拡張可能な流体チャンバが１つしか設けられない場合、図２で示す制御プログラムを、質問１１６、ステップ１１８、１２０、質問１２２およびステップ１２４を消去することによって修正することができる。この構成では、質問１１２に対する答えがイエスの場合、制御プログラムは直接ステップ１２６に進み、上述の通りに進んで行くことができる。既により詳しく述べたように、この構成は、ハウジング２０に対する中心定位置に向けてピストン１８にバイアスをかける、限定ではなく例として、バネの機械力などの機械的手段を含むことができる。
【００３４】
本発明を、現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関連して述べたが、本発明は、ここに開示する実施形態に限定されるものではなく、そうではなく、添付請求項の精神および範囲に含まれる様々な修正形態および同等構成物を網羅するよう意図されており、その範囲は、法の下で許容されるすべてのこのような修正形態および同等構造を包含するように、最も広い解釈を与えられるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】メモリーに記憶された制御プログラムによって、流体作動式シリンダの少なくとも１つの拡張可能なチャンバについて、流体流れを制御する多数弁構成の簡略化した系統図である。
【図２】本発明による制御プログラムの簡略化した工程系統図である。
【図１】
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【図２】
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