(57)【要約】位置制御システムを使用して、流体作動式シリンダ１２を制御するが、これはハウジング２０内に位置して動程の第１端限界２２と第２端限界２４の間を移動するピストン１８によって画定される少なくとも１つの流体チャンバ１４を有する。このシステムは、少なくとも２つの電子起動式比例流制御弁２６、３０を含み、それらは、シリンダの各口それぞれに連結されて、少なくとも１つのチャンバに出入りする流体流れを選択的に、比例的に制御する。少なくとも１つの圧力感知器３８、４０が設けられて、各チャンバそれぞれについての流体圧力を測定する。少なくとも１つの分離型位置感知器４２が、シリンダの中点に隣接して位置して、ピストンの個別の中心位置を感知する。制御装置４４はプログラムを含み、動作可能に接続されて、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つの位置感知器によって測定された位置とに応答して、少なくとも２つの弁の起動を制御する。
2006515409.tif 000002
【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端限界との間を移動するピストンによって画定される少なくとも１つの流体チャンバを有する流体作動式シリンダ用の位置制御システムであって、
制御される前記流体作動式シリンダの各口それぞれに連結されて、制御される前記流体作動式シリンダの前記少なくとも１つの流体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、
制御される前記流体作動式シリンダの各チャンバそれぞれに関して、流体圧力を測定する少なくとも１つの圧力感知器と、
制御される前記流体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個別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つの位置感知器によって測定された位置とに応答して、前記少なくとも２つの弁の起動を制御する制御プログラムとを備えることを特徴とする流体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記載の流体作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項３】
前記第１の拡張可能な流体チャンバと関連付けられて、前記第１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かつ比例的に制御する第１弁と、前記第１の拡張可能な流体チャンバと関連付けられて、前記第１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かつ比例的に制御する第２弁とを含む前記少なくとも２つの電子起動式比例流弁をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の流体作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項４】
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の拡張可能な流体チャンバと、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の拡張可能な流体チャンバとを含む前期少なくとも１つの拡張可能な流体チャンバをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の流体作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項５】
前記第１の拡張可能な流体チャンバに関連付けられた第１圧力感知器と、前記第２の拡張可能な流体チャンバに関連付けられた第２圧力感知器とを含む前期少なくとも１つの圧力感知器をさらに備えることを特徴とする請求項４記載の流体作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項６】
前記流体作動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１つの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、他の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３位置感知器とをさらに備えることを特徴とする請求項４記載の流体作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項７】
前記ハウジングに対する中間位置に隣接して位置する少なくとも前記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、定位置を初期化する制御プログラムをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の流体作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項８】
前記ピストンを、前記ハウジングに対して中間に位置する個別の中心位置から、所望の距離を前記ハウジング内で移動させるのに必要な前記少なくとも１つの拡張可能な流体チャンバにおける圧力を計算し、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、前記ハウジング内での前記ピストンの所望の移動距離に対応する計算圧力を、前記少なくとも１つの拡張可能な流体チャンバ内で獲得する制御プログラムをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の流体作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項９】
前記ハウジングに対する個別の中心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記載の流体作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項１０】
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少なくとも１つの流体チャンバを有する流体作動式シリンダ用の位置制御システムであって、
制御される前記流体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つの電子記号式比例流弁によって制御される前記流体作動式シリンダの少なくとも１つの流体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流体作動式シリンダの各チャンバそれぞれに対する流体圧力を測定するステップと、
制御される前記流体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個別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つの位置感知器に動作可能に接続された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つの位置感知器によって測定された位置とに応答して、少前期なくとも２つの弁の起動を制御するステップとを含むことを特徴とする流体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１つの分離型位置感知器による位置感知ステップが、
第１位置感知器を前記流体作動式シリンダの中点に隣接して配置するステップと、
第２位置感知器を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配置するステップと、
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個別の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、前記少なくとも１つの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１０記載の流体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２つの電子起動式比例流弁によって、流体流れを制御するステップが、
前記第１の拡張可能な流体チャンバに関連付けられて、前記第１の拡張可能な流体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弁を提供するステップと、
前記第１の拡張可能な流体チャンバに関連付けられて、前記第１の拡張可能な流体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弁を提供するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の流体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つの拡張可能な流体チャンバが、
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の拡張可能な流体チャンバを提供するステップと、
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た第２の拡張可能な流体チャンバを提供するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の流体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つの圧力感知による圧力感知ステップが、
前記第１の拡張可能な流体チャンバに関連付けられた第１圧力感知器を提供するステップと、
前記第２の拡張可能な流体チャンバに関連付けられた第２圧力感知器を提供するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１３記載の流体作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの分離型位置感知器による位置感知ステップが、
前記流体作動式シリンダの中点に隣接して位置する第１位置感知器を提供するステップと、
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１つの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位置感知器を提供するステップと、
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、他の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位置感知器を提供するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１３記載の流体作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項１６】
前記制御プログラムによって制御するステップが、
前記ピストンが、前記少なくとも１つの分離型位置感知器によって感知されて、前記ハウジングに対する個別の中心位置に配置される時、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１０記載の流体作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項１７】
前記制御プログラムによって制御するステップが、
前記ピストンを、前記ハウジングに対して中間に位置する個別の中心位置から、所望の距離を前記ハウジング内で移動させるのに必要な前記少なくとも１つの拡張可能な流体チャンバにおける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、前記ハウジング内での前記ピストンの所望の移動距離に対応する計算圧力を、前記少なくとも１つの拡張可能な流体チャンバ内で獲得するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の流体作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項１８】
前記ハウジングに対する個別の中心位置に向けて前期ピストンにバイアスをかけるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の流体作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項１９】
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つの流体チャンバを有する流体作動式シリンダ用の位置制御システムであって、
２つの弁が、制御される前記流体作動式シリンダの各口それぞれに連結されて、制御される前記流体作動式シリンダの２つの流体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つの電子作動型比例流弁と、
１つの圧力感知器が、制御される前記流体作動式シリンダの各チャンバそれぞれについて流体圧力を測定する、２つの圧力感知器と、
制御される前記流体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個別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つの弁、前記２つの圧力感知器、および前記少なくとも１つの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つの位置感知器によって測定された位置とに応答して、前記４つの弁の起動を制御する制御プログラムとを備えることを特徴とする流体作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項２０】
前記流体作動式シリンダの中点に隣接して位置する第１位置感知器を含む少なくとも１つの分離型位置感知器と、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、第１の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、第２の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位置感知器とをさらに備えることを特徴とする請求項１９記載の流体作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項２１】
前記ハウジングに対する中間位置に隣接して位置する前記少なくとも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、定位置を初期化する制御プログラムをさらに備えることを特徴とする請求項１９記載の流体作動式シリンダ用の位置制御システム。
【請求項２２】
前記第１の拡張可能な流体チャンバおよび前記第２の拡張可能な流体チャンバのそれぞれで、前記ピストンを、前記ハウジングに対して中間に位置する個別の中心位置から、所望の距離を前記ハウジング内で移動させるのに必要な圧力を計算し、かつ、前記４つの電子起動式比例流弁を制御して、前記ハウジング内での前記ピストンの所望の移動距離に対応する計算圧力を、前記第１の拡張可能な流体チャンバおよび前記第２の拡張可能な流体チャンバのそれぞれでの中で獲得する前記制御プログラムをさらに備えることを特徴とする請求項１９記載の流体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つの流体チャンバに出入りする流体流れを選択的に、比例的に制御する。制御される流体作動式シリンダの各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個別の中心位置を感知する。本発明による制御プログラムは、少なくとも２つの弁、少なくとも１つの圧力感知器、および少なくとも１つの位置感知器に動作可能に接続されて、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つの感知器によって測定された位置とに応答して、少なくとも２つの弁の起動を制御する。
【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が、本発明によるここに述べる制御スキームは、油圧水力学または他の液体などの他の流体にも適用される。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、様々な流体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】
2006515409.tif 000003
【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】
2006515409.tif 000004
【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】
2006515409.tif 000005
【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】
2006515409.tif 000006
【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】
2006515409.tif 000007
【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】
2006515409.tif 000008
【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】
2006515409.tif 000009
【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つの圧力変換器と連結させることによって、即ち流体作動式シリンダの各口それぞれに変換器を１つずつ連結させて行うことができる。この変換器は、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。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、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の個別の中心位置を感知する。中央処理ユニット４４は、制御プログラムを含み、少なくとも２つの弁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、ハウジング２０に対する中間位置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内のピストンの中心位置に対応して、定位置を初期化することができる。本発明による制御は、少なくとも１つの拡張可能な流体チャンバ１４、１６で、ピストン１８を、ハウジング２０に対して中間に位置する個別の中心位置から、所望の距離をハウジング２０内で移動させるのに必要な圧力の量に対応する値を計算することもできる。制御プログラムは、少なくとも２つの電子起動式比例流制御弁２６、２８、および／または３０、３２を制御して、ハウジング２０内でのピストン１８の所望の移動距離に対応する計算圧力を、少なくとも１つの拡張可能な流体チャンバ１４、１６内で獲得することができる。様々な手段を設けて、ハウジング２０に対する個別の中心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、ならびに、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】
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つの比例制御弁２６、２８または３０、３２が、各チャンバ１４、１６それぞれに連結される。一方の弁は、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。このシステムは制御電子装置４４と、好ましくは３つの圧力変換器４０、４２、４８とを含む。制御電子装置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つの比例制御弁２６、２８、３０、３２を制御する。圧力変換器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、比例制御弁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日発行の米国意匠特許第Ｄ４８３３３５号、または２００３年７月３日発行のＰＣＴ公告出願第ＷＯ  ０４／００６３４９号、または２００３年３月２５日発行のＰＣＴ公告出願第ＷＯ  ０３／０８３９５７号、または２００３年１月２２日発行のＰＣＴ公告出願第ＷＯ  ０３／０６７６７４号、または２００１年３月２９日発行のＰＣＴ公告出願第ＷＯ  ０１／８０３２６号、または２００１年３月２９日発行のＰＣＴ公告出願第ＷＯ  ０１／７９７３１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、電流充電制御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、シリンダの各側それぞれの両対の弁を同時に制御する。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、シリンダが中心位置にある間、シリンダの両側の圧力を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に初期化されると、制御プログラムは質問１０２へと進んで、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場合、制御プログラムはステップ１０４へと進み、そこで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、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、プログラムはステップ１０８に分岐し、そこでシリンダ２０の負荷端部拡張可能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、そこでシリンダ２０のキャップ端部拡張可能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、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、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、そこで所望位置がシリンダ２０の負荷端部の方であるか否かが決定される。質問１１６に応答して、所望位置が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、そこでシリンダ２０の負荷端部拡張可能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、そこでシリンダ２０のキャップ端部拡張可能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、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２０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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【国際調査報告】
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