使用智能电动执行器提高人体工程学标准

长期以来，电动直线推杆通过自动化重复、肮脏或危险的任务来提供符合人体工程学的好处。最近，将车载智能集成到电动执行器中已将其对人体工程学的贡献提升到了一个新的水平。数字电机控制、位置反馈、同步和实时监控等智能功能使应用自动化变得更加容易，从而提高工作场所的舒适度、安全性和效率。

数字电机控制

传统的执行器通常依赖于大型、低功率继电器或独立控制器来扩展、缩回或停止执行器。使用板载电子设备管理电源可以将开关或触点的电流从 20 A 降低到 22 mA 以下，从而实现更简单、更便宜的系统设计。操作员可以通过简单的控制来运行和更改执行器方向。

想象一个工作空间，工作人员在其中处理重量超过 100 磅且需要频繁伸手和弯曲的组件。如果他们的工作台由配备低电平开关的执行器控制，每个用户都可以将高度调整到需要最小弯曲或拉伸的水平，从而减少疲劳，同时提高生产力（图 1）。

虽然传统的执行器组件可能允许进行此类调整，但它们需要外部电机切换，这会消耗更多功率并且必须手动完成。然而，通过电子控制电路流程，所有这些开关都嵌入在执行器外壳中，这也提供了一个更时尚、更清洁的设置，无需外部布线。

自动电机切换也具有安全优势。执行器的电流在 20 到 40 安培之间，具体取决于负载。在安装和操作过程中最大限度地减少接触此电流可实现更符合人体工程学的控制，同时降低大电流继电器的潜在电击危险。

数字位置反馈

智能电动执行器（图 2）不仅可以进行精细的位置调整，还可以提供有关这些调整程度的实时反馈。他们可以报告整个行程中负载的位置。在图 1 的工作台示例中，他们可以捕获负载位置的数据，并将其与预设参数进行比较，以确保操作一致。

除了数字位置反馈之外，还可以测量和控制速度。假设您正在自动升高或降低一扇用于保护特定机器或形成隔板的重型门。微控制器可以接收来自编码器的脉冲计数，并根据在设定时间间隔内接收到的脉冲数量计算行进距离和速度。继续以重型门为例（图 3），这将允许在到达行程末端时将速度设置为减慢，从而防止在操作员有时间清除开口之前门砰地关上。

模拟位置反馈

数字位置反馈是测量执行器速度的最简单方法之一，但它并不容易编程，因为它不记得在断电或关机后报告的位置。然而，配备模拟电位器的智能执行器可以从执行器齿轮箱中的电位器接收准确的位置信息，该齿轮箱会发送电压信号，提醒用户驱动速度和方向——从冲程开始到结束。它们会记住那个位置，因此如果断电，则无需返回初始位置并重置设备。

可靠的位置记忆可以开发为每个用户存储符合人体工程学设置的应用程序，从而允许根据身高、存储过程或用户偏好等因素为多个人量身定制工作空间。

同步

与多个执行器一起使用时，智能电动执行器的人体工程学优势更加明显。您可以将执行器设置为自动调整以适应变化的负载。例如，在一个飞机装配应用中，有 5 到 10 名工人正在敲定机身，可能需要一个平台来支撑他们，该平台必须高出地面。

当工人在平台上移动时，重量会转移到平台的不同部分，这会导致潜在的不平衡。位于平台下方各个点（例如，每个角落一个）的智能执行器可以设置为自我调节，以在同步执行器运动期间随着负载的变化进行补偿（图 4）。

通过速度控制和定位反馈进行调整以抵消这些移动负载。执行器通过内部网络相互通信，根据定位反馈读取彼此的速度，并进行相应调整。

然而，使用数字反馈这样做会导致步履蹒跚，设计人员可以通过将位置和速度都放在反馈回路中并让它们根据驱动速度和位置进行调整来避免这种情况。这提供了符合人体工程学的好处，可以从多个点平稳地提升移动负载，补偿尺寸笨拙的负载，例如平台、座椅和沉重的门。

控制多个传统执行器是可能的，但这是一种不精确、耗时且劳动密集型的操作，会给执行器带来额外的压力，最终导致绑定或其他故障。智能执行器同步消除了猜测，实现了平衡、平稳且定位良好的运动。

实时监控

智能电动执行器可以返回温度、电流、速度、电压和其他变量的持续监控结果，从而实现高级状态监控、诊断和错误处理。随着执行器不断地自我测试，反馈的速度可以达到每秒 10 次。如果它检测到问题（例如，超过温度阈值），执行器可以在行程中停止或完成其编程移动（完全缩回或伸展），并在一小部分时间内向计算机发送错误标志第二个。

这样的反馈使用户能够从他们的操作中退后一步来分析使用、速度和位置的模式，从而使操作更加友好、安全和高效。这在集成多个设备的工厂自动化设置中尤其有价值（图 5）。收集到的数据可能会显示工作站被提升和降低了多少次，或者门被打开和关闭了多少次。这可以与运营历史或行业最佳实践进行比较，以改进电池设计。

操作数据也可能与伤害报告交叉制表，这可能表明需要进行更多的人体工程学分析。例如，如果定位压接模具的执行器不断报告过载，它可能表明人们伤害自己的发生率，并且可以确定发生这种情况的单元、一天中的什么时间以及哪些班次可能受到影响。

多元化生存

智能电动执行器内置的许多功能允许用户在处理应用时考虑到设计简化。能够通过数字方式控制执行器、提供数字或模拟反馈、允许多执行器同步或添加对指标的实时监控提供了在一个软件包中完成工作所需的工具。现在，当用户查看应用程序时，他们可以提供超越来回运动基本功能的自动化解决方案。

智能电动执行器在自动化过程的多个轴上提供即插即用运动，而无需其他自动化技术（如液压或气压缸）的复杂性。通过事先查看应用需求，用户可能会发现智能执行器控制运动、记住位置或提供应用指标的能力可以在众多其他技术中脱颖而出。

随着机器制造商和最终用户对未来的展望，他们的自动化解决方案将超越基本功能，继续提供更简单的解决方案、更长的设备寿命和长期的安全性。

这种控制能力对设备来说越具有内在性，它在用户和他们期望的最终利益之间的影响就越小。回报体现在工人满意度、安全、健康和生产力方面——所有这些都使价值流中的每个人都受益。

本文由 Motion Industries（阿拉巴马州伯明翰）自动化产品销售经理 Chris Diak 和 Thomson Industries（弗吉尼亚州拉德福德）直线执行器产品线专家 Travis Gilmer 撰写。