使用智能電動推桿提高人體工程學標準

長期以來，電動直線推桿通過將重復性、骯臟或危險的任務自動化，帶來了人體工程學方面的優(yōu)勢。最近，隨著將板載智能集成到電動推桿中，其對人體工程學的貢獻提高到了全新水平。數(shù)字電機控制、位置反饋、同步和實時監(jiān)測等智能功能使得應用自動化更加容易，從而可提高工作場所的舒適性、安全性和生產(chǎn)效率。

數(shù)字化電機控制

傳統(tǒng)直線推桿通常依靠大型低能效繼電器或獨立控制器來伸出、縮回或停止推桿。通過使用板載電子元件來控制電源，可以將開關或觸點的電流從20A降低到小于22mA，從而能夠實現(xiàn)更簡單、成本更低的系統(tǒng)設計。操作人員可以通過簡單的控制器運行推桿和更改推桿方向。

例如，想象在某個工作空間內，工人們正在搬運重量超過100磅的零件并且需要頻繁伸手和彎腰。如果他們的工作臺由配備低電平開關的電動推桿控制，則每個用戶都可以將高度調整到只需最低限度的彎腰或伸手的位置，從而減少疲勞并同時提高生產(chǎn)效率。（圖1）

圖1. 生產(chǎn)效率助推器：由配備低電平開關的電動推桿控制的裝配站允許用戶將高度調整到只需最低限度的彎腰或伸手的位置。

雖然傳統(tǒng)的直線推桿組件可能也允許進行這樣的調整，但是它們需要外置的電機開關，這需要消耗更多的功率并且必須手動完成。然而，通過電子方式控制電路電流，所有這些開關都被集成到推桿外殼中，因此裝置更加美觀、清潔，并且無需外部接線。

電機開關自動化還具有安全方面的優(yōu)勢。根據(jù)負載情況，電動推桿的電流消耗為20A到40A。通過在安裝操作過程中盡可能減少該電流的接觸，可以實現(xiàn)更符合人體工程學的控制，同時降低大電流繼電器的潛在觸電風險。

圖2. 通過低電平開關、位置反饋、同步和實時監(jiān)測等功能，Thomson Electrak® HD等智能推桿可以改善人體工程學。

數(shù)字位置反饋

智能電動推桿（圖 2）不僅可以進行精細的位置調整，還可以提供這些位置調整的實時反饋。它們可以在整個行程中報告負載的位置。在上面的工作臺示例（圖1）中，它們可以捕獲負載位置的數(shù)據(jù)，并將其與預設參數(shù)進行比較，以確保穩(wěn)定一致的運行。

除了數(shù)字位置反饋之外，還能夠測量和控制速度。假設你正在自動提升或降低一扇重型門，以保護特定機器或形成一個隔斷。微控制器可以接收來自編碼器的脈沖計數(shù)，并根據(jù)在設定時間間隔內收到的脈沖數(shù)來計算移動距離和速度。繼續(xù)以重型門為例（圖3），這將允許推桿在到達行程終點時降低速度，防止門在操作人員清理開口之前就被關上。

圖3. 當非均勻、難以控制或較重的負載對用戶造成阻礙時，這些牽引車電動推桿的同步能力使它們能夠共同承擔和均勻分配負載，實現(xiàn)更穩(wěn)定、更安全的運行。

模擬位置反饋

數(shù)字位置反饋是測量電動推桿速度的簡便方法之一，但是其編程相對困難，因為該功能在斷電或關機后不會記錄報告的位置。然而，配備模擬電位計的智能推桿可以從齒輪箱電位計接收準確的位置信息，并且該電位計會發(fā)送電壓信號，為用戶提供從行程開始到結束的驅動速度和方向。它們還可以記錄位置，因此如果出現(xiàn)斷電，無需返回到零位并重置推桿。

可靠的位置記錄支持開發(fā)可以存儲每個用戶的人體工程學設置的應用程序，從而允許根據(jù)身高、存儲的程序或用戶偏好等因素為多個用戶量身定制工作空間。

同步

當與多個推桿結合使用時，智能電動推桿的人體工程學優(yōu)勢更加明顯。可以將推桿設置為根據(jù)負載變化自動進行調整。例如，在飛機裝配應用中，5名或10名工人完成機身的最終組裝時，可能需要使用高出地面的升降平臺。當工人在平臺上移動時，重量會轉移到平臺的不同部分，從而可能導致負載不平衡。位于平臺下方不同位置的智能推桿（例如每個角落一個）可以設置為自動調節(jié)，以便通過推桿同步移動過程來自動補償負載偏移。（圖4）

圖4. 工業(yè)作業(yè)平臺制造商Spika Design and Manufacturing利用Thomson Electrak HD電動推桿的內置同步功能來確保其航空客戶平臺的平衡性和穩(wěn)定性。圖片由Spika Design and Manufacturing提供。

這些負載變化通過使用速度控制和定位反饋進行調整來抵消。電動推桿通過內部網(wǎng)絡相互通信，根據(jù)定位反饋讀取彼此的速度，并相應地進行調整。

但是，使用數(shù)字反饋進行調整會導致響應遲鈍，設計人員可以通過將位置和速度都集成到反饋回路中，并根據(jù)驅動速度和位置進行調整來避免這種情況。這樣可提供符合人體工程學的優(yōu)勢，可以從多個位置平穩(wěn)地提升移動負載，從而補償難以控制的負載，如工作平臺、座椅和重型門。

盡管控制多個傳統(tǒng)直線推桿是可能的，但這是一種不準確、耗時且勞動密集型的操作，會給推桿帶來額外壓力，并最終導致卡死或其他故障。智能推桿同步可以消除不確定性，并實現(xiàn)平衡、穩(wěn)定和定位準確的移動。

實時監(jiān)測

智能電動推桿可以返回溫度、電流、速度和電壓等變量的連續(xù)監(jiān)測結果，實現(xiàn)高級狀態(tài)監(jiān)控、診斷和錯誤處理。由于直線推桿不斷自測，反饋速率可達每秒10次。如果推桿檢測到問題（例如超出溫度閾值），則其可以在行程中停止或者完成其編程移動（完全縮回或伸出），并發(fā)送錯誤標記到計算機。所有這些全部在幾分之一秒內完成。

這種反饋使用戶能夠暫時放下操作，分析使用模式、速度和位置，從而使操作更加友好、安全和高效。這在集成了多個設備的工廠自動化設置中尤具價值（圖5）。采集的數(shù)據(jù)可能會顯示工作站的提升或降低次數(shù)，或者門的打開和關閉次數(shù)。這些數(shù)據(jù)可以與操作歷史記錄或行業(yè)最佳實踐進行比較，以改進單元的設計。

圖5. 在如今的智能工廠中，許多相互連接的機器和設備利用先進的電動推桿功能來實現(xiàn)流暢、同步且安全的制造過程。

運行數(shù)據(jù)也可以與受傷報告進行交叉分析，這可能表明需要進行更多的人體工程學分析。例如，如果定位壓接模具的推桿不斷報告過載，則可能表明存在人員受傷的概率，并且可以確定發(fā)生這種情況的單元以及哪些時間段和工作班次可能會受到影響。

多元化生存

智能電動推桿內置的許多功能使用戶能夠在解決應用時考慮到設計簡化。借助通過數(shù)字方式控制推桿的能力，可提供數(shù)字或模擬反饋、允許多個推桿同步，或添加實時監(jiān)測指標，并且提供了在一體化封裝中完成工作的必要工具。現(xiàn)在，當用戶查看一項應用時，他們可以提供自動化解決方案，而不僅僅是往復移動的基本功能。智能電動推桿可以在自動過程的多個軸上實現(xiàn)即插即用的移動，而沒有其他自動化技術（如液壓缸或氣缸）的復雜性問題。通過事先審查應用需求，用戶很可能會發(fā)現(xiàn)智能推桿控制運動、記錄位置或提供應用指標的能力使其可以從其他技術中脫穎而出。

展望未來，機器制造商和最終用戶的自動化解決方案將超越基本功能，并繼續(xù)提供更簡單的解決方案、更長的設備使用壽命和更好的長期安全性。

這種控制能力越是設備所固有的，用戶與他們所期望的最終獲益之間的差距就越小。回報可能體現(xiàn)在工人滿意度、安全、健康和生產(chǎn)力上，所有這些都會使價值鏈中的每個人獲益。