包裝、物料輸送、半導(dǎo)體制造、汽車裝組、線性運(yùn)動(dòng)、三軸笛卡爾(Cartesian)機(jī)器人系統(tǒng)、LOSTPED、線性模塊、Bosch Rexroth線性運(yùn)動(dòng)和組裝技術(shù)、工控，實(shí)際上所有制造工藝都結(jié)合了某種線性運(yùn)動(dòng)，而隨著制造商熟悉了模塊化線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的靈活性和簡(jiǎn)單性，這些系統(tǒng)，不管是單軸、雙軸還是三軸笛卡爾機(jī)器人系統(tǒng)，正在尋求更廣泛的生產(chǎn)領(lǐng)域。

工程師和設(shè)計(jì)人員常犯的一個(gè)錯(cuò)誤是在制定線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)規(guī)模和選擇線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，忽視了最終系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵應(yīng)用要求。在最壞的情況下，這可能導(dǎo)致付出更大代價(jià)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)、返工重做，也可能常常得到一個(gè)比所希望的更為昂貴且更沒(méi)有效率的超工程(over-engineered)系統(tǒng)。有如此多的可能的解決方案，人們?cè)谟谐袚?dān)線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)很容易不知所措。系統(tǒng)需要處理多大有負(fù)載？它需要以多快的速度移動(dòng)？什么樣才是最具有成本有效性的設(shè)計(jì)？

當(dāng)Bosch Rexroth的線性運(yùn)動(dòng)和組裝技術(shù)小組在開(kāi)發(fā)“LOSTPED”時(shí)，考慮了所有這些問(wèn)題以及更多的因素，“LOSTPED”是指導(dǎo)工程師和設(shè)計(jì)人員收集給定應(yīng)用中指定適當(dāng)?shù)木€性運(yùn)動(dòng)組件組模塊所需信息的一個(gè)縮寫。

什么是LOSTPED？LOSTPED是代表負(fù)載、定位、速度、進(jìn)給行程、精密性、環(huán)境和工作周期的縮寫。LOSTPED縮寫的每個(gè)字母，代表一個(gè)在制定線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)規(guī)模和選擇線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)必須考慮的因素。Rexroth工程師認(rèn)為每種因素都必須單獨(dú)考慮，以及與其他因素綜合考慮，以確保******的整體系統(tǒng)性能。

圖1：運(yùn)動(dòng)控制涉及許多參數(shù)

例如，在加速和減速時(shí)比在等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，負(fù)載對(duì)承載系統(tǒng)有不同要求。隨著更多線性運(yùn)動(dòng)解決方案從單個(gè)元件轉(zhuǎn)向完整的線性模塊或笛卡爾系統(tǒng)，比如線性軸承導(dǎo)軌與滾珠絲杠、皮帶或線性電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)等系統(tǒng)組件之間的交互作用變得更為復(fù)雜，設(shè)計(jì)一個(gè)合適的系統(tǒng)也變得更具挑戰(zhàn)性。LOSTPED縮寫通過(guò)在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和編制設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)，簡(jiǎn)單地提醒設(shè)計(jì)師考慮所有相關(guān)因素，可以幫助避免一些錯(cuò)誤。

下面是每個(gè)LOSTPED因素的描述，以及在制定線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)規(guī)模和選擇線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要問(wèn)的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

負(fù)載：負(fù)載指施加于系統(tǒng)的重量或力。所有線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)會(huì)遇到一些負(fù)載類型，如在物料輸送應(yīng)用中的向下的力量，或在鉆進(jìn)、推壓或螺旋驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中的推力負(fù)載。另一些應(yīng)用則遇到恒定負(fù)載，如半導(dǎo)體晶圓處理應(yīng)用，應(yīng)用中FOUP前開(kāi)式晶圓盒(Front-Opening Unified Pod)在加工中心與加工中心之間傳送進(jìn)行拾放操作。第三類是變動(dòng)負(fù)載，如醫(yī)藥點(diǎn)滴應(yīng)用中，試劑注入一個(gè)接著一個(gè)的一系列滴管，每一步有一個(gè)較輕的負(fù)載。

在考慮負(fù)載的同時(shí)，還是值得看一下在機(jī)械臂的末端將用什么類型的工具拾起或運(yùn)送負(fù)載。雖然它與負(fù)載沒(méi)有有明確的關(guān)系，但錯(cuò)誤可能會(huì)帶來(lái)很大代價(jià)。例如，如果在拾放應(yīng)用中拾取一種很敏感的工件，如果使用了錯(cuò)誤的夾具就會(huì)被損壞。所以，盡管設(shè)計(jì)員不太可能忘記考慮通用系統(tǒng)負(fù)載要求，他們確實(shí)有可能忘記考慮要求中的某些方面。LOSTPED是確保完整性的一個(gè)路徑。要問(wèn)的關(guān)鍵問(wèn)題：負(fù)載源是什么，它如何定位？有什么特殊處理考慮嗎？必須管理的重量或力有多大？是向下的力、抬升力還是側(cè)向力？

定位：定位，或施力的相對(duì)位置或方向，也很重要，但它常常被忽略。由于用于模塊設(shè)計(jì)中的線性導(dǎo)軌系統(tǒng)，一些類型的線性模塊或致動(dòng)器可以處理比側(cè)向負(fù)載更高的向下/向上負(fù)載。另一些模塊，采用了不同的線性導(dǎo)軌，處理的負(fù)載在所有方向相同。例如，Rexroth Compact Module CKK導(dǎo)軌采用了一種雙滾珠導(dǎo)軌系統(tǒng)，而在要求側(cè)向安裝或軸向負(fù)載的應(yīng)用中常常被采用。由于大多數(shù)高質(zhì)量線性運(yùn)動(dòng)供應(yīng)商制造應(yīng)對(duì)各種不同情況的模塊和致動(dòng)器，確保特定模塊能夠處理在應(yīng)用中成功定位的負(fù)載要求非常重要。

圖2：CKK適于許多種應(yīng)用

關(guān)鍵問(wèn)題：線性模塊或致動(dòng)器如何定位？它是水平、垂直還顛倒？負(fù)載相對(duì)于線性模塊的哪里定位？負(fù)載是否會(huì)引起線性模塊上的側(cè)傾或俯仰力矩？

速度和加速度也影響線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的選擇。所施加的負(fù)載在加速或減速時(shí)施在系統(tǒng)中產(chǎn)生的力，與等速運(yùn)動(dòng)時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不同。還必須考慮運(yùn)動(dòng)軌跡，梯形或是三角形運(yùn)動(dòng)軌跡，由于滿足所希望的速度或循環(huán)時(shí)間所要求的加速度，將通過(guò)所要求的運(yùn)動(dòng)類型決定。梯形運(yùn)動(dòng)軌跡意味著負(fù)載迅速增加，以相當(dāng)恒定的速度運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間，然后減速。三解形運(yùn)動(dòng)軌跡意味著負(fù)載加速和減速很快，就像在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拾放應(yīng)用中那樣。速度和加速度也是確定合適的線性驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵因素，線性驅(qū)動(dòng)通常為滾珠絲杠、皮帶或線性電動(dòng)機(jī)。

關(guān)鍵問(wèn)題：必須達(dá)到的速度和周期是多少？是等速還是變速？負(fù)載將如何影響加速和減速？運(yùn)動(dòng)軌跡是梯形還是三角形？針對(duì)速度和加速需求哪種線性驅(qū)動(dòng)最好？

進(jìn)給行程：進(jìn)給行程指運(yùn)動(dòng)的距離或范圍。不但要考慮進(jìn)給行程，還要考慮超行程(overtravel)。為了允許一些“安全進(jìn)給行程”，即額外空間，在沖程結(jié)束確保系統(tǒng)的安全性以防止緊急停止。

關(guān)鍵問(wèn)題：什么是運(yùn)動(dòng)的距離或范圍？在緊急停止時(shí)需要多少超行程？

精密性：精密性是一個(gè)常常被用于定義進(jìn)給行程精確性(在從A點(diǎn)到B點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)如何運(yùn)行)，或定位精確性(系統(tǒng)能多接近目標(biāo)位置)的含義很廣的詞。它也可以指可重復(fù)性，或在每個(gè)沖程結(jié)束，系統(tǒng)是否能夠很好地返回同樣的位置。理解這三種詞之間的區(qū)別——進(jìn)給行程精確性、定位精確性和可重復(fù)性，常常是確保系統(tǒng)滿足性能指標(biāo)、而且系統(tǒng)沒(méi)有過(guò)度代償也許不需要的高度精確性的關(guān)鍵。

但是透徹考慮精確性要求的主要原因是驅(qū)動(dòng)機(jī)制的選擇：皮帶驅(qū)動(dòng)，滾珠絲杠還是線性電動(dòng)機(jī)。每種類型都提供了精確性、速度和負(fù)載承載能力之間的折衷，******的選擇主要是由應(yīng)用而定。

關(guān)鍵問(wèn)題：在應(yīng)用中進(jìn)給行程精確性、定位精確性和可重復(fù)性有多重要？精確性比速度或其他LOSTPED因素更重要嗎？

環(huán)境指預(yù)計(jì)系統(tǒng)將工作于的周圍條件。例如，極端的溫度會(huì)影響系統(tǒng)內(nèi)塑料組件和潤(rùn)滑的性能，而灰塵、液體和其他污染物會(huì)對(duì)軸承道和負(fù)載承載元件造成損害。這是一人們經(jīng)常被忽略的性能因素，但它是一個(gè)會(huì)對(duì)線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)壽命造成很大有影響的因系。如密封帶和特殊的涂層等選擇可能防止環(huán)境因素的損害。此外，如特殊潤(rùn)滑和正氣壓等選擇可以使模塊或致動(dòng)器適于凈室應(yīng)用。

圖3：更專注的早期信息常?？梢缘玫礁_的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

關(guān)鍵問(wèn)題：有哪些危險(xiǎn)或限制，極端的溫度、灰塵、液體等？相反，線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)本身是環(huán)境污染源嗎(ESD、潤(rùn)滑或微粒)？

工作周期：工作周期是它完成工作循環(huán)所用的時(shí)間。在線性致動(dòng)器中，一般內(nèi)部元件決定最終系統(tǒng)的壽命。例如，模塊內(nèi)的軸承壽命直接受所施加的負(fù)載的影響，但也受軸承經(jīng)歷的工作周期的影響。線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可能可以滿足前面的六個(gè)因素，但如果一天連續(xù)運(yùn)行24小時(shí)、一周運(yùn)行7天，它就比每天運(yùn)行8小時(shí)、一周運(yùn)行5天更快達(dá)到使用壽命的盡頭。此外，使用時(shí)間與其余時(shí)間之比，影響線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)熱，并直接影響系統(tǒng)壽命和所有者的成本。事先搞清這些問(wèn)題可以節(jié)省時(shí)間并省去后患，由于如皮帶等磨損部件很容易存儲(chǔ)以進(jìn)行快速更換。

關(guān)鍵問(wèn)題：系統(tǒng)使用有多頻繁，包括沖程或運(yùn)動(dòng)之間的間隔時(shí)間？系統(tǒng)需要持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間？

雖然LOSTPED提供了制定線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)規(guī)模和選擇線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)的7個(gè)基本因素和要問(wèn)的關(guān)鍵問(wèn)題，為了得到******結(jié)果，建議設(shè)計(jì)人員最終還應(yīng)該向著名的分銷商或制造商的應(yīng)用工程部咨詢最終建議。通常他們有數(shù)百次應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，可能很多與現(xiàn)在著手的應(yīng)用十分相似。這樣，通過(guò)預(yù)見(jiàn)潛在問(wèn)題，他們能夠節(jié)省很多時(shí)間并提出節(jié)省成本的建議?？傊?，最終的目標(biāo)是以盡可能最低的成本得到******的線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，而熟悉LOSTPED的熟練的應(yīng)用工程師可以確保其用戶達(dá)到目標(biāo)。