長(zhǎng)期以來，電動(dòng)直線推桿通過將重復(fù)性、骯臟或危險(xiǎn)的任務(wù)自動(dòng)化，帶來了人體工程學(xué)方面的優(yōu)勢(shì)。最近，隨著將板載智能集成到電動(dòng)推桿中，其對(duì)人體工程學(xué)的貢獻(xiàn)提高到了全新水平。數(shù)字電機(jī)控制、位置反饋、同步和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等智能功能使得應(yīng)用自動(dòng)化更加容易，從而可提高工作場(chǎng)所的舒適性、安全性和生產(chǎn)效率。

數(shù)字化電機(jī)控制

傳統(tǒng)直線推桿通常依靠大型低能效繼電器或獨(dú)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(guān)或觸點(diǎn)的電流從20A降低到小于22mA，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更簡(jiǎn)單、成本更低的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。操作人員可以通過簡(jiǎn)單的控制器運(yùn)行推桿和更改推桿方向。

例如，想象在某個(gè)工作空間內(nèi)，工人們正在搬運(yùn)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(tái)由配備低電平開關(guān)的電動(dòng)推桿控制，則每個(gè)用戶都可以將高度調(diào)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(shí)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(guān)的電動(dòng)推桿控制的裝配站允許用戶將高度調(diào)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(jìn)行這樣的調(diào)整，但是它們需要外置的電機(jī)開關(guān)，這需要消耗更多的功率并且必須手動(dòng)完成。然而，通過電子方式控制電路電流，所有這些開關(guān)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(jī)開關(guān)自動(dòng)化還具有安全方面的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)負(fù)載情況，電動(dòng)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(shí)現(xiàn)更符合人體工程學(xué)的控制，同時(shí)降低大電流繼電器的潛在觸電風(fēng)險(xiǎn)。

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

數(shù)字位置反饋

智能電動(dòng)推桿（圖 2）不僅可以進(jìn)行精細(xì)的位置調(diào)整，還可以提供這些位置調(diào)整的實(shí)時(shí)反饋。它們可以在整個(gè)行程中報(bào)告負(fù)載的位置。在上面的工作臺(tái)示例（圖1）中，它們可以捕獲負(fù)載位置的數(shù)據(jù)，并將其與預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行比較，以確保穩(wěn)定一致的運(yùn)行。

除了數(shù)字位置反饋之外，還能夠測(cè)量和控制速度。假設(shè)你正在自動(dòng)提升或降低一扇重型門，以保護(hù)特定機(jī)器或形成一個(gè)隔斷。微控制器可以接收來自編碼器的脈沖計(jì)數(shù)，并根據(jù)在設(shè)定時(shí)間間隔內(nèi)收到的脈沖數(shù)來計(jì)算移動(dòng)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(dá)行程終點(diǎn)時(shí)降低速度，防止門在操作人員清理開口之前就被關(guān)上。

圖3. 當(dāng)非均勻、難以控制或較重的負(fù)載對(duì)用戶造成阻礙時(shí)，這些牽引車電動(dòng)推桿的同步能力使它們能夠共同承擔(dān)和均勻分配負(fù)載，實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定、更安全的運(yùn)行。

模擬位置反饋

數(shù)字位置反饋是測(cè)量電動(dòng)推桿速度的簡(jiǎn)便方法之一，但是其編程相對(duì)困難，因?yàn)樵摴δ茉跀嚯娀蜿P(guān)機(jī)后不會(huì)記錄報(bào)告的位置。然而，配備模擬電位計(jì)的智能推桿可以從齒輪箱電位計(jì)接收準(zhǔn)確的位置信息，并且該電位計(jì)會(huì)發(fā)送電壓信號(hào)，為用戶提供從行程開始到結(jié)束的驅(qū)動(dòng)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(chǔ)每個(gè)用戶的人體工程學(xué)設(shè)置的應(yīng)用程序，從而允許根據(jù)身高、存儲(chǔ)的程序或用戶偏好等因素為多個(gè)用戶量身定制工作空間。

同步

當(dāng)與多個(gè)推桿結(jié)合使用時(shí)，智能電動(dòng)推桿的人體工程學(xué)優(yōu)勢(shì)更加明顯。可以將推桿設(shè)置為根據(jù)負(fù)載變化自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。例如，在飛機(jī)裝配應(yīng)用中，5名或10名工人完成機(jī)身的最終組裝時(shí)，可能需要使用高出地面的升降平臺(tái)。當(dāng)工人在平臺(tái)上移動(dòng)時(shí)，重量會(huì)轉(zhuǎn)移到平臺(tái)的不同部分，從而可能導(dǎo)致負(fù)載不平衡。位于平臺(tái)下方不同位置的智能推桿（例如每個(gè)角落一個(gè)）可以設(shè)置為自動(dòng)調(diào)節(jié)，以便通過推桿同步移動(dòng)過程來自動(dòng)補(bǔ)償負(fù)載偏移。（圖4）

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

這些負(fù)載變化通過使用速度控制和定位反饋進(jìn)行調(diào)整來抵消。電動(dòng)推桿通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)相互通信，根據(jù)定位反饋?zhàn)x取彼此的速度，并相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整。

但是，使用數(shù)字反饋進(jìn)行調(diào)整會(huì)導(dǎo)致響應(yīng)遲鈍，設(shè)計(jì)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(qū)動(dòng)速度和位置進(jìn)行調(diào)整來避免這種情況。這樣可提供符合人體工程學(xué)的優(yōu)勢(shì)，可以從多個(gè)位置平穩(wěn)地提升移動(dòng)負(fù)載，從而補(bǔ)償難以控制的負(fù)載，如工作平臺(tái)、座椅和重型門。

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

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

智能電動(dòng)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(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)高級(jí)狀態(tài)監(jiān)控、診斷和錯(cuò)誤處理。由于直線推桿不斷自測(cè)，反饋速率可達(dá)每秒10次。如果推桿檢測(cè)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(dòng)（完全縮回或伸出），并發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)記到計(jì)算機(jī)。所有這些全部在幾分之一秒內(nèi)完成。

這種反饋使用戶能夠暫時(shí)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(gè)設(shè)備的工廠自動(dòng)化設(shè)置中尤具價(jià)值（圖5）。采集的數(shù)據(jù)可能會(huì)顯示工作站的提升或降低次數(shù)，或者門的打開和關(guān)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(shí)踐進(jìn)行比較，以改進(jìn)單元的設(shè)計(jì)。

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

運(yùn)行數(shù)據(jù)也可以與受傷報(bào)告進(jìn)行交叉分析，這可能表明需要進(jìn)行更多的人體工程學(xué)分析。例如，如果定位壓接模具的推桿不斷報(bào)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(shí)間段和工作班次可能會(huì)受到影響。

多元化生存

智能電動(dòng)推桿內(nèi)置的許多功能使用戶能夠在解決應(yīng)用時(shí)考慮到設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(gè)推桿同步，或添加實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)指標(biāo)，并且提供了在一體化封裝中完成工作的必要工具?，F(xiàn)在，當(dāng)用戶查看一項(xiàng)應(yīng)用時(shí)，他們可以提供自動(dòng)化解決方案，而不僅僅是往復(fù)移動(dòng)的基本功能。智能電動(dòng)推桿可以在自動(dòng)過程的多個(gè)軸上實(shí)現(xiàn)即插即用的移動(dòng)，而沒有其他自動(dòng)化技術(shù)（如液壓缸或氣缸）的復(fù)雜性問題。通過事先審查應(yīng)用需求，用戶很可能會(huì)發(fā)現(xiàn)智能推桿控制運(yùn)動(dòng)、記錄位置或提供應(yīng)用指標(biāo)的能力使其可以從其他技術(shù)中脫穎而出。

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

這種控制能力越是設(shè)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?；貓?bào)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(huì)使價(jià)值鏈中的每個(gè)人獲益。