逐個介紹每個部件！ 為幫助讀者較好的理解定位系統(tǒng)，我們將采取分開介紹的方法，將整個系統(tǒng)分解為各個組成部件逐個進行介紹。 我們將定位系統(tǒng)按照功能總體分為以下部分：

1. 滑軌
2. 執(zhí)行器
3. 電機
4. 反饋裝置
5. 電子驅(qū)動器和控制器
6. 外部設(shè)備功能

方向控制技術(shù)可謂五花八門，并各自都有自己的優(yōu)缺點。 下面我們將分別介紹其中幾種：

 運動學

運動學設(shè)計強調(diào)通過仔細選擇單點接觸來抑制其他多余的自由度。 如果選擇得當，此類設(shè)計的每個接觸點可抑制一種自由度。 因此，五個接觸點將會產(chǎn)生只有一種自由度的接觸點 (6-5=1)；而如果一個系統(tǒng)同時存在六個接觸點的話會使系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)。 多數(shù)情況下，運動學設(shè)計要求施加作用力（重力、磁力、真空或彈簧作用力）使所有各點保持接觸；另外，如果使用滾珠作為接觸點，那 么滑動摩擦力將被滾動摩擦力所代替。 盡管此類設(shè)計是“純粹”符合力學原理的設(shè)計，由于接觸點較少因而其負載能力較低。 在所有設(shè)計方法中，運動學設(shè)計是一種比較極端的設(shè)計，而另外一種極端的設(shè)計則為面積平均設(shè)計（例如燕尾滑軌 － 見下面介紹）。 通過對運動學和“彈性平均”法對比，有助于發(fā)現(xiàn)比較理想的設(shè)計方法。 運動學設(shè)計基本上可真實的再現(xiàn)運動表面的幾何形狀（ 通常由平面和/或柱面組成）。 例如，這種方法不會傳遞由于熱膨脹而產(chǎn)生的應(yīng)力. 但是，無法避免的是它的這些優(yōu)點會受到低固有頻率、低 剛性以及低負載能力的困擾。

 燕尾滑軌

燕尾滑軌與運動學設(shè)計可形成鮮明對比；這種設(shè)計方法不是僅僅選取幾個接觸點，而 是依靠非常大的接觸面積來提高剛性和負載能力。 這種運動表面通常需要進行“打磨”以獲得較高的表面平整度，燕 尾法可以提高表面運動部件在運動過程中的穩(wěn)定性。 燕尾法通常用于機械加工工具的設(shè)計，因為此類機械對負載能力要求很高。 與滾動方式相比，滑動方式會明顯的提高摩擦力。 由于部件在滑動過程中會發(fā)生磨損，絕大多數(shù)設(shè)計都含有可調(diào)整預(yù)載荷或加固裝置，以 減少摩擦。 盡管通常燕尾法設(shè)計的質(zhì)量較大，但它一般由鑄鐵制成，剛性較大，與滑軌本身材料接近。 從而提高滑軌整體組件的固有頻率，這 對于高速銑刨操作是非常關(guān)鍵的。

交叉圓柱形滾珠滑軌

交叉圓柱形滾珠滑軌的結(jié)構(gòu)是在 "V" 字形軌道中放入圓柱形滾珠. 每隔一個滾珠的旋轉(zhuǎn)角度為 90 度，形 成對稱的負載能力。 由于滾珠與 "V" 字形軌道之間為直線接觸，因而可以提供比球形滑軌高出一個級別的負載能力。 滾珠的保持力和預(yù)加載荷與球形滑軌相似。 交叉滾珠設(shè)計提供中等均勻的摩擦力、高負載能量、高線性和抗扭剛度、中 等成本和非常好的直線準確性。

交叉滾珠滑塊的線接觸特性與球形滑軌相比防止異物干擾的能力較弱。 因此，后者比較適用于存在精細研磨異物的環(huán)境中使用（ 例如研磨操作）。 與球形滾珠滑塊相比，圓柱形滾珠的摩擦力較大，但是由于線接觸比較平均的特性因而降低了摩擦力的波動性。

滾珠滑塊

本文中所說的滾珠一詞指滑塊組件，它包括一個硬化軌道和三個或更多腳輪或凸輪從動機構(gòu)，這 些主要用來定義運動組件的運動方向和運動本身。 例如包括帶有六個從動凸輪（ 其中兩對分別位于兩個不同的側(cè)面,另外兩個彈簧式從動輪位于其余的兩個側(cè)面上）的方形、四面滑塊和帶有三個或更多共軛滾輪的雙 "V" 字形滑塊。 由于不使用循環(huán)部件，此類設(shè)計融合了循環(huán)組件的緊湊型設(shè)計和運動流暢的特點。 這種結(jié)構(gòu)在實際運行過程中，其 中的滾珠仍然會被重復(fù)利用，但是在其重復(fù)利用的過程中預(yù)緊力將始終存在。 這樣就避免了傳統(tǒng)循環(huán)組件的摩擦力波動問題。 通常這種滑塊成本較低，荷載能力較低或中等、摩擦力低而且均勻，而且直線運動的準確性與使用滾輪的滑塊一樣好。

 撓曲 

撓曲是一種常常會被忽略的滑塊技術(shù)。 它們利用零件本身的彈性對線性平移軸的運動進行定義。 比較常見的例子是使用兩塊帶有光刻螺紋的薄金屬片連接內(nèi)徑和外徑。 揚聲器使用撓曲滑塊定義聲音線圈的運動軸. 另外一種常見的設(shè)計是平行四邊形撓曲滑塊。 對于某些行程有限的應(yīng)用，撓曲滑塊將是一種緊湊的、經(jīng)濟的滑塊技術(shù)。 除了高度平穩(wěn)的運動特性并且沒有轉(zhuǎn)動部分之外，撓曲滑塊可作為線性變送器使用，可以放大或降低輸入運動。 市面上可購買到的具有相當高的放大分辨率的撓曲滑塊，只需使用一個簡單的微分頭就可以獲得可重復(fù)的埃單位級的運動。

2. 執(zhí)行器

通過選擇合適的導軌設(shè)定好某一種自由度運動方式之后，我們接下來就可以開始著手解決另外一個獨立的問題，即 如何沿著導軌產(chǎn)生增量運動。 我們將能夠產(chǎn)生運動的裝置稱為執(zhí)行器。 首先要區(qū)分可沿著運動方向選擇兩個位置中的一個位置的執(zhí)行器和通過編程從多個位置中任意選擇一個位置的執(zhí)行器。 前一種執(zhí)行器中為常見的設(shè)備是電磁閥和氣壓/液壓缸。 一般來說，如果應(yīng)用過程中要求僅從兩個位置中重復(fù)定位其中一個位置，使用“ 一個數(shù)位”的執(zhí)行器通常比使用功能全面的、基于 CPU 的職能定位系統(tǒng)要更加經(jīng)濟。 不過這對于像我們這樣專門制造“稀奇古怪”的 定位系統(tǒng)的生產(chǎn)商而言可不是什么好消息。

A. 雙位執(zhí)行器

電磁閥

電磁閥是一種設(shè)計緊湊的、低成本執(zhí)行器，如果和好的導軌、動量吸收器、高硬度制動器一起使用，它可以提供重復(fù)性高、快 速雙位置定位功能。 它主要依靠作為運動部分的軟鐵芯和由線圈所產(chǎn)生的梯度電磁場之間的相互吸引進行工作。 由于它難以在較遠距離下產(chǎn)生高梯度磁場，因而電磁閥限于相對較短的沖程的應(yīng)用（通常為 1 cm）。 基于電磁閥的設(shè)計存在線圈發(fā)熱、交流感應(yīng)振動或咔噠聲以及電磁吸力存在較強的非線性。

氣缸

氣壓缸或液壓缸可以提供低成本、高作用力、高速的雙位置的運動執(zhí)行功能。 盡管隨著行程的增加它們的體積變得愈來愈大， 現(xiàn)在已經(jīng)有了“桿件較少”氣缸，它們的設(shè)計則較為緊湊，與循環(huán)滑軌相似。 當與結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的伺服比例閥和反饋設(shè)備一起使用時，氣 缸也可進行編程定位多個位置。

凸輪

凸輪具有多種雙位置索引功能，尤其在往復(fù)運動時。 汽車吸氣和排氣閥也許是它常見的應(yīng)用。 盡管它們利用滑動摩擦力原理（表面易于磨損），內(nèi)燃機凸輪執(zhí)行機構(gòu)仍然可以可靠而準確的工作，可以實現(xiàn)無故障運行，盡 管每天平均運行次數(shù)高達 1 百萬次之多！ 凸輪定位限于行程較短的應(yīng)用。

B. 多位置執(zhí)行器

凸輪

如果使用可編程旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器，凸輪可以定義多個位置的有效荷載。 盡管沖程有限，但是可獲得非常高的分辨率；通 過施加適當?shù)膶�向力，可重�?fù)性和剛性也會非常高。

切向執(zhí)行器

切向執(zhí)行器包含一個可編程旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器（電機），電機通過驅(qū)動皮帶與一對滑輪相連。 有效荷載由一個單獨的滑軌組件控制并與驅(qū)動帶相連。 該系統(tǒng)可獲得非常高的速度、中等分辨率和輸出力。 其準確度和可重復(fù)性受驅(qū)動帶和皮帶輪質(zhì)量限制（除非使用直線編碼器）。 通常用于質(zhì)量較小、中等準確度的有效荷載的驅(qū)動，可 進行高速定位；常見的應(yīng)用包括筆式繪圖儀、液壓點膠機和“揀拾機”。 通過使用新型高強度驅(qū)動帶材料，切向執(zhí)行器的應(yīng)用范圍更廣，可 以支持非常高的有效荷載質(zhì)量。

直線電機

旋轉(zhuǎn)式步進電機和有刷或無刷式伺服電機都具有直接的、“非轉(zhuǎn)動式”直線驅(qū)動的特點。 它們無需使用機械連接即可直接提供直線致動性。 二者仍然需要使用滑軌組件，但是直線步進電機的工作臺中通常都帶有滑軌。 由于此類設(shè)備兼有電機和執(zhí)行器兩種功能。（信息源來自網(wǎng)絡(luò)）