يواصل الباحثون البحث عن طرق لتحسين دقة أنظمة تحديد المواقع الخطية، وتقليل أو إزالة ردود الفعل العكسية، بالإضافة إلى تسهيل استخدام هذه الأجهزة. إليكم نظرة على أحدث التطورات.

سواءً كانت الحركة الخطية المطلوبة قليلة أو كثيرة، فإن دقة وموثوقية تحديد المواقع من السمات الأساسية في الأنظمة الخطية. وقد طور مركزان بحثيان يُطوران منتجات للاستخدام في الفضاء، وهما مركز مارشال لرحلات الفضاء في ألاباما ومركز لويس للأبحاث في كليفلاند، أجهزة تحديد مواقع خطية تتميز بتحسينات في هذه السمات. طُوّر أحد هذين الجهازين في البداية للاستخدام في الفضاء، بينما طُوّر الآخر للتطبيقات المرتبطة بالأرض. ومع ذلك، يُقدّم كلاهما فوائد لقطاع نقل الطاقة.

احتاج مهندسو مركز مارشال لرحلات الفضاء إلى مُشغِّل خطي للمركبات الفضائية. يُحرّك هذا المُشغِّل مجموعة فوهة المحرك الرئيسي للمركبة الفضائية. وبالاشتراك مع مُشغِّل آخر في نفس المستوى الأفقي، ولكن بزاوية 90 درجة، يُتحكّم هذا المُشغِّل في حركات الميلان والانقلاب والانحراف للمركبة. تفاوتات هذه الحركات هي ±0.050 بوصة.

من الناحية الوظيفية، يجب أن يوفر المُشغِّل حركات خطية متزايدة بدقة لهذه الأجسام الكبيرة، وأن يحافظ على موضعه عند تحمل الأحمال الثقيلة. كان الحل هو مُشغِّل خطي كهروميكانيكي. يوفر هذا المُشغِّل حركة متزايدة بحد أقصى 6 بوصات. الحد الأدنى لشوطه أقل من 0.00050 بوصة. ويمكنه تحمل أحمال تصل إلى 45,000 رطل.

يُحوّل هذا المُشغِّل الحركة الدورانية إلى حركة خطية، وهو جهاز بسيط ونظيف، يُمكن استخدامه كبديل للمُشغِّلات الهيدروليكية في التطبيقات التي تتطلب حركة قوية ومُتحكَّم فيها. كما يتطلب هذا الجهاز وقت صيانة قصيرًا للتنظيف والفحص، ويُساعد على تقليل الوقت اللازم لتأهيل نظام الطيران.

يستخدم هذا التصميم مُحلِّلاً وميزة جديدة نسبيًا، وهي نظام تروس مضاد للارتداد. يقيس المُحلِّل الحركة الزاوية المتزايدة، التي تتحكم في الحركة الخطية المتزايدة. تبلغ دقته 6 أقواس/دقيقة. تُعرَف العلاقة بين الدوران والانتقال من خلال نسب التروس وميلان السن اللولبي.

الميزة الثانية هي نظام تروس مضاد للارتداد. يضمن هذا النظام تلامس أسنان التروس باستمرار في اتجاه عقارب الساعة وعكسها.

لتحقيق هذا الالتحام، يجب محاذاة مراكز الأعمدة بدقة. أثناء التصنيع، تُشَغَّل الأعمدة في كل تجميعة.

مكونات المحرك
يتكون المُشغِّل الكهروميكانيكي من أربعة أقسام تجميعية: 1) محركان يعملان بالتيار المستمر بقوة 25 حصانًا، 2) سلسلة تروس، 3) مكبس خطي، و4) غلاف مُلحق. تُدير محركات التيار المستمر سلسلة التروس، ناقلةً الحركة الدورانية إلى لولب أسطواني، والذي يُحوّل هذه الحركة إلى حركة خطية عبر مكبس الخرج. تُوفر المحركات عزم دوران ثابتًا قدره 34.6 أونصة-بوصة/أمبير. تعمل المحركات عند 125 أمبير. عند اللولب، تُولّد الوحدة عزم دوران قدره 31,000 أونصة-بوصة، أو ما يُقارب 162 رطل-قدم.

محركا تيار مستمر بدون فرش مثبتان على لوحة تثبيت. تتصل لوحة التثبيت بنظام التروس. تتيح لوحة ضبط صغيرة التشغيل الآلي أثناء التجميع، مما يُسهّل محاذاة أعمدة الدوران بدقة. كما يُساعد هذا الترتيب على تجنب أي ارتداد عكسي داخل نظام التروس.

يُثبَّت الترس الصغير على عمود المحرك، ويُدعَم بمحامل داخل المحرك. يتصل الترس الصغير بمجموعة عمود التباطؤ، التي تتضمن ترسين. يُخفِّض عمود التباطؤ السرعة وينقل عزم الدوران العالي إلى ترس الإخراج. وكما ذُكر سابقًا، يُشكَّل أحد ترس التباطؤ مباشرةً في العمود.

يتكون الترس الخامل الأول من قطعتين تمكنان من إجراء تعديلات صغيرة لإزالة اللعب الدوراني في النظام.

أثناء التجميع، يُركَّب المحرك السفلي على لوحة تثبيت المحرك، مُزاوجًا ترسه الصغير مع تروس التباطؤ القابلة للتعديل على أعمدة التباطؤ. ثم يُركَّب المحرك العلوي باستخدام لوحة ضبط المحرك. بعد ذلك، يُدوِّر المهندسون أعمدة المحرك يدويًا، مُحرِّكين تروس التباطؤ بالنسبة لأعمدتها لإزالة أي حركة دورانية. بعد ذلك، يُزال المحرك العلوي، وتُشكَّل لوحة ضبط جديدة في مركزها الدقيق. تُجنِّب هذه العملية حدوث رد فعل عكسي.

تدعم المحامل كل عمود خامل من كلا الطرفين. يتصل ترس الإخراج بعمود لولبي أسطواني ملولب. يوفر العمود والصامولة ومجموعة مكبس الإخراج حركات خطية. يمنع المحمل الخطي اختلال المحاذاة، مما يُثبّت مكبس الإخراج.

تشتمل مجموعات المحامل الكروية، الموجودة في نهاية القضيب وفي ذيل العمود، على ملحقات تثبيت للتوصيل بالمحرك والمكونات الهيكلية.

خيارات
لتحقيق دورة واحدة لدوار المُحلِّل لكل شوط مكبس، ولتجنب الحاجة إلى حساب دورات العمود، يُشير مهندسو ناسا إلى إمكانية استخدام محرك توافقي مع مُحلِّل. يجب أن يكون لهذا المحرك نسبة تخفيض تسمح لدوار المُحلِّل بالدوران دورة واحدة لكل شوط مكبس كامل.

يستخدم إصدار طيران أحدث من هذا المحرك أربعة محركات بقوة 15 حصانًا. تُخفّض المحركات الأصغر حجمًا الوزن بالإضافة إلى عزم دوران المحرك. يبلغ عزم الدوران الثابت لهذه المحركات 16.8 أونصة-بوصة/أمبير، وتعمل عند 100 أمبير و270 فولت لتوفير القوة اللازمة لتحريك حمولة وزنها 45,000 رطل.

تصميم آخر للتمركز
على الرغم من أن هذا الموضع اللولبي ثلاثي السلاسل لم يُطوَّر للاستخدام في الفضاء، إلا أنه يُظهر تحسينات في الدقة والموثوقية. فهو يُقلِّل الوقت اللازم لوضع القطع بدقة في الآلات، ورفع أو خفض المنصات، وتربيع الحزم بدقة، ويضمن ثبات المنصات في وضع أفقي لمعدات الليزر والتلسكوبات الضوئية الحرارية.

قد يستخدم نظام تحديد موضع البراغي النموذجي وحدة تحكم يدوية مركزية، موجهة بثلاثة أو أربعة قضبان ثابتة، لتحريك صفيحة. يستخدم هذا التصميم وحدة برغي ثلاثية الرصاص كآلية تحديد موضع رئيسية. تعمل هذه الوحدة على تحريك الصفيحة من أو إلى صفيحة ثابتة مع الحفاظ على توازي الصفيحتين.

يتكون التجميع من ٢٧ قطعة مصنعة في الورشة، وتسعة قطع مُشتراة، مثل التروس والمحامل، و٦٥ برغيًا، ومفاتيح، وصواميل، وغسالات متنوعة، وغيرها. جميع المكونات مُجمّعة على حامل التحكم ثلاثي النقاط وحامل القيادة أحادي النقطة. تُركّب هذه القطع في موضع تحكم دقيق على اللوحة الطرفية الأساسية للتجويف.

يعمل جهاز تحديد المواقع إما بواسطة ذراع تدوير يدوي على أحد دبابيس التشغيل، أو بواسطة ملحق محرك سيرفو عن بُعد. يُقرأ موضع الحركة على مقياس، أو ملحق مؤشر، أو من خلال قراءة LED. يمكن ضبط الموضع حتى 0.1 مم.