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

سواء كانت الحركة الخطية المطلوبة صغيرة أم كبيرة، فإن دقة تحديد المواقع وموثوقيتها من السمات الأساسية في الأنظمة الخطية. وقد طوّر مركزان بحثيان، هما مركز مارشال لرحلات الفضاء في ألاباما ومركز لويس للأبحاث في كليفلاند، واللذان يُطوّران عادةً منتجات للاستخدام في الفضاء، أجهزة تحديد مواقع خطية تتميز بتحسينات في هذه السمات. صُمّم أحد هذين الجهازين في البداية للاستخدام في الفضاء، بينما صُمّم الآخر لتطبيقات أرضية. ومع ذلك، يُقدّم كلا الجهازين فوائد قيّمة لقطاع نقل الطاقة.

احتاج المهندسون في مركز مارشال لرحلات الفضاء إلى مُشغِّل خطي للمركبات الفضائية. يقوم هذا المُشغِّل بتحريك مجموعة فوهات المحرك الرئيسي للمركبة الفضائية. وبالتزامن مع مُشغِّل آخر في نفس المستوى الأفقي ولكن بزاوية 90 درجة، يتحكم هذان المُشغِّلان في حركات الميل والدوران والانعراج للمركبة. تبلغ دقة هذه الحركات ±0.050 بوصة.

من الناحية الوظيفية، يجب أن يوفر المشغل حركات خطية متزايدة بدقة لهذه الأجسام الكبيرة، وأن يحافظ على موضعها في مواجهة الأحمال الثقيلة. وكان الحل هو مشغل خطي كهروميكانيكي. يوفر هذا المشغل حركة متزايدة بحد أقصى 6 بوصات، بينما يبلغ الحد الأدنى لشوطه أقل من 0.00050 بوصة، ويمكنه تحمل أحمال تصل إلى 45000 رطل.

يُعد هذا المشغل، الذي يحوّل الحركة الدورانية إلى حركة خطية، جهازًا بسيطًا ونظيفًا يُمكنه استبدال المشغلات الهيدروليكية في التطبيقات التي تتطلب حركة قوية ومتحكم بها. كما أنه لا يتطلب سوى القليل من الصيانة للتنظيف والفحص، ويُساهم في تقليل الوقت اللازم لتأهيل نظام الطيران.

يستخدم هذا التصميم مُحلِّلًا وميزة حديثة نسبيًا، وهي نظام تروس مضاد للارتداد. يقيس المُحلِّل الحركة الزاوية التزايدية، التي تتحكم في الحركة الخطية التزايدية. تبلغ دقته 6 درجات قوسية/دقيقة. تُعرف العلاقة بين الدوران والانتقال من نسب التروس وخطوة اللولبة.

الميزة الثانية هي نظام تروس مضاد للارتداد. فهو يضمن أن تكون أسنان التروس على اتصال دائم في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة.

لتحقيق هذا التلامس، يجب محاذاة مراكز الأعمدة بدقة. أثناء التصنيع، تُشَكَّل الأعمدة آليًا على كل مجموعة.

مكونات المشغل
يتكون المشغل الكهروميكانيكي من أربعة أقسام تجميع: 1) محركان كهربائيان يعملان بالتيار المستمر بقدرة 25 حصانًا، 2) مجموعة تروس، 3) مكبس خطي، و4) غلاف خارجي. يقوم المحركان بتدوير مجموعة التروس، ناقلين الحركة الدورانية إلى لولب أسطواني، والذي يحولها بدوره إلى حركة خطية عبر المكبس. يوفر المحركان عزم دوران ثابتًا قدره 34.6 أونصة-بوصة/أمبير. يعمل المحركان بتيار 125 أمبير. عند اللولب، يولد الجهاز عزم دوران قدره 31000 أونصة-بوصة، أو ما يقارب 162 رطل-قدم.

يتم تثبيت محركين كهربائيين بدون فرش على لوحة تثبيت. تتصل لوحة التثبيت بنظام التروس. تسمح لوحة ضبط صغيرة بإجراء عمليات التصنيع أثناء التجميع، مما يسهل محاذاة الأعمدة بدقة. كما يساعد هذا الترتيب على التخلص من أي خلوص زائد داخل نظام التروس.

يُثبّت ترس التدوير على عمود المحرك بواسطة محامل داخلية. ويتصل هذا الترس بمجموعة عمود التدوير الوسيط، التي تتضمن ترسين. يعمل عمود التدوير الوسيط على تقليل السرعة ونقل عزم الدوران العالي إلى ترس الخرج. وكما ذُكر سابقًا، يُصنع أحد ترسي التدوير الوسيط مباشرةً في العمود.

يتكون الترس الوسيط الأول من قطعتين تسمحان بإجراء تعديلات صغيرة لإزالة الحركة الدورانية في النظام.

أثناء التجميع، يُثبّت المحرك السفلي على لوحة تثبيت المحرك، حيث تتزاوج تروسه الصغيرة مع التروس الوسيطة القابلة للتعديل على أعمدة التدوير. ثم يُثبّت المحرك العلوي باستخدام لوحة ضبط المحرك. بعد ذلك، يقوم المهندسون بتدوير أعمدة المحرك يدويًا، مما يُحرّك التروس الوسيطة بالنسبة لمحاورها لإزالة أي خلوص دوراني. ثم يُزال المحرك العلوي وتُصنع لوحة ضبط جديدة بدقة متناهية لتتمركز في المركز. تُزيل عملية التجميع هذه أي ارتداد.

تدعم المحامل كل عمود وسيط من كلا الطرفين. يتم تثبيت ترس الإخراج على عمود لولبي ذي بكرات ملولبة. يوفر العمود والصامولة ومجموعة مكبس الإخراج حركات خطية. ويتم منع عدم المحاذاة بواسطة محمل خطي يعمل على تثبيت مكبس الإخراج.

تتضمن مجموعات المحامل الكروية، الموجودة في نهاية القضيب وفي ذيل المخرطة، ملحقات تثبيت للتوصيل بالمحرك والمكونات الهيكلية.

خيارات
لتحقيق دورة كاملة لدوار المحلل لكل شوط مكبس، والاستغناء عن حساب دورات العمود، يشير مهندسو ناسا إلى إمكانية استخدام محرك توافقي مع المحلل. يجب أن يتمتع هذا المحرك بنسبة تخفيض تسمح لدوار المحلل بالدوران دورة كاملة لكل شوط مكبس.

يستخدم الإصدار الأحدث من هذا المحرك، والمخصص للطيران، أربعة محركات بقوة 15 حصانًا لكل منها. وتساهم المحركات الأصغر حجمًا في تقليل الوزن وقصور المحرك الذاتي. يبلغ ثابت عزم الدوران لهذه المحركات 16.8 أونصة-بوصة/أمبير، وتعمل بتيار 100 أمبير وجهد 270 فولت لتوفير القوة اللازمة لتحريك حمولة وزنها 45000 رطل.

تصميم آخر لتحديد المواقع
على الرغم من أن هذا الجهاز ثلاثي المحاور لتحديد موضع البراغي لم يُصمم للاستخدام في الفضاء، إلا أنه يُظهر تحسينات ملحوظة في الدقة والموثوقية. فهو يُقلل الوقت اللازم لتحديد موضع الأجزاء بدقة في الآلات، ورفع أو خفض المنصات، وضبط استقامة الطرود بدقة، وضمان بقاء المنصات مستوية لأجهزة الليزر وتلسكوبات قياس الحرارة الضوئية.

قد يستخدم نظام تحديد المواقع اللولبي النموذجي وحدة تحكم يدوية مركزية، موجهة بثلاثة أو أربعة قضبان ثابتة، لتحريك لوحة. يستخدم هذا التصميم مجموعة لولبية ثلاثية كآلية تحديد المواقع الرئيسية. فهي تحرك اللوحة باتجاه لوحة ثابتة أو بعيدًا عنها مع الحفاظ على توازي اللوحتين.

تتألف المجموعة من 27 قطعة مصنعة في الورشة، وتسع قطع مُشتراة، مثل التروس والمحامل، و65 قطعة متنوعة من البراغي، ومجاري المفاتيح، والصواميل، والحلقات، وما إلى ذلك. يتم تجميع جميع المكونات على دعامة التحكم ثلاثية النقاط ودعامة القيادة أحادية النقطة. تُثبّت هذه المجموعات في موضع تحكم دقيق على اللوحة الطرفية لقاعدة التجويف.

يعمل جهاز تحديد الموضع إما بواسطة ذراع تدوير يدوي على أحد دبابيس القيادة أو بواسطة وحدة تحكم عن بعد بمحرك سيرفو. تُقرأ قيمة موضع الحركة على مقياس، أو مؤشر، أو شاشة عرض LED. ويمكن ضبط الموضع بدقة تصل إلى 0.1 مم.