创造历史:运动控制，工业通信挑战

芝加哥菲尔德自然历史博物馆(Field Museum of Natural History)每年有超过165万人次参观，收藏了大量的文物和科学标本，其中一个奇迹是支持其展品的技术。其中包括可移动空中花园“云”(重达19,000磅)的变速运动控制，通过无线吊坠实现变速加速和减速。这被认为是第一个自由形态的3D打印花园。

芝加哥Flyhouse的一个团队设计了一个系统来悬挂一个名为“自然云”的活空中花园，以展示史前时代的植物。四朵“云”的重量从5000磅到19000磅不等，每一朵都悬浮在博物馆的地面上。云的需求通过一个能量链柔性电缆桥架来支持，其中包括为高容量升降机悬挂的活雕塑提供水、电力和光纤的电缆。

Flyhouse的项目经理大卫·米勒德(David Millard)说:“我们做过很多这种规模甚至更大的项目。”“我们专注于独特和困难的事情。这符合一个独特而困难的项目的标准，需要极大地关注细节和美学。”

运动控制项目包括原型索具

在博物馆成立125周年之际，来自多宾斯集团(the Dobbins Group)的建筑师和工程师们询问了悬挂四朵云的可行性。飞行屋制作了一个全尺寸的索具原型。

为了悬挂和移动云层，Flyhouse设计了两个大容量和一个中容量的升降机。这些云的移动速度为每分钟16英尺，加速和减速速度可变。它们通过主楼层的无线挂件移动到三个预先设定的位置。

这些云是世界上第一个自由形状的3D打印花园。这些云由Branch Technology公司设计，有279个打印部件，包括超过12000磅的植被和支撑设备重量，9650磅的钢材和近4000磅的打印部件重量。

它们由白垩纪时期的校正植被、水培、照明、戏剧雾和音响设备组成。

Daniel Pouzet在《纽约时报》发表的一篇文章中说:“该项目是为了将缺失的植物维度引入野外大厅。芝加哥论坛报，“悬挂的‘植物云’，翼龙加入了菲尔德博物馆斯坦利菲尔德大厅改造的人群。”Pouzet是一位法国建筑师，他和Field设计总监Alvaro Amat一起设计了这些云。“这些云是博物馆中极其丰富但无生命的物质和不断进化的生命元素之间的桥梁。”

紧凑的运动控制挑战

米勒德说，主要的挑战是设计大容量的升降机，可以快速移动云，并且足够小，以适应有限的空间。在菲尔德博物馆狭小的阁楼上安装索具系统时，他们还遇到了多个机械障碍。

Flyhouse团队在博物馆的灯光和天窗之间设计、设计、制造和安装了三个升降机。每个提升机都设计为双螺旋零船队轴提升机，具有冗余制动和电缆管理系统。

米勒德说:“我们在正常时间内完成了所有的索具工作，而博物馆的任何部分都不对游客关闭。”“这需要我们开发一种定制的悬浮地板结构，能够在1250平方英尺的表面上支撑28吨，作为起重机和我们的工作与地下75英尺的公众之间的保护层。”

用于运动控制应用的长距离能量链

为了帮助云的移动，Flyhouse团队使用了75英尺长的能量链。他们设计了这个系统，在这个系统中，滑轮可以让他们在链条的弯曲处拉动链条，而不是典型的推或拉链条的末端。

米勒德说:“我们将滑轮的运动直接连接到起重机上。“我们创造了一系列机械优势系统，让链条的滑轮以悬浮云的一半速度移动。由于我们移动的是链条的中间部分，所以链条的移动速度是链条弯曲处滑轮速度的两倍，从而使它与移动的云完全同步。”

项目的独特性围绕着能源链的中心支撑。这使得飞屋队可以从中间控制移动，而不是从一个末端。

米勒德说:“客户服务使我们能够获得所需的产品信息，使我们能够以一种非传统的方式自信安全地使用它。”“他们能够为我们提供设计该解决方案所需的负载数据，并且对开发该产品的非常规解决方案非常积极和感兴趣。”

关键数据电缆:光纤，电力，水

能量链还携带运动塑料专家提供的电缆，为雕塑提供水、电和光纤。其中四根柔性电缆有100英尺长，比如光纤电缆和输水空气电缆。还有一种300英尺长的电缆，通常用于重型室内应用和高仓仓库、包装机和室内起重机。电缆使用寿命长，维护费用低。

Millard说:“根据我们的经验，从长期来看，电缆卷轴是不可靠的，我们需要一种解决方案，能够机械地移动电缆和软管，与起重机同步。”“关键是防止系统增加复杂性，比如同步电机。”

能量链需要足够宽，以容纳所有不同的电缆，这有助于云的移动。

柔性电缆的设计采用了Chicago Flyhouse填充包的尺寸，包括为可能的新电缆预留的空间。

运动控制原型修改最终设计的经验教训

这个展览现在是博物馆的宠儿。有超过1000株植物分布在四个悬浮结构中，其中一个有35英尺宽。它是世界上最大的3D打印花园。Flyhouse团队花了一年多的时间来开发整体设计的可行性，然后才确定如何提升和移动云层。米勒德说:“我们花时间建立了云的工厂模型，并与设计3D打印结构和云骨架的工程公司积极合作。”“我们从模型中吸取的经验教训中提供了积极的反馈，并帮助他们修改设计，使其作为悬空物体工作得很好，以确保它符合我们的所有吊装安全标准，包括处理突然停止的能力，以及在紧急停止或二次制动锁定情况下产生的冲击载荷。”

参与创造“自然云”的工程帮助创造了一个令人惊叹和奇妙的博物馆展览。

高级展览项目经理希拉里·汉森在一篇文章中说:“这些花园是同类花园中的第一个，我们努力寻找能茁壮成长的植物，灵感来自于恐龙时代的植物:蕨类植物、苏铁植物和海葵植物。”飞行爬行动物和空中花园加入菲尔德博物馆发现的最大恐龙，由Chicago Curbed出版。“这些植物使大厅充满活力——它们看起来很漂亮，强调了我们研究和保护自然世界的使命。它们将打破斯坦利菲尔德大厅的宏伟规模，软化其坚硬的材料，使其成为一个欢迎坐下来享受自然的地方。”

丹•汤普森是igus的能源链产品经理。由Mark T. Hoske编辑，内容经理，控制工程，CFE媒体，mhoske@cfemedia.com。

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什么之前不可能的运动控制应用随着新技术变得实际?

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看YouTube运动控制应用视频来自igus在芝加哥菲尔德自然历史博物馆的一朵花园云上．

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