气动平衡助力机械手反馈控制研究

李印威

摘要：对于气动平衡原理下的助力机械手装置来说，其负载位置力臂的随位平衡控制难度较大。而反馈控制系统可以有效解决机械手力臂随位平衡难题。本文将简要介绍气动平衡助力机械手反馈控制系统的原理与设计要点，旨在为业内人士提供参考意见。

关键词：气动平衡;助力机械手;反馈控制

基于气动平衡原理的助力机械手，又称之为平衡吊、平衡助力器、手动移栽机，是一种用于物料转运的助力设备。助力机械手装置具有无重力化、操作便捷、安全系数高等优势特征。应用助力机械手装置，可以节省人力损耗和时间成本。但是助力机械手装置的负载力臂随位平衡控制一直是困扰业内人士的难题。为此，全面探究气动平衡助力机械手反馈控制系统显得尤为重要。

1、气动平衡助力机械手的反馈控制系统的核心原理

助力机械手反馈控制系统所包含的硬件设备多种多样，且各类设备之间存在着紧密的内在联系。助力机械手反馈控制系统涉及的硬件设备包括过滤器、减压阀、气缸、或门、信号气管等。

助力机械手反馈控制系统的硬件组合以主气调控压阀和逻辑或门为核心元器件。通常情况下，主气调控压阀的输出压力多控制在0.05—0.6兆帕之间。同时，主气调控压阀的精度和溢流特性直接决定了助力机械手的力臂随位平衡的灵敏性和稳定性。由于逻辑或门的功能较为特殊，多选用启动压力较小的梭阀。

2、助力机械手装置反馈控制系统的设计要点

2.1助力机械手装置力臂平衡矫正

助力机械手装置可以充分利用负载端的等效力臂的尺寸。通常来说，助力机械手装置既有尺寸最长的等效力臂，又有尺寸最短的等效力臂，二者之间存在着紧密的内在联系，相互配合形成完整的等效力臂功能体系。

在对助力机械手装置的平衡性能进行调试时，相关人员应优先对最短的等效力臂区域的条件予以调整。当整个助力机械手装置处于空载状态时，利用主气调控压阀对信号的气体压力实行优化调配，确保气缸端和负载端的受力均衡性。

2.2助力机械手装置力臂随位平衡控制

相关人员要将信号气体压力p1和p2的对应数值输入第一门系统或第一级系统，并对压力数值展开对比分析。可以将第一门系统或第一级系统中的信号气体压力和气缸装置的输出端的气体压力输入第二门系统或第二级系统，再次对压力数值进行对比分析。再者，对基本气体控制阀装置的输出压力值加以约束和调整，让助力机械手装置的负载端和气缸输出端的力矩数值保持平衡，达到力臂随位平衡控制的目的。

2.3助力机械手装置气路设计

助力機械手装置的反馈控制系统的气路较为复杂，主要包括信号数据反馈分析、空负载的比选和气源的处理三个重点环节。其中，信号数据反馈分析系统主要由主气调控压阀装置、或门调控压阀装置以及气缸调控压阀装置组成。其中，气源处理部门的主要作用是对压力装置和过滤装置进行调节，将厂房内非潮湿区域或干燥区域的空气利用压力差原理挤压到气缸装置中，确保气缸装置的良好运转。

在实际投产应用过程中，控制步骤如下所述：以气体源头处置部件为媒介，对厂房内特定区域的空气实行调节置换。按照先后顺序，将气体回路分为一组动力气体线路和三组信号气体线路两方面。其中，动力气体线路作为整个气缸装置的动力气体供给来源。

对于三组信号气体线路来说，按照操作步骤，又进一步细化为内一组信号气体线路和内三组信号气体线路。手动换向阀装置和气体控制换向阀装置，可以实现负载数据信号的传导与比选控制。

三组信号通过方向变换比选和逻辑变换比选处理后，能够为或门装置传导空载信号和负载信号，且一并完成经气缸装置传递的反馈气体压力信号的处理。与此同时，将逻辑或门装置的信号数据导入主汽调压阀装置中，让主气控制调节阀装置的传输压力数值与气缸装置的传输压力数值保持一致，达到压力平衡状态。

2.4助力机械手装置反馈控制系统验证试验

一直以来，对助力机械手装置的反馈控制系统展开验证试验始终是业内人士致力探究的课题。出于对助力机械手装置的反馈控制系统的气动平衡作用进行验证试验的目的，在其他各项常规指标维持不变的前提条件下，对负载部位力臂的随位平衡开展验证试验，且对不同负载强度条件下的力臂的平衡调节力和运行曲线予以记载。在具体的验证试验过程中，相关人员可以利用专业的测力装置对助力机械手装置的力臂构件展开测试试验。

助力机械手装置的力臂测试是一项综合性较强的工作，对测试流程、测试工序和测试内容都提出了一定的标准要求，对测试人员的实践技能也提出了较高的要求。在具体试验中，利用专业的测力装置对助力机械手装置的力臂操作力进行测量。先将测力装置安装在不影响力臂回转的部位，移动机械手装置，如实记录测力装置上显示的数据信息。

在额定角速度和额定荷载作用下，如果可移动机械手装置能够让负载端的等效力臂从最低值1米到最大值2.5米的界限内浮动，且数值始终维持在合理范围内，代表负载端的等效力臂满足作业需求。如果可移动机械手装置的负载端等效力臂的数值超过限定标准范围，则需对其实行反复试验和校核，直至达到标准要求为止。

3、结束语

综上所述，随着科技水平的不断提高，助力机械手装置的类型越来越多样化，且功能越来越完善。其中，基于气动平衡原理的助力机械手装置是极具代表性的。将基于气动平衡原理的助力机械手装置应用到物料转运工作中，不仅可以减轻工作人员的压力，还能节省大量的资金和时间，值得业内高度推广应用。

参考文献：

[1]赵新虎.气动平衡器控制系统设计[J].机械工程与自动化，2017（02）.

[2]史翠清.气动助力机械手使用现状分析[J].化工管理，2018（14）.

（作者单位：双智博（沈阳）机电设备制造有限公司）