氣動平衡助力機械手反饋控制研究

李印威

摘要：對于氣動平衡原理下的助力機械手裝置來說，其負載位置力臂的隨位平衡控制難度較大。而反饋控制系統可以有效解決機械手力臂隨位平衡難題。本文將簡要介紹氣動平衡助力機械手反饋控制系統的原理與設計要點，旨在為業內人士提供參考意見。

關鍵詞：氣動平衡;助力機械手;反饋控制

基于氣動平衡原理的助力機械手，又稱之為平衡吊、平衡助力器、手動移栽機，是一種用于物料轉運的助力設備。助力機械手裝置具有無重力化、操作便捷、安全系數高等優勢特征。應用助力機械手裝置，可以節省人力損耗和時間成本。但是助力機械手裝置的負載力臂隨位平衡控制一直是困擾業內人士的難題。為此，全面探究氣動平衡助力機械手反饋控制系統顯得尤為重要。

1、氣動平衡助力機械手的反饋控制系統的核心原理

助力機械手反饋控制系統所包含的硬件設備多種多樣，且各類設備之間存在著緊密的內在聯系。助力機械手反饋控制系統涉及的硬件設備包括過濾器、減壓閥、氣缸、或門、信號氣管等。

助力機械手反饋控制系統的硬件組合以主氣調控壓閥和邏輯或門為核心元器件。通常情況下，主氣調控壓閥的輸出壓力多控制在0.05—0.6兆帕之間。同時，主氣調控壓閥的精度和溢流特性直接決定了助力機械手的力臂隨位平衡的靈敏性和穩定性。由于邏輯或門的功能較為特殊，多選用啟動壓力較小的梭閥。

2、助力機械手裝置反饋控制系統的設計要點

2.1助力機械手裝置力臂平衡矯正

助力機械手裝置可以充分利用負載端的等效力臂的尺寸。通常來說，助力機械手裝置既有尺寸最長的等效力臂，又有尺寸最短的等效力臂，二者之間存在著緊密的內在聯系，相互配合形成完整的等效力臂功能體系。

在對助力機械手裝置的平衡性能進行調試時，相關人員應優先對最短的等效力臂區域的條件予以調整。當整個助力機械手裝置處于空載狀態時，利用主氣調控壓閥對信號的氣體壓力實行優化調配，確保氣缸端和負載端的受力均衡性。

2.2助力機械手裝置力臂隨位平衡控制

相關人員要將信號氣體壓力p1和p2的對應數值輸入第一門系統或第一級系統，并對壓力數值展開對比分析。可以將第一門系統或第一級系統中的信號氣體壓力和氣缸裝置的輸出端的氣體壓力輸入第二門系統或第二級系統，再次對壓力數值進行對比分析。再者，對基本氣體控制閥裝置的輸出壓力值加以約束和調整，讓助力機械手裝置的負載端和氣缸輸出端的力矩數值保持平衡，達到力臂隨位平衡控制的目的。

2.3助力機械手裝置氣路設計

助力機械手裝置的反饋控制系統的氣路較為復雜，主要包括信號數據反饋分析、空負載的比選和氣源的處理三個重點環節。其中，信號數據反饋分析系統主要由主氣調控壓閥裝置、或門調控壓閥裝置以及氣缸調控壓閥裝置組成。其中，氣源處理部門的主要作用是對壓力裝置和過濾裝置進行調節，將廠房內非潮濕區域或干燥區域的空氣利用壓力差原理擠壓到氣缸裝置中，確保氣缸裝置的良好運轉。

在實際投產應用過程中，控制步驟如下所述：以氣體源頭處置部件為媒介，對廠房內特定區域的空氣實行調節置換。按照先后順序，將氣體回路分為一組動力氣體線路和三組信號氣體線路兩方面。其中，動力氣體線路作為整個氣缸裝置的動力氣體供給來源。

對于三組信號氣體線路來說，按照操作步驟，又進一步細化為內一組信號氣體線路和內三組信號氣體線路。手動換向閥裝置和氣體控制換向閥裝置，可以實現負載數據信號的傳導與比選控制。

三組信號通過方向變換比選和邏輯變換比選處理后，能夠為或門裝置傳導空載信號和負載信號，且一并完成經氣缸裝置傳遞的反饋氣體壓力信號的處理。與此同時，將邏輯或門裝置的信號數據導入主汽調壓閥裝置中，讓主氣控制調節閥裝置的傳輸壓力數值與氣缸裝置的傳輸壓力數值保持一致，達到壓力平衡狀態。

2.4助力機械手裝置反饋控制系統驗證試驗

一直以來，對助力機械手裝置的反饋控制系統展開驗證試驗始終是業內人士致力探究的課題。出于對助力機械手裝置的反饋控制系統的氣動平衡作用進行驗證試驗的目的，在其他各項常規指標維持不變的前提條件下，對負載部位力臂的隨位平衡開展驗證試驗，且對不同負載強度條件下的力臂的平衡調節力和運行曲線予以記載。在具體的驗證試驗過程中，相關人員可以利用專業的測力裝置對助力機械手裝置的力臂構件展開測試試驗。

助力機械手裝置的力臂測試是一項綜合性較強的工作，對測試流程、測試工序和測試內容都提出了一定的標準要求，對測試人員的實踐技能也提出了較高的要求。在具體試驗中，利用專業的測力裝置對助力機械手裝置的力臂操作力進行測量。先將測力裝置安裝在不影響力臂回轉的部位，移動機械手裝置，如實記錄測力裝置上顯示的數據信息。

在額定角速度和額定荷載作用下，如果可移動機械手裝置能夠讓負載端的等效力臂從最低值1米到最大值2.5米的界限內浮動，且數值始終維持在合理范圍內，代表負載端的等效力臂滿足作業需求。如果可移動機械手裝置的負載端等效力臂的數值超過限定標準范圍，則需對其實行反復試驗和校核，直至達到標準要求為止。

3、結束語

綜上所述，隨著科技水平的不斷提高，助力機械手裝置的類型越來越多樣化，且功能越來越完善。其中，基于氣動平衡原理的助力機械手裝置是極具代表性的。將基于氣動平衡原理的助力機械手裝置應用到物料轉運工作中，不僅可以減輕工作人員的壓力，還能節省大量的資金和時間，值得業內高度推廣應用。

參考文獻：

[1]趙新虎.氣動平衡器控制系統設計[J].機械工程與自動化，2017（02）.

[2]史翠清.氣動助力機械手使用現狀分析[J].化工管理，2018（14）.

（作者單位：雙智博（沈陽）機電設備制造有限公司）