李印威

摘要：對于氣動平衡原理下的助力機(jī)械手裝置來說，其負(fù)載位置力臂的隨位平衡控制難度較大。而反饋控制系統(tǒng)可以有效解決機(jī)械手力臂隨位平衡難題。本文將簡要介紹氣動平衡助力機(jī)械手反饋控制系統(tǒng)的原理與設(shè)計(jì)要點(diǎn)，旨在為業(yè)內(nèi)人士提供參考意見。

關(guān)鍵詞：氣動平衡;助力機(jī)械手;反饋控制

基于氣動平衡原理的助力機(jī)械手，又稱之為平衡吊、平衡助力器、手動移栽機(jī)，是一種用于物料轉(zhuǎn)運(yùn)的助力設(shè)備。助力機(jī)械手裝置具有無重力化、操作便捷、安全系數(shù)高等優(yōu)勢特征。應(yīng)用助力機(jī)械手裝置，可以節(jié)省人力損耗和時間成本。但是助力機(jī)械手裝置的負(fù)載力臂隨位平衡控制一直是困擾業(yè)內(nèi)人士的難題。為此，全面探究氣動平衡助力機(jī)械手反饋控制系統(tǒng)顯得尤為重要。

1、氣動平衡助力機(jī)械手的反饋控制系統(tǒng)的核心原理

助力機(jī)械手反饋控制系統(tǒng)所包含的硬件設(shè)備多種多樣，且各類設(shè)備之間存在著緊密的內(nèi)在聯(lián)系。助力機(jī)械手反饋控制系統(tǒng)涉及的硬件設(shè)備包括過濾器、減壓閥、氣缸、或門、信號氣管等。

助力機(jī)械手反饋控制系統(tǒng)的硬件組合以主氣調(diào)控壓閥和邏輯或門為核心元器件。通常情況下，主氣調(diào)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(diào)控壓閥的精度和溢流特性直接決定了助力機(jī)械手的力臂隨位平衡的靈敏性和穩(wěn)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(jī)械手裝置反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1助力機(jī)械手裝置力臂平衡矯正

助力機(jī)械手裝置可以充分利用負(fù)載端的等效力臂的尺寸。通常來說，助力機(jī)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(nèi)在聯(lián)系，相互配合形成完整的等效力臂功能體系。

在對助力機(jī)械手裝置的平衡性能進(jìn)行調(diào)試時，相關(guān)人員應(yīng)優(yōu)先對最短的等效力臂區(qū)域的條件予以調(diào)整。當(dāng)整個助力機(jī)械手裝置處于空載狀態(tài)時，利用主氣調(diào)控壓閥對信號的氣體壓力實(shí)行優(yōu)化調(diào)配，確保氣缸端和負(fù)載端的受力均衡性。

2.2助力機(jī)械手裝置力臂隨位平衡控制

相關(guān)人員要將信號氣體壓力p1和p2的對應(yīng)數(shù)值輸入第一門系統(tǒng)或第一級系統(tǒng)，并對壓力數(shù)值展開對比分析?？梢詫⒌谝婚T系統(tǒng)或第一級系統(tǒng)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(tǒng)或第二級系統(tǒng)，再次對壓力數(shù)值進(jìn)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(diào)整，讓助力機(jī)械手裝置的負(fù)載端和氣缸輸出端的力矩數(shù)值保持平衡，達(dá)到力臂隨位平衡控制的目的。

2.3助力機(jī)械手裝置氣路設(shè)計(jì)

助力機(jī)械手裝置的反饋控制系統(tǒng)的氣路較為復(fù)雜，主要包括信號數(shù)據(jù)反饋分析、空負(fù)載的比選和氣源的處理三個重點(diǎn)環(huán)節(jié)。其中，信號數(shù)據(jù)反饋分析系統(tǒng)主要由主氣調(diào)控壓閥裝置、或門調(diào)控壓閥裝置以及氣缸調(diào)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(jìn)行調(diào)節(jié)，將廠房內(nèi)非潮濕區(qū)域或干燥區(qū)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(yùn)轉(zhuǎn)。

在實(shí)際投產(chǎn)應(yīng)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(nèi)特定區(qū)域的空氣實(shí)行調(diào)節(jié)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(jìn)一步細(xì)化為內(nèi)一組信號氣體線路和內(nèi)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(shí)現(xiàn)負(fù)載數(shù)據(jù)信號的傳導(dǎo)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?yàn)榛蜷T裝置傳導(dǎo)空載信號和負(fù)載信號，且一并完成經(jīng)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(shù)據(jù)導(dǎo)入主汽調(diào)壓閥裝置中，讓主氣控制調(diào)節(jié)閥裝置的傳輸壓力數(shù)值與氣缸裝置的傳輸壓力數(shù)值保持一致，達(dá)到壓力平衡狀態(tài)。

2.4助力機(jī)械手裝置反饋控制系統(tǒng)驗(yàn)證試驗(yàn)

一直以來，對助力機(jī)械手裝置的反饋控制系統(tǒng)展開驗(yàn)證試驗(yàn)始終是業(yè)內(nèi)人士致力探究的課題。出于對助力機(jī)械手裝置的反饋控制系統(tǒng)的氣動平衡作用進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)的目的，在其他各項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)維持不變的前提條件下，對負(fù)載部位力臂的隨位平衡開展驗(yàn)證試驗(yàn)，且對不同負(fù)載強(qiáng)度條件下的力臂的平衡調(diào)節(jié)力和運(yùn)行曲線予以記載。在具體的驗(yàn)證試驗(yàn)過程中，相關(guān)人員可以利用專業(yè)的測力裝置對助力機(jī)械手裝置的力臂構(gòu)件展開測試試驗(yàn)。

助力機(jī)械手裝置的力臂測試是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的工作，對測試流程、測試工序和測試內(nèi)容都提出了一定的標(biāo)準(zhǔn)要求，對測試人員的實(shí)踐技能也提出了較高的要求。在具體試驗(yàn)中，利用專業(yè)的測力裝置對助力機(jī)械手裝置的力臂操作力進(jìn)行測量。先將測力裝置安裝在不影響力臂回轉(zhuǎn)的部位，移動機(jī)械手裝置，如實(shí)記錄測力裝置上顯示的數(shù)據(jù)信息。

在額定角速度和額定荷載作用下，如果可移動機(jī)械手裝置能夠讓負(fù)載端的等效力臂從最低值1米到最大值2.5米的界限內(nèi)浮動，且數(shù)值始終維持在合理范圍內(nèi)，代表負(fù)載端的等效力臂滿足作業(yè)需求。如果可移動機(jī)械手裝置的負(fù)載端等效力臂的數(shù)值超過限定標(biāo)準(zhǔn)范圍，則需對其實(shí)行反復(fù)試驗(yàn)和校核，直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求為止。

3、結(jié)束語

綜上所述，隨著科技水平的不斷提高，助力機(jī)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(jī)械手裝置是極具代表性的。將基于氣動平衡原理的助力機(jī)械手裝置應(yīng)用到物料轉(zhuǎn)運(yùn)工作中，不僅可以減輕工作人員的壓力，還能節(jié)省大量的資金和時間，值得業(yè)內(nèi)高度推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙新虎.氣動平衡器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動化，2017（02）.

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

（作者單位：雙智博（沈陽）機(jī)電設(shè)備制造有限公司）