氣動(dòng)平衡助力機(jī)械手反饋控制研究

李印威

摘要：對(duì)于氣動(dòng)平衡原理下的助力機(jī)械手裝置來(lái)說(shuō)，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(jiǎn)要介紹氣動(dòng)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(jiàn)。

關(guān)鍵詞：氣動(dòng)平衡;助力機(jī)械手;反饋控制

基于氣動(dòng)平衡原理的助力機(jī)械手，又稱(chēng)之為平衡吊、平衡助力器、手動(dòng)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(wú)重力化、操作便捷、安全系數(shù)高等優(yōu)勢(shì)特征。應(yīng)用助力機(jī)械手裝置，可以節(jié)省人力損耗和時(shí)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(dòng)平衡助力機(jī)械手反饋控制系統(tǒng)顯得尤為重要。

1、氣動(dòng)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(lèi)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(guò)濾器、減壓閥、氣缸、或門(mén)、信號(hào)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(mén)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(shí)，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(mén)的功能較為特殊，多選用啟動(dòng)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(lái)說(shuō)，助力機(jī)械手裝置既有尺寸最長(zhǎng)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(duì)助力機(jī)械手裝置的平衡性能進(jìn)行調(diào)試時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)優(yōu)先對(duì)最短的等效力臂區(qū)域的條件予以調(diào)整。當(dāng)整個(gè)助力機(jī)械手裝置處于空載狀態(tài)時(shí)，利用主氣調(diào)控壓閥對(duì)信號(hào)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(hào)氣體壓力p1和p2的對(duì)應(yīng)數(shù)值輸入第一門(mén)系統(tǒng)或第一級(jí)系統(tǒng)，并對(duì)壓力數(shù)值展開(kāi)對(duì)比分析?？梢詫⒌谝婚T(mén)系統(tǒng)或第一級(jí)系統(tǒng)中的信號(hào)氣體壓力和氣缸裝置的輸出端的氣體壓力輸入第二門(mén)系統(tǒng)或第二級(jí)系統(tǒng)，再次對(duì)壓力數(shù)值進(jìn)行對(duì)比分析。再者，對(duì)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?cái)?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(hào)數(shù)據(jù)反饋分析、空負(fù)載的比選和氣源的處理三個(gè)重點(diǎn)環(huán)節(jié)。其中，信號(hào)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(mén)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(mén)的主要作用是對(duì)壓力裝置和過(guò)濾裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，將廠房?jī)?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(guò)程中，控制步驟如下所述：以氣體源頭處置部件為媒介，對(duì)廠房?jī)?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(dòng)力氣體線路和三組信號(hào)氣體線路兩方面。其中，動(dòng)力氣體線路作為整個(gè)氣缸裝置的動(dòng)力氣體供給來(lái)源。

對(duì)于三組信號(hào)氣體線路來(lái)說(shuō)，按照操作步驟，又進(jìn)一步細(xì)化為內(nèi)一組信號(hào)氣體線路和內(nèi)三組信號(hào)氣體線路。手動(dòng)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(hào)的傳導(dǎo)與比選控制。

三組信號(hào)通過(guò)方向變換比選和邏輯變換比選處理后，能夠?yàn)榛蜷T(mén)裝置傳導(dǎo)空載信號(hào)和負(fù)載信號(hào)，且一并完成經(jīng)氣缸裝置傳遞的反饋氣體壓力信號(hào)的處理。與此同時(shí)，將邏輯或門(mén)裝置的信號(hào)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(lái)，對(duì)助力機(jī)械手裝置的反饋控制系統(tǒng)展開(kāi)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(duì)助力機(jī)械手裝置的反饋控制系統(tǒng)的氣動(dòng)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(duì)負(fù)載部位力臂的隨位平衡開(kāi)展驗(yàn)證試驗(yàn)，且對(duì)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(guò)程中，相關(guān)人員可以利用專(zhuān)業(yè)的測(cè)力裝置對(duì)助力機(jī)械手裝置的力臂構(gòu)件展開(kāi)測(cè)試試驗(yàn)。

助力機(jī)械手裝置的力臂測(cè)試是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的工作，對(duì)測(cè)試流程、測(cè)試工序和測(cè)試內(nèi)容都提出了一定的標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)測(cè)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(zhuān)業(yè)的測(cè)力裝置對(duì)助力機(jī)械手裝置的力臂操作力進(jìn)行測(cè)量。先將測(cè)力裝置安裝在不影響力臂回轉(zhuǎn)的部位，移動(dòng)機(jī)械手裝置，如實(shí)記錄測(cè)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(dòng)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(dòng)，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(mǎn)足作業(yè)需求。如果可移動(dòng)機(jī)械手裝置的負(fù)載端等效力臂的數(shù)值超過(guò)限定標(biāo)準(zhǔn)范圍，則需對(duì)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(yǔ)

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(lèi)型越來(lái)越多樣化，且功能越來(lái)越完善。其中，基于氣動(dòng)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(dòng)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(shí)間，值得業(yè)內(nèi)高度推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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[2]史翠清.氣動(dòng)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(yáng)）機(jī)電設(shè)備制造有限公司）