工程机械臂，尤其是大型工程机械臂，其结构复杂。工程机械臂的动态性能和力学特性已经成为其工作性能的重要决定因素。因此，对工程机械臂系统结构动力学及特性研究有其必要性。

 

　　一、结构分析

 

　　在这里以广州日立设计研发的电梯电机磁钢自动化装配生产线，由于磁钢安装数量多，磁力大，人工安装难度比较大，速度慢，且容易被磁力夹伤。改用自动化装配线后，只需要一人值守，负责每隔一小时添加一次磁瓦即可。A9系列交流伺服电机系统保留了A8系列集成度高、体积小、响应速度快、保护完善、接线简洁明了、可靠性高等一系列优点，而且安装使用方法完全兼容。新系列开创性地引入了“支持伺服内核程序的远程客户自主升级”与“内置PLC，支持梯形图形式的二次开发”等最新技术特色。整套完整的平衡吊装备主要由三部分组成：平衡吊主机、抓取夹具（或机械手）及悬挂装置。

 

　　1.系统组成

 

　　整套完整的平衡吊装备主要由三部分组成：平衡吊主机、抓取夹具（或机械手）及悬挂装置。平衡吊主机是实现物料（或工件）在空中无重力化浮动状态的主体装置。机械手则是实现工件抓取，并完成用户相应搬运和装配要求的装置。悬挂装置则是根据用户服务区域及现场状况要求以支撑整套设备的机构。

 

　　2.系统系列

 

　　为实现物料移载的省力操作，我公司已推出丰富的平衡吊机型，满足不同行业中不同物料不同工艺要求的搬运需要。按工作原理不一样，有臂杆式和软索式。其中臂杆式平衡吊又因工作曲线差异，有PBD、PBC、PBF等；软索式则因主体执行元件不同，分卷筒式（IRB）和直线气缸式（PBB）、钢丝绳式和链条式等。根据动力源不同，有气动式和电动式（EBC）等。另外，按系统所采用基座不同，有落地固定式、落地移动式、悬挂固定式、悬挂移动式、附墙式等。

 

　　3.软件部分

 

　　支持伺服内核程序的远程客户自主升级——有网络的地方就可以自主“刷机”；可保持伺服内核程序与厂家最新版同步；更好地支持个性化功能需求；内置PLC，支持梯形图形式的二次开发——比伺服驱动器多个PLC；支持标准的PLC阶梯图，使二次开发变的快捷、方便、易于移植；强大的语法检查功能，使编写PLC程序时，更加放心；一键即可实现对PLC程序的编译、下载，更加省心；强大的在线调试功能，可实时显示PLC程序运行状态；128位加密算法，更加有力的保证用户程序的安全；大存储器，可高达128K字节的用户程序空间；高频率MCU，运行速度更快，扫描周期更短；12个数字量输入、6个数字量输出、3个模拟量输入，2个模拟量输出（模拟量输出为选配）；可通过IO扩展板，扩展48个数字量输入、32个数字量输出、8个继电器输出；多种型号系统，灵活贴心的适应各种使用场合。

 

　　二、系统结构动力学分析

 

　　工程机械臂系统采用电子零重力平衡器技术，代表了一种新的符合人体工程学的物料搬运解决方案，满足了当前迫切需要提高生产力和安全性的需求。相比于传统的工程机械臂系统方式，智能感应悬臂吊操作更简单安全，不需要操作手柄，智能感应手势，可将重物视为悬浮状态，有四两拔千斤之妙。工程机械臂系统的特点是有预编程的逻辑单元，使其有独一无二的性能；价格极具竞争力，使智能感应悬臂吊是一种经济而高效的搬运工具，不同的型号搬运能力从80kg至320kg，且有不同的支撑可供连接：立柱式，吊顶式，悬轨式及移动叉车式，也可以根据客户具体使用环境进行定制。

 

　　另外，目前市场上也出现了气动工程机械臂系统，主要部分为气动平衡吊，又称手动移载机，是一种新颖的、用于物料搬运时省力操作的助力设备，尤其适用于某些具有精确定位和装配动作要求的应用场合。由于重物在提升或下降时形成浮动状态，对于操作者而言，无需熟练的点动按钮操作，徒手推拉重物，就可以把重物正确地放到空间中的任何位置。利用“平衡吊”主机可以平衡物料重力的特性，再配上相应的抓取机械手和安装基座，我们就拥有了整套完整的“工程机械臂系统”系统。因此，我们可以轻松的从某处抓起任何工件，实施相应的工艺动作之后，再按相应要求放置于另一处，实现省力操作。平衡吊，又称是现代工程机械臂系统的手动移载机，是一种新颖的、用于物料搬运时省力操作的助力设备，尤其适用于某些具有精确定位和装配动作要求的应用场合。它巧妙地应用力的平衡原理，令工件在空中形成一种无重力化状态，即：工件的重力被相应的气控系统所平衡，使操作者在对工件的实施搬运操作的过程中，只需很小的操作力。由于重物在提升或下降时形成浮动状态，对于操作者而言，无需熟练的点动按钮操作，徒手推拉重物，就可以把重物正确地放到空间中的任何位置。利用“平衡吊”主机可以平衡物料重力的特性，再配上相应的抓取机械手和安装基座，我们就拥有了整套完整的“工程机械臂系统”系统。籍此，我们可以轻松地自某处抓起任何工件，实施相应的工艺动作之后，再按相应要求放置于另一处，实现省力操作。

 

　　三、工程机械臂系统特性研究

 

　　工程机械臂系统巧妙地应用力的平衡原理作为工作原理，令工件在空中形成一种无重力化状态，即：工件的重力被相应的气控系统所平衡，使操作者在对工件的实施搬运操作的过程中，只需很小的操作力，具体表现为以下特性：

 

　　1.由于具有无重力化、精确直观、操作便捷、安全高效等特点，“平衡吊”广泛应用于现代工业中的物料移载、高频率搬运、精确定位、部件装配等场合。

 

　　2.从接受原材料和物料开始，一直到加工、生产、保管及配送等物料流动过程中的每一个环节，平衡吊手动移载系统所发挥的作用是令人瞩目的。正确使用相应的物料移载方法和手段，对于各行业中，重物的移载、搬运现场的操作人员的健康、安全，进而其作业的合理性、劳动力的节省、生产效率的提高、系统品质的保障等多方面都将有极大改善。

 

　　3.随着现代计算机技术的发展与普遍应用，工程机械臂系统已经不断向着智能化、自动化的方向发展，本控制系统为现场可编程的自动化控制系统，目前可以广泛适用于非标自动化设备；适用领域也相对广泛，包括机械手，点胶机，标签机，自动化生产线，非标自动化设备等系统。其中，该系统的最大特点就是可控制六个步进电机或伺服电机，最大输出频率40KHZ，具有58路输入，全部光耦隔离；具有40路输出，其中继电器输出大功率管输出24路，可提供1A的驱动电流；1路编码器输入，可进行位置控制编程；1路计数输入，可以根据具体需求进行编程或计数；4路模拟电压0-10V输入；1路模拟电压0-10V输出；支持直线插补和圆弧插补；支持现场编程，操作简单。

 

　　总之，传统的机械臂控制方法已不能满足某些复杂环境（装配、抛光、去毛刺）的应用要求，控制机械臂与环境间的接触力已成为机器人学研究的一个热点。当今我国工程最为重要的任务就是，加大施工机械设备创新，力保工程施工质量，加强工程机械设备的管理和特性分析，从而对工程质量加强全方位控制。

 

　　参考文献

 

　　[1]黄文虎，曹登庆，韩增尧.航天器动力学与控制的研究进展与展望[J].力学进展，2012，04：367-394.

 

　　[2]于登云，潘博，孙京.空间机械臂关节动力学建模与分析的研究进展[J].航天器工程，2010，02：1-10.