助力机械手平衡力的自动计算及影响因素分析

   进入21世纪，我国在科技技术方面获得了显著成绩，很多科技产物都相继诞生。在规模浩大的工业生产企业中，助力机械手的使用率十分高，因为它可以帮助工人搬运一些传统性的物料，既节省了工作时间，也提高了生产效率。但是，由于其功能有限，对于一些大型物件的搬运装配还是不能做到精确化，使得工人的劳动强度加大，对自身安全也构成了严重威胁。因此，需要相关部门利用先进的科学技术，提高机械助手的系统功能，使其可以在最短时间内完成搬运作业，体现微操作的信息性和科学性，为工业生产提供方便、快捷的运行途径。

   助力机械手，又称反力臂、平衡器、平衡吊、气动助力器、手动移载机等，是一种运用负载检测及气压反馈原理对重物实现自动平衡的设备。它巧妙地应用力的平衡原理，使操作者对重物进行相应的推拉，实现在空间内平衡移动，并通过实施很小的操作力破坏其气压平衡，将重物高效快速地从一个工位移到另一个工位。

   当助力机械手负载重量确定后，将主体结构设计了三种规格，来满足不同的承重要求。现选择助力机械手三个型号的普通气缸，缸径分别为60mm、980mm和1000mm。各结构尺寸初步确定后，最为关键的是保证助力机械手整个运动过程平稳、操作负载均匀、实现任意调整且达到最优的使用效果。通过几何推倒与计算分析，利用Excel辅助VBA编程，实现数据的自动计算及分析。

   已知参数，便可自动计算出助力机械手气缸拉力及平衡位置等参数，通过对不同参数的试验，寻找其中规律，确定最终的数值。若气缸伸长量在0~150mm范围内连续取值，会得到各参数的一组数据，利用该组数据可以描述出相关曲线，确认平衡力的趋势。Exce1可以自动处理数据，挑出最大值、最小值、平均值等，并将各数值描绘为曲线，将极值标在曲线上，非常方便和直观。
       各参数通过Excel计算得出后，需要进一步确定助力机械手气缸运动到每个位置的平衡力大小，并找出极大、极小值。由此可以判断出气缸运动过程力输出的平稳性，进而验证结构设计的合理性，单击计算后，开始运算并采集数据，得出每个位置对应的平衡力大小。助力机械手平衡力数据进而关联到图表选项中，自动生成平衡力与平衡位置的关系表，非常直观的看到，最大平衡力发生在起始位置，最小平衡力大致位于运动的2/3阶段，平衡力范围为660~671N。虽然总体成曲线分布，但偏差不大，平衡力输出相对稳定，验证了该结构可实现平衡要求。平衡条件为：平衡力F=小臂自重+气缸自重+操作部分重量。获得了上述结论后，确定几个关键参数对最终性能的影响：
       1、助力机械手前支点水平位置d决定了水平下降量H及前支点相对起始位置夹角变化值cc，d越大，平衡力偏差越小。
       2、助力机械手气缸伸长量e越大平衡力越大，平衡力偏差也大。
       3、助力机械手压力表数值P越大平衡力越大，至气缸完全拉回到起始位置。此时继续增大，想要机械手向下运动，只能靠外加负载破坏平衡。