传统的搬运机械仅针对特定的任务设计且功能单一,在任务发生变化时,需要花费高昂的经济与时间成本来对现有搬运机械进行改造,制约了制造企业的发展。此外,在物料搬运的某些特殊场景,例如对定位精度高、柔性操作装配、末端的上下料等,无法避免需要人的介入,而重复的搬运作业会导致工人的肌肉损伤。本文围绕:研制一种满足可定制与灵活性的搬运机械、在较小外驱动力下实现重物的随位平衡,这两点进行了如下研究:根据功能需求,确定了物料搬运设备的性能指标,并提出了物料搬运可重构分层体系架构。该架构使用无线通讯实现单元模块的互联互通与控制管理。采用模块化设计方法将物料搬运设备分解为功能独立的功能模块,并结合各功能模块的特点确定了电气混合的驱动方案。用Solid Works对各功能模块进行了可重构设计,根据性能指标完成了关键部件的计算选型。为了解决直线气动搬运单元的位置控制问题,采用机理建模方法,建立了气动系统完整的非线性模型。并在MATLAB/Simulink平台,以速度与位置精度为目标参数,仿真研究了可变参数与结构参数对气动搬运单元动态性能的影响。此外,仿真模拟了气动单元从物料被提起到放下整个搬运过程,研究了物料被提起、放下瞬间的动态响应。通过实验研究了压电式比例压力阀的输入输出特性。以气缸为执行机构,设计了基于力交互的智能气动上下料装置,并研究了该装置的随位平衡控制方法。将该装置的随位平衡控制问题转化为变容积气压恒值控制问题,并在此基础上提出了使用开关阀控制气体质量的控制方法与使用压力阀直接控制气压的控制方法。通过仿真,研究了使用开关阀控制气体质量的方法中周期T与占空比u对控制性能的影响。对于使用压力阀直接控制气压的方法,仿真研究发现该方法随位平衡的定位精度与操作柔顺性都要优于前者。通过实验验证了两种控制方法的有效性并进行了比较。实验结果表明,所提出的两种控制方法均能有效实现负载的随位平衡。相对于使用开关阀控制气体质量的方法,使用压力阀直接控制气压的方法,平均速度从0.04m/s提高到0.09m/s,定位精度从4cm提高到1cm。对各功能模块的电-气控制系统进行了设计,实现了通用控制器的软硬件,搭建了物料搬运样机,并通过上位机可视化组态配置软件完成了物料搬运流程的配置。从使用各功能模块搭建完整物料搬运样机,到完成搬运功能的配置仅需要0.5小时,执行一轮完整的物料搬运所花时间约为15s。验证了所提出的物料搬运可重构体系架构的有效性与可行性。