助力机械手动力学模型的工作机理

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（行业内以小于2.5kg为判断标准）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。另外该机械手制造成本低廉，操作使用简单，不需电驱动，仅靠气体就可实现半自动化。

在操作过程中，工人需要手动移动机械手臂来操作助力机械手进行上下移动和旋转，并使用装备有辅助夹紧装置的机械手对工件进行夹持，通过气动开关实现工件的夹紧，并将工件移动到工位上。气动助力机械手的结构简单，操作便捷，很适合对重载工件和零件进行搬运。同时由于助力机械手的特点，也能够对这些工件进行较为精确的定位。

助力搬运装置的研制与性能提高行业关注的重点。助力机械手动力学模型是对仿真结果进行验证的重要载体，利用拉格朗日方程对助力机械手的机械本体进行了动力学分析，利用软件Matlab建立其动力学模型。根据助力机械手进行物料搬运时的运动情况，对助力机械手的动力学模型进行了仿真。通过对仿真结果的分析，验证了模型的正确性。由于助力机械手的各个方向的运动相对独立，对动力学模型进行了解耦分析。根据角度传感器和升降传感器所采集的信号不同，助力机械手控制方式分为：速度控制和位置控制。结合助力机械手驱动装置的数学模型和解耦后的动力学模型分别对控制算法进行仿真分析。通过调节控制器参数，对仿真结果进行分析，验证了控制方式的正确性。

最后，基于Qpid半物理仿真实验平台，对速度和位置参数进行优化，应用优化控制参数，了解助力机械手速度实验和物料搬运实验。实验结果均能表明两种控制方式在操作者有运动趋势时，均能够实现助力机械手运动平稳性和快速性的要求，能实现对于物料的搬运和升降动作。