助力機械手動力學模型的工作機理

助力機械手（又稱反力臂、平衡器、平衡吊、氣動助力器、手動移載機等）是一種運用負載檢測及氣壓反饋原理對重物實現自動平衡的設備。它巧妙地應用力的平衡原理，使操作者對重物進行相應的推拉，實現在空間內平衡移動，并通過實施很小的操作力（行業內以小于2.5kg為判斷標準）破壞其氣壓平衡，將重物高效快速地從一個工位移到另一個工位。另外該機械手制造成本低廉，操作使用簡單，不需電驅動，僅靠氣體就可實現半自動化。

在操作過程中，工人需要手動移動機械手臂來操作助力機械手進行上下移動和旋轉，并使用裝備有輔助夾緊裝置的機械手對工件進行夾持，通過氣動開關實現工件的夾緊，并將工件移動到工位上。氣動助力機械手的結構簡單，操作便捷，很適合對重載工件和零件進行搬運。同時由于助力機械手的特點，也能夠對這些工件進行較為精確的定位。

助力搬運裝置的研制與性能提高行業關注的重點。助力機械手動力學模型是對仿真結果進行驗證的重要載體，利用拉格朗日方程對助力機械手的機械本體進行了動力學分析，利用軟件Matlab建立其動力學模型。根據助力機械手進行物料搬運時的運動情況，對助力機械手的動力學模型進行了仿真。通過對仿真結果的分析，驗證了模型的正確性。由于助力機械手的各個方向的運動相對獨立，對動力學模型進行了解耦分析。根據角度傳感器和升降傳感器所采集的信號不同，助力機械手控制方式分為：速度控制和位置控制。結合助力機械手驅動裝置的數學模型和解耦后的動力學模型分別對控制算法進行仿真分析。通過調節控制器參數，對仿真結果進行分析，驗證了控制方式的正確性。

Z后，基于Qpid半物理仿真實驗平臺，對速度和位置參數進行優化，應用優化控制參數，了解助力機械手速度實驗和物料搬運實驗。實驗結果均能表明兩種控制方式在操作者有運動趨勢時，均能夠實現助力機械手運動平穩性和快速性的要求，能實現對于物料的搬運和升降動作。