助力机械手控制方案设计

   助力机械手又称平衡器、平衡环、气动助力器等，由于其具有省事，省力的特点，被广泛应用于现代工业中的各个领域，如：大型物料的移载，搬运，大型设备的精确定位、装配等场合，总之，在现代生产中，无论原料的接受还是半成品的加工、生产、配送等环节，该产品都发挥着不可替代的作用。产品的基本原理是运用负载检测及气压反馈对吊运的工件实现自动平衡，以便使工件“悬浮”于空中。这样在一定的空间内，操作者只需对工件使用较小的推力或拉力，就可以破坏气压平衡，使工件轻松、高效的实现自由搬运。

   助力机械手的控制方案主要包括：跟随系统控制方案和升降系统控制方案。控制系统上位机采用半物理仿真实验平台，下位机则是由具有单片机模块的控制板和具有功率驱动模块的驱动板组成。半物理仿真实验平台数据采集板上的数据接口，为控制系统输入信号与反馈信号的采集与处理工作。平台系统软件和应用软件可实现人机界面的交互、控制系统参数的调试、并完成对于机构实验时的数据处理工作。串口可实现上位机与下位机的信号通讯。下位机根据接收到的控制指令，利用单片机和电机驱动器的实时处理和功率放大功能来实现对驱动机构的驱动，从而实现执行机构的运动。

   当操作人员在物料上施加一个水平方向或是竖直方向上的运动趋势时，连接于钢丝绳下端的物料在水平方向上会带动钢丝绳产生沿绳方向与竖直方向上的夹角，竖直方向上升降传感器会测量到产生运动趋势时的电压值。将水平方向上的角度传感器利用编码器测量出的脉冲数和竖直方向上升降传感器的电位计测量出的电压值，传入上位机，经过计算和滤波后，作为控制系统的输入量。

   上位机经过控制器的调试，得出X、Y和Z方向上的驱动电机所需的三路占空比参数，并通过串口将三路占空比参数传送给下位机。下位机根据接收到的占空比参数，经过运算后产生相应的驱动电压输给相应方向上的电机，驱动电机运动。驱动电机运动时，与其同轴连接的增量式编码器将测量的脉冲数作为反馈值传送到上位机，实现速度环或位置环的控制。