助力机械手角度传感器建模与仿真

   从本质上来说，助力机械手是一种十分简单和小型的机器人。这种机器人在工作的过程中，可以节约很多动作和功能，仅仅可以完成一些重复性和简单性的动作。在实际工作之中，机器人最开始就是在制造领域进行应用的，因此在制造领域之中的应用也最为成熟，在汽车装配调整线上使用气动平衡机械手也从侧面反映了机器人的应用由简单到复杂，再到简单的发展历程。助力机械手在设计的过程中要求结构方便，操作容易，能够满足工作的需求，功能具有长期稳定性，并且能够保证处于末端的执行机构具有相应的柔顺性，可以采用较为低级的气动平衡机械手进行高精密度的装配工作。例如，我国某个汽车装配线部门就是使用气动平衡机械手在装门工位的过程中进行使用。

   助力机械手的输入信号，是对操作人员加载在物料的水平或是竖直方向上的操作趋势进行采集而得到的。用来测量操作趋势的传感器主要包括用以测量跟随系统运动趋势的角度传感器与测量升降系统运动趋势的升降传感器。通过对两者的建模与仿真，来观测传感器的测量量与实际运动之间的关系，是能建立助力机械手控制系统模型的关键。二者实际用途要求，其模型在操作人员有运动倾向时，传感器能够快速有效地将操作倾向反映给控制器，并当操作人员开始或停止的运动倾向时，传感器也能够快速的将开始或是停止的运动倾向反映给控制器。现在介绍角度传感器的建模与仿真。

   操作者有水平方向上的运动意图时，将对物料在水平方向上施加操作力。物料在操作力的作用下产生水平位移，即产生相应的运动倾向。角度传感器在产生运动倾向时将钢丝绳与竖直方向上产生的角度值a利用光电编码器进行测量。测量值以编码器脉冲数的形式反映给控制系统。控制系统通过控制算法计算出跟随系统的运动速度，位移等信息。由于用以测量X方向和Y方向上运动趋势的角度传感器原理基本一致，以X方向的角度传感器进行说明。物料搬运时的水平运动速度与钢丝绳产生夹角的角度成比例关系。

   将角度传感器检测出的脉冲信号转化为角度值，通过计算可得到物料搬运时的运动速度信号v和位置信号。将速度信号或位置信号作为控制模块的输入，能够实现助力机械手的速度闭环或位置闭环的控制。

   由角度传感器测量原理，建立角度传感器模型。模型建立的主要意义是证明角度传感器测量原理的正确性和可测量性。观测并记录其间比例关系，为实验做准备。

   角度传感器中，测量臂，安装高度，钢丝绳长度。进仿真得到测量角度B时，测量角度B、实际角度与实际物料水平方向上运动位移的曲线。当知道测量角度时，可通过计算得到物料水平运动时的运动位移s和钢丝绳的摆角x。三者之间的比值由角度传感器和绳长等共同决定，比值将为实验研究时的测量角度与实际速度之间的比值提供参考。