基于弹簧-磁流变阻尼器的拉索攀爬机器人减振机构及控制方法

拉索攀爬机器人在运行过程中受振动的影响,会出现打滑等爬升不稳定现象。为解决这一问题,首先,针对典型拉索攀爬机器人系统进行试验,分析振动环境下导致机器人速度波动的主要因素。然后,提出一种可调阻尼的弹簧-磁流变阻尼加载机构,并给出了输出力模型。进而,以拉索攀爬机器人系统的动力学模型为基础,建立以期望爬升速度为输入变量,电流值为输出变量的模糊PID控制器。最后,为验证以上理论的正确性,对所提出的弹簧-磁流变阻尼器和模糊PID减振控制方法进行了仿真和试验。结果表明,阻尼器的理论最大输出力为492 N,与实际测试值基本一致,平均相对误差约为3%;基于弹簧-磁流变阻尼器的模糊PID减振控制方法可将拉索攀爬机器人的速度波动控制在0.013 m/s范围内,显著提升了机器人爬升的稳定性。

风作用下含磁流变阻尼器的拉索攀爬机器人动力学建模与分析

为增强拉索攀爬机器人在不同风载环境下的适应能力,提出了一种机器人-拉索-风耦合系统的动力学建模与分析方法.首先,利用磁流变液体的固液转换特性,设计了具有输出力连续可调功能的阻尼器,并将其应用于拉索攀爬机器人.其次,分析拉索载荷,建立了机器人-拉索-风耦合动力学模型.然后,通过有限元分析,获得阻尼器中磁流变液产生的阻尼力变化范围为0~153.45 N,与理论模型一致.同时,利用动力学模型的数值仿真得到了阻尼器的建议工作电流分别为0.1 A (3级风)和0.3 A (6级风).最后,为了验证以上理论,分别对阻尼器和拉索攀爬机器人进行了性能测试实验.结果表明,与理论值相比,该阻尼器实际输出力的平均相对误差不超过3.22%.将其安装到机器人上,可将速度波动范围降低83.7%,能显著提高机器人的爬升稳定性.