本发明专利技术公开了一种桥梁拉索检测机器人吸力控制方法，将机器人的振动作为干扰，使用震动传感器检测机器人的抖动状态；磁吸附机器人在斜拉索上运动，若出现振动，则振动传感器会检测到振动信号，并且用Arduino单片机读取振动信号值，再根据信号大小，调整输出端口电压值的大小；最后利用升压模块将单片机输出端口的电压值放大，通入电磁铁两端。采用位置式PID控制来控制单片机输出端口的电压从而控制通入电磁铁线圈的电流。本发明专利技术机器人能根据检测到的振动信号，自动选择效果最好的PID参数进行控制。当PID控制参数合适时，电磁力的控制效果可以满足使用。果可以满足使用。果可以满足使用。
【技术实现步骤摘要】
一种桥梁拉索检测机器人吸力控制方法
[0001]本专利技术涉及一种磁吸式拉索爬升机器人的吸力控制方法，属于机器人控制
技术介绍
[0002]机器人在壁面上的吸附方式有多种，例如负压吸附，真空吸附，磁吸附等等，由于斜拉索一般都有导磁性物质设计，因此使用磁吸附设计吸附结构成本最低，且效果最好。磁吸附方式按照其吸附单元又分为电磁吸附和永磁吸附两种。
[0003]永磁铁在任何情况下都有磁性，其与磁吸性物质表面接触在一起就可以产生磁力，然而磁力的大小是固定不变的，是一个定值。若遇到前文分析的恶劣天气时，机器人的机身发生抖动，却无法及时调整吸附力的大小，磁吸力不足以将机器人稳定在斜拉索上，则可能会出现坠机的情况，不仅会造成经济上的损失，还会出现很危险的情况。
技术实现思路
[0004]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种桥梁拉索检测机器人吸力控制方法，可以及时的控制磁吸附力的大小，使用电磁铁来设计吸附结构，电磁铁磁力便于控制，控制通入电磁铁线圈电流的大小即可控制磁吸力的值。
[0005]技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种桥梁拉索检测机器人吸力控制方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，根据电流大小、线圈匝数、磁极与斜拉索的相对面积建立电磁力模型；
[0008]步骤2，步骤2中根据电磁铁曲率半径得到磁极处曲线的数学方程为如下式：
[0009][0010]根据绳索半径得到绳索的绳索的数学方程如下：
[0011][0012]将磁极处曲线的数学方程和绳索的数学方程相减后积分就能得到气隙的总长度：
[0013]隙的总长度为：
[0014][0015]其中，表示气隙总长度，x表示直角坐标系横坐标的值，y1表示直角坐标系中磁极曲线纵坐标的值，R1表示磁极曲率半径，y2表示直角坐标系中绳索曲线纵坐标的值，R2表示绳索半径大小；
[0016]步骤3，根据线圈匝数、铁心横截面积、饱和磁通量密度以及线圈电感值计算磁饱和电流和电感值：
[0017]步骤4，机器人静止时电磁力的最小值：
[0018][0019]其中，F
磁min
表示静止时电磁力的最小值，Mg为整个机器人的重力，α表示斜拉索的倾斜角，θ表示机器人两个轮臂之间的夹角；
[0020]步骤5，将机器人的振动作为干扰，使用震动传感器检测机器人的抖动状态；磁吸附机器人在斜拉索上运动，若出现振动，则振动传感器会检测到振动信号，并且用Arduino单片机读取振动信号值，再根据信号大小，调整输出端口电压值的大小；最后利用升压模块将单片机输出端口的电压值放大，通入电磁铁两端；
[0021]步骤6，采用位置式PID控制来控制单片机输出端口的电压从而控制通入电磁铁线圈的电流：
[0022][0023]其中，u(t)表示PID控制输出值，K
P
表示比例控制系数，e(t)表示实时误差值，K
I
表示积分控制系数，K
D
表示微分控制系数，e表示误差值，Setpoint表示输出值，Input表示输入值，t表示当前时间；
[0024]步骤7，直接增大电磁力的PID控制，直接增大电磁力就是将电压由某一值瞬间跳转到下一个值，此时电压的变化类似一个阶跃变化模型，单位阶跃函数模型：
[0025][0026]其中，y(t)表示阶跃函数值，t表示当前时间，当t<0时，函数值为0；当t>0时，函数值为1；在t＝0这段时间内，函数值由0变为1；
[0027]步骤8，得到最基本的PID控制的基本传递函数：
[0028][0029]其中，C(s)表示传递函数值，s表示复频域系数；设置PID控制参数K
P
、K
I
、K
D
，将电压变化的阶跃函数作为输入，PID控制函数作为传递函数；
[0030]步骤9，针对正弦变化抖动的PID控制，当机器人在斜拉索上发生正弦抖动时，振动传感器将会检测到一条呈正弦变化规律的振动等级变化曲线，因此跟随抖动变化，单片机端口的输出电压也会随之产生正弦变化：
[0031][0032]其中，U(t)表示电压值，A表示偏移，B表示幅度值，t表示振动发生时开始计时的时间，t0表示开始振动的时间
[0033]对函数进行拉氏变换得：
[0034][0035]其中，U(s)表示复频域函数值，s表示复频域参数；
[0036]步骤10，针对不规则变化抖动的PID控制，设置一个随机函数的信号源，将生成的电压变化随机函数作为信号源，使用PID控制。
[0037]优选的，步骤1中的电磁力模型：
[0038][0039]其中，F:电磁力大小，I表示电流大小，N表示线圈匝数，表示保险系数，其值在0.05～0.15之间，μ0表示空气的导磁系数，其值为4π
×
10-7
H/m，S表示磁极与斜拉索的相对面积，δ表示气隙平均长度；。
[0040]优选的：步骤2中根据电磁铁曲率半径得到磁极处曲线的数学方程为如下式：
[0041][0042]根据绳索半径得到绳索的绳索的数学方程如下：
[0043][0044]其中，x表示直角坐标系横坐标，y1表示直角坐标系磁极曲线纵坐标，R1表示磁极曲率半径，y2表示直角坐标系绳索曲线纵坐标，R2表示绳索半径。
[0045]优选的：步骤3中磁饱和电流和电感值公式如下：
[0046][0047][0048]式中，L表示螺旋线圈的电感值，l表示螺旋线圈的长度约，N表示线圈匝数，S表示线圈横截面积，μ表示线圈内部磁芯导磁率，k表示长冈系数值；，I
sat
表示磁饱和电流值，Ae表示铁心横截面积，B表示饱和磁通量密度大。
[0049]本专利技术相比现有技术，具有以下有益效果：
[0050]本专利技术机器人能根据检测到的振动信号，自动选择效果最好的PID参数进行控制。当PID控制参数合适时，电磁力的控制效果可以满足使用。
附图说明
[0051]图1为本专利技术机器人的结构示意图；
[0052]图2为曲率半径直角坐标系；
[0053]图3为绳索半径R2与气隙间隙关系；
[0054]图4为阶跃变化电压仿真曲线图；
[0055]图5为调整PID参数后电压变化曲线图；
[0056]图6为电压变化曲线；
[0057]图7为PID控制后电压正弦变化仿真曲线；
[0058]图8为调整PID参数后电压仿真曲线；
[0059]图9为随机生成无规律电压变化曲线图；
[0060]图10为PID控制电压变化曲线。
具体实施方式
[0061]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种桥梁拉索检测机器人吸力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据电流大小、线圈匝数、磁极与斜拉索的相对面积建立电磁力模型；步骤2，步骤2中根据电磁铁曲率半径得到磁极处曲线的数学方程为如下式：根据绳索半径得到绳索的数学方程如下：将磁极处曲线的数学方程和绳索的数学方程相减后积分就能得到气隙的总长度：气隙的总长度为：其中，表示气隙总长度，x表示直角坐标系横坐标的值，y1表示直角坐标系中磁极曲线纵坐标的值，R1表示磁极曲率半径，y2表示直角坐标系中绳索曲线纵坐标的值，R2表示绳索半径大小；步骤3，根据线圈匝数、铁心横截面积、饱和磁通量密度以及线圈电感值计算磁饱和电流和电感值：步骤4，机器人静止时电磁力的最小值：其中，F
磁min
表示静止时电磁力的最小值，Mg为整个机器人的重力，α表示斜拉索的倾斜角，θ表示机器人两个轮臂之间的夹角；步骤5，将机器人的振动作为干扰，使用震动传感器检测机器人的抖动状态；磁吸附机器人在斜拉索上运动，若出现振动，则振动传感器会检测到振动信号，并且用Arduino单片机读取振动信号值，再根据信号大小，调整输出端口电压值的大小；最后利用升压模块将单片机输出端口的电压值放大，通入电磁铁两端；步骤6，采用位置式PID控制来控制单片机输出端口的电压从而控制通入电磁铁线圈的电流：其中，u(t)表示PID控制输出值，K
P
表示比例控制系数，e(t)表示实时误差值，K
I
表示积分控制系数，K
D
表示微分控制系数，e表示误差值，Setpoint表示输出值，Input表示输入值，t表示当前时间；步骤7，直接增大电磁力的PID控制，直接增大电磁力就是将电压由某一值瞬间跳转到下一个值，此时电压的变化类似一个阶跃变化模型，单位阶跃函数模型：其中，y(t)表示阶跃函数值，t表示当前时间，当t＜0时，函数值为0；当t＞0时，函数值
为1；在t＝0这段时间内，函数值由0变为1；步骤8，得到最基本的...
【专利技术属性】
技术研发人员：周金粮，何家劲，周锐，吕凡，张天泽，廖逸豪，
申请(专利权)人：何家劲，
类型：发明
国别省市：
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