一种缆索检测机器人的二自由度运动控制方法技术

本发明专利技术公开了一种缆索检测机器人的二自由度运动控制方法，具体包括步骤为：步骤1、建立坐标系；步骤2、建立转速模型；步骤3、求解转速；步骤4、建立控制效率模型；步骤5、建立姿态模型；步骤6、求解姿态角速度；步骤7、坐标转换；步骤8、二自由度控制。本发明专利技术能实现在缆索的轴向和周向的二自由度的任意控制，能针对不同倾斜角度缆索、索体直径均匀变化的同一缆索进行有效检测，检测范围覆盖光滑长直缆索和螺旋线缆索类型，即能以沿着缆索轴向方向不变的姿态和螺旋上升姿态对缆索进行检测。和螺旋上升姿态对缆索进行检测。和螺旋上升姿态对缆索进行检测。

【技术实现步骤摘要】
一种缆索检测机器人的二自由度运动控制方法


[0001]本专利技术涉及缆索检测
，特别是一种缆索检测机器人的二自由度运动控制方法。

技术介绍

[0002]由于现在工业建筑设计对美观性、实用性和经济性的需求，缆索的使用越来越广泛，例如斜拉桥、悬索桥和缆车等均需要使用缆索来实现整体结构的稳定。缆索在使用过程中，承载很大的力，在使用过程中受到各种外界力的影响，且斜拉桥、悬索桥和缆车等对安全性能的要求十分严格，一旦发生断裂将产生十分严重的后果，甚至危及到人的生命，所以对缆索的质量验收、维护以及故障检测显得尤为重要。
[0003]斜拉桥被也称斜张桥或斜拉吊桥，主要是一种用缆索将主梁拉在桥塔上的受力体系桥梁，是近几十年来的新兴桥型，具有优良的经济性能及抗震性能。
[0004]缆索是斜拉桥的关键传力构件，其设计寿命一般为25
‑
30年，然而已有多座斜拉桥因缆索的锈蚀损坏进行提前换索。例如，美国P
‑
K桥是一座现代斜拉桥，原估计桥梁可用寿命为25年，实际却只用了5年就全部进行换索；中国济南黄河公路大桥使用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种缆索检测机器人的二自由度运动控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、建立坐标系：缆索检测机器人为四旋翼检测机器人，具有四个旋翼；坐标系包括地球坐标系E(X,Y,Z)和检测机器人坐标系e(x,y,z)；其中，地球坐标系E(X,Y,Z)的原点O为地心，X轴为过地心的水平方向，Y轴为过地心且垂直于X轴的水平方向，Z轴为过地心的竖直方向；检测机器人坐标系e(x,y,z)中的原点o为缆索检测机器人的对称中心，z轴为过原点o且与缆索轴向相平行的轴，x
‑
y平面平行于四个旋翼所在平面；步骤2、建立转速模型：在检测机器人坐标系中，对每个旋翼电机均建立一个转速模型，转速模型为旋翼电机转速与输入电流之间的函数方程，具体表达式为：转速模型为旋翼电机转速与输入电流之间的函数方程，具体表达式为：式中，T
m
为电机响应时间常数；为当前t时刻时的旋翼电机转速；σ(t)为当前t时刻时的输入电流大小；为稳态转速；σ
c
为稳态转速时的输入电流值；C
R
为与σ
c
的比值；为偏移系数，反映电流零输入条件下电机的偏移转速；步骤3、求解转速：将四个旋翼所对应的电机输入电流分别代入公式(1)中，从而得到四个旋翼的转速，分别为和步骤4、建立控制效率模型：在检测机器人坐标系中，根据步骤2建立的转速模型，对缆索检测机器人建立控制效率模型；控制效率模型包括升力模型、以及x、y和z轴上的力矩模型，具体表示为：式中，f为旋翼升力；c
T
、c
M
表征了电机转速和各轴上力矩的关系，在具体实验环境下测得；T
x
、T
y
和T
z
分别为缆索检测机器人在x、y和z轴上的旋转力矩；d为旋翼电机与缆索中心轴间的距离；步骤5、建立姿态模型：在检测机器人坐标系中，根据欧拉方程，对缆索检测机器人建立力矩与角速度的姿态模型为：式(3)中，J
xx
、J
yy
和J
zz
分别为缆索检测机器人在x、y和z轴上的转动惯量；ω
x
、ω
y
和ω
z
分别为缆索检测机器人分别在x、y和z轴上的姿态角速度；为ω
x
的一阶导数；为ω
y
的
一阶导数；为ω
z
的一阶导数；步骤6、求解姿态角速度：将步骤3求解的四个旋翼的转速，代入公式(2)中，求解得到T
x
、T
y
和T
z
，再将得到的T
x
、T
y
和T
z
代入公式(3)中，进行求解，从而得到ω
x
、ω
y
和ω
z
；步骤7、坐标转换：将步骤4求解得到的ω
x
、ω
y
和ω
z
，分别转换至地球坐标系，得到地球坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：何皓明，周金粮，高煜超，李筱萌，
申请(专利权)人：周金粮高煜超李筱萌，
类型：发明
国别省市：