Adams管路機器人仿真

Adams管路機器人仿真


    本文通過Adams完成管路機器人建模及仿真,使其可以沿不同管徑的管路運動前進,從而實現管路的檢查及清理。

1.模型的建立

Adams管路機器人仿真的圖1
 
 

   管路機器人主要是根據管路管徑的變化,調整支腿的姿態,使支腿時刻緊貼管內壁,然后實現前移。管理機器人的具體結構如下:

Adams管路機器人仿真的圖2

    如上圖,機器人主要由前后各三個支腿組成,支腿邊緣各有一個驅動輪,同時為了使支腿實現運動以適應管壁,在支腿側邊添加可伸縮斜支撐。

①支腿的建立

   首先在機器人body后側建立一個傾斜的支腿(便于后面適應管徑),然后復制、旋轉120°建立三個同樣的支腿,具體如下:

Adams管路機器人仿真的圖3

同理在前側也建立3個傾斜的支腿,完成后如下所示:

Adams管路機器人仿真的圖4

②伸縮支撐的建立

      在支腿和機器人主體之間建立兩個連桿,具體如下圖,同理也在其他支腿上建立斜支撐:

Adams管路機器人仿真的圖5

Adams管路機器人仿真的圖6

③驅動輪的建立

    和上文采用同樣復制旋轉的方法在支腿邊緣共建立六個驅動輪:

Adams管路機器人仿真的圖7

④約束副的建立

  如下所示,驅動輪與支腿之間建立旋轉副,支腿與主體建立旋轉副,兩個伸縮支撐分別與支腿、主體建立球副,伸縮支撐之間建立移動副。

Adams管路機器人仿真的圖8

⑤驅動的建立

    在每個驅動輪上建立一個10s10圈的驅動函數(數值的大小可以根據需要設置):

Adams管路機器人仿真的圖9

  

⑥建立管路及接觸

    首先建立不同管徑管路的輪廓,然后基于輪廓進行旋轉就可生成管路:

Adams管路機器人仿真的圖10

Adams管路機器人仿真的圖11

 然后在驅動輪與管路之間建立接觸(接觸中要添加摩擦,否則不會機器人不會前進):

Adams管路機器人仿真的圖12



 
 
Adams管路機器人仿真的圖13

2.變徑適應的設置

   機器人需要根據不同的管徑進行調整,本文主要介紹兩種調節方法:一個是被動調節,一個是主動調節。

Adams管路機器人仿真的圖14
 
 

①被動調節

   被動調節的原理主要是通過添加具有預載的彈簧,在Preload處加一個負的載荷,表示彈簧此時被壓縮,相當于在初始時刻彈簧壓縮,驅動輪緊貼在管壁內徑上:

Adams管路機器人仿真的圖15

經過仿真,仿真動畫如下所示:Adams管路機器人仿真的圖16


 
 
Adams管路機器人仿真的圖17 ?
Adams管路機器人仿真的圖18
 
 

②主動調節

???  主動調節的原理主要是應用PID控制,具體原理為:將上文中的彈簧換成單向力,然后建立PID控制force的大小。PID控制系統的輸入為驅動輪輪心到機器人body中心的距離以及驅動輪輪心的速度:

???Adams管路機器人仿真的圖19

具體設置如下:

a.建立變量:

  建立P、I、D變量以及驅動輪輪心到機器人中心的距離(管徑不同,這個距離不同)。

Adams管路機器人仿真的圖20

b.建立控制PID控制系統的輸入及PID:

Adams管路機器人仿真的圖21c.將PID控制作為單向力載荷的輸入

Adams管路機器人仿真的圖22

經過仿真如下:

Adams管路機器人仿真的圖23

從上圖可以看出,經過PID控制,驅動輪到達指定的距離與管壁接觸。

 
 


 
 
Adams管路機器人仿真的圖24
Adams管路機器人仿真的圖25

END


文章來源:縱橫CAE

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