[发明专利]一种磁吸附缆索爬升机器人电磁力控制方法

说明书

本发明公开了一种磁吸附缆索爬升机器人电磁力控制方法，将桥梁缆索检测机器人在桥梁缆索上的振动作为干扰，使用姿态传感器检测机器人的运动状态；磁吸附机器人在斜缆索上运动，若出现振动，则姿态传感器会检测到加速度信号，并且用工控机读取加速度信号值，再根据信号大小，调整输出端口电压值的大小；最后利用buck升压模块将工控机输出端口的电压值放大，通入电磁机构两端。采用滑模控制方法来控制工控机输出端口的电压从而控制通入电磁机构线圈的电流。本发明机器人能根据检测的振动信号，自动选择最合适的电磁力大小进行控制。

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，特别是一种磁吸附缆索爬升机器人电磁力控制方法。

背景技术

在工业技术领域，对缆索桥缆索的检测是一项非常重要的任务。该类任务是在极危险的情况下开展的作业，如果采用人工执行，不仅效率低、周期长，还面临着极大的风险挑战。应用磁吸附机器人进行检修不但能提高工作效率，还能减低检修事故发生率，对工业技术领域意义重大。

磁吸附机器人是一种可以在导磁面进行连续爬行作业的特种机器人，能够有效代替人类执行这些危险繁复的表面检测任务。磁吸附机器人通过磁吸附单元产生的吸附力吸附在缆索表面，由电机驱动机器人向上爬升。机器人爬升过程中，由于风力或者斜缆索表面凸起等因素，会造成电磁力波动，从而导致机器人摔落。目前常采用的方法是PID控制，但PID控制不能快速的进行升到所需电压，机器人在爬升过程中容易掉落。为了更好地控制机器人，本发明涉及一种新型磁吸附机器人的电磁力控制方法，即鲁棒控制中的滑模控制方法。

滑模控制主要是被控系统针对存在未知干扰，而且干扰有上界的一类控制问题而出现的一种控制思想。广义上，滑模控制和H无穷、干扰观测器等方法类似，都是鲁棒控制的一种形式，使得控制系统在干扰下仍能够保证一定的控制性能。从系统动力学的角度理解，滑模控制算法设计的关键在于：

1)针对表现出特定动力学行为的被控系统，如何设计滑模面或者选取滑模变量(或者是否存在这样的滑模面)，以保证控制系统的性能(如受扰情况下的控制误差收敛情况)达到预期；

2)如何设计控制率，保证从初始状态出发的系统轨迹，在有限时间内能够到达滑模面，到达后能够一直停留在滑模面内，并且使得保证系统状态变量尽快收敛。

对于磁吸附机器人而言，干扰来源于机器人受多方面因素影响的振动，本发明滑模控制方法能有效地使机器人在检修过程中保持稳定，进而达到安全高效完成任务的效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种桥梁缆索基于滑模控制的磁吸附机器人电磁力控制方法，可以及时的控制磁吸附力的大小，使用电磁机构来设计吸附结构，电磁机构磁力便于控制，控制通入电磁机构线圈电流的大小即可控制磁吸力的值。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种磁吸附缆索爬升机器人电磁力控制方法，包括以下步骤：步骤1，根据线圈匝数，接触面积，电流大小和气隙长度建立电磁力相关模型：

其中，F_dc表示电磁力大小，I表示电流大小，N表示线圈匝数，为保险系数(其值在0.05～0.15之间)，μ₀为空气的导磁系数(其值为4π×10^-7H/m)，S表示磁极与斜缆索的相对面积，δ表示气隙平均长度；

步骤2，磁极的形状为弧形，根据磁极处曲线的数学方程和绳索处曲线的数学方程得到气隙的总长度为：