□ 任一凡 □ 孙后环 □ 沈鑫成

南京工业大学 机械与动力工程学院 南京 211800

1 研究背景

在城市化发展进程中,土地的利用率越来越高,促进了城市建筑楼层的升高。用于高层建筑物表面清洗、粉刷等工作的爬壁工作机器人由此应运而生,提高了高空作业的安全性和效率,同时也带来控制稳定性方面的技术难题。

国外学者Alvarez-Munoz等[1]基于四元数数学模型,设计了由有界四元数反馈组成的姿态控制律,使四轴飞行器达到期望姿态。在国内,卫芃毅等[2]采用神经网络比例积分微分(PID)算法解决光伏组件清洁机器人因双电机差速导致的偏移问题。

吸附机构越障时,受到螺旋桨产生的推力和线缆的拉力,存在姿态角变化较大的问题。笔者对吸附机构进行力学分析,根据吸附机构在越障状态下的受力,建立吸附机构在越障工况下的位置及姿态数学模型。同时应用MATLAB/Simulink软件建立姿态仿真模型,验证仿真模型的正确性。根据比例积分微分控制器原理,设计吸附机构越障姿态比例积分微分控制系统并进行仿真,建立专家经验比例积分微分控制系统,运用专家经验对比例积分微分控制系统进行改进,对比两种系统仿真结果的优劣。

2 吸附机构越障状态动力学模型

在越障工况下,钢丝绳向上拉力产生的力矩始终为零。螺旋桨产生的力不平衡,形成绕Z轴转动的力矩,造成吸附机构晃动。为了研究吸附机构在越障时的姿态变化,需要对吸附机构进行动力学分析。……