Dynamic modeling and analysis of a cable-climbing robot with a magnetorheological damper under wind action

摘要

为增强拉索攀爬机器人在不同风载环境下的适应能力, 提出了一种机器人-拉索-风耦合系统的动力学建模与分析方法. 首先, 利用磁流变液体的固液转换特性, 设计了具有输出力连续可调功能的阻尼器, 并将其应用于拉索攀爬机器人. 其次, 分析拉索载荷, 建立了机器人-拉索-风耦合动力学模型. 然后, 通过有限元分析，获得阻尼器中磁流变液产生的阻尼力变化范围为0 ~ 153.45 N，与理论模型一致. 同时, 利用动力学模型的数值仿真得到了阻尼器的建议工作电流分别为0.1 A (3级风) 和0.3 A (6级风). 最后, 为了验证以上理论, 分别对阻尼器和拉索攀爬机器人进行了性能测试实验. 结果表明, 与理论值相比，该阻尼器实际输出力的平均相对误差不超过3.22 %. 将其安装到机器人上, 可将速度波动范围降低83.7%, 显著提高机器人的爬升稳定性.