基于ADAMS的巡线机器人运动学、动力学仿真

【摘要】：高压输电线路巡线机器人特殊的作业环境、巡检任务要求,使其在机械结构与作业特点上与工业机器人有着本质的差别。目前国内外在这一方面的研究成果,特别是巡线机器人动力学方面的研究工作还很有限。武汉大学自行研制的220KV高压线路巡线机器人为线上可移动机器人,能自主跨越输电线路上的结构型障碍物(如绝缘子串、防振锤等),并完成相线与跳线间的变向行驶,从而保证对高压线路全程做不间断巡检。本文结合UG的三维实体建模功能和ADAMS的动力学仿真功能,对巡线机器人线上作业的运动学、动力学建模与仿真做了探索性的研究。 首先,应用UG建立了巡线机器人的三维实体装配模型并获得各关键零部件的质量、惯量、质心点位置等参数。对部分零部件做了一定的简化处理,使模型具备与巡线机器人物理样机相似的结构、运动学及动力学特性。 然后,将巡线机器人的三维实体装配模型以Parasolid格式导入ADAMS,施加约束、定义相关运动函数;采用ADAMS的脚本仿真方式对其过悬垂绝缘子串做了完整的运动学分析;并对巡线机器人过障的动作规划进行修正,实现了其过障时的避障。 参照输电线路的悬链线公式,在ADAMS中建立了10米跨距的导线有限元模型;联合Macro宏命令和ADAMS/View的命令流实现了巡线机器人臂末端滚轮与导线有限元模型的接触力建模(共400个接触力单元);对机器人沿导线滚动动作进行动力学逆问题的数值仿真,分析机器人动力学特性及导线振动特性的规律。 最后,建立刚性导线—机器人、柔性导线(有限元模型)—机器人两组模型,分析机器人与柔性导线间的耦合作用对机器人奇臂抬升动作动力学特性的影响规律;对柔性导线—机器人系统模型,定义不同的奇臂抬升速度,分析这一差异对机器人动力学特性及导线振动特性的影响规律;通过建立不同跨距的导线模型,分析导线的柔度对巡线机器人动力学特性的影响规律。 本文所作的工作,从数值仿真的角度为巡线机器人进一步的动力学和控制研究提供了参考依据,也为巡线机器人的运动规划与结构优化作出了铺垫。