Adams仿真实战：管路机器人性能探索

   本文通过Adams完成管路机器人建模及仿真，使其可以沿不同管径的管路运动前进，从而实现管路的检查及清理。

1.模型的建立

  管路机器人主要是根据管路管径的变化，调整支腿的姿态，使支腿时刻紧贴管内壁，然后实现前移。管理机器人的具体结构如下：

如上图，机器人主要由前后各三个支腿组成，支腿边缘各有一个驱动轮，同时为了使支腿实现运动以适应管壁，在支腿侧边添加可伸缩斜支撑。

①支腿的建立

首先在机器人body后侧建立一个倾斜的支腿(便于后面适应管径)，然后复 制、旋转120°建立三个同样的支腿，具体如下：

同理在前侧也建立3个倾斜的支腿，完成后如下所示：

②伸缩支撑的建立

在支腿和机器人主体之间建立两个连杆，具体如下图，同理也在其他支腿上建立斜支撑：

③驱动轮的建立

和上文采用同样复 制旋转的方法在支腿边缘共建立六个驱动轮：

④约束副的建立

 如下所示，驱动轮与支腿之间建立旋转副，支腿与主体建立旋转副，两个伸缩支撑分别与支腿、主体建立球副，伸缩支撑之间建立移动副。

⑤驱动的建立

   在每个驱动轮上建立一个10s10圈的驱动函数（数值的大小可以根据需要设置）：

⑥建立管路及接触

   首先建立不同管径管路的轮廓，然后基于轮廓进行旋转就可生成管路：

然后在驱动轮与管路之间建立接触(接触中要添加摩擦，否则不会机器人不会前进)：

2.变径适应的设置

  机器人需要根据不同的管径进行调整，本文主要介绍两种调节方法：一个是被动调节，一个是主动调节。

①被动调节

  被动调节的原理主要是通过添加具有预载的弹簧，在Preload处加一个负的载荷，表示弹簧此时被压缩，相当于在初始时刻弹簧压缩，驱动轮紧贴在管壁内径上：

经过仿真，仿真动画如下所示：

②主动调节
       

  主动调节的原理主要是应用PID控制，具体原理为：将上文中的弹簧换成单向力，然后建立PID控制force的大小。PID控制系统的输入为驱动轮轮心到机器人body中心的距离以及驱动轮轮心的速度：
     

具体设置如下：

a.建立变量：

 建立P、I、D变量以及驱动轮轮心到机器人中心的距离(管径不同，这个距离不同)。

b.建立控制PID控制系统的输入及PID：

c.将PID控制作为单向力载荷的输入

经过仿真如下：

从上图可以看出，经过PID控制，驱动轮到达指定的距离与管壁接触。

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