[發明專利]斜拉橋攀爬機器人用彈簧磁流變耦合加載機構及減振方法

在審

• 申請號: 202110619310.1
• 申請日: 2021-06-03
• 公開（公告）號: CN113389841A
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 石微;常天水;林金星;徐豐羽
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: F16F9/53
• 分類號: F16F9/53;F16F9/32;F16F9/512;F16F9/50
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

1.一種斜拉橋攀爬機器人用彈簧磁流變耦合加載機構，其特征在于：包括磁流變阻尼器和螺旋彈簧阻尼組件；

斜拉橋攀爬機器人包括活動連接的上機架和下機架；

磁流變阻尼器包括阻尼缸、活塞、活塞桿和勵磁線圈；勵磁線圈繞設在活塞中，活塞間隙滑動式設置在阻尼缸中，并將阻尼缸的流體腔分為左腔體和右腔體；活塞桿的一端連接活塞，另一端從左腔體中伸出，并與上機架或下機架相鉸接；右腔體通過吊耳與下機架或上機架相鉸接；

螺旋彈簧阻尼組件包括套筒、外螺旋彈簧、浮動活塞和內螺旋彈簧；

套筒同軸罩設在阻尼缸的左腔體外周，且與活塞桿滑動連接；

外螺旋彈簧同軸套設在阻尼缸外周，右端位置固定，左端與套筒相連接或彈性接觸配合；

浮動活塞滑動安裝在阻尼缸的右腔體中；

內螺旋彈簧安裝在浮動活塞右側的阻尼缸右腔體中。

2.根據權利要求1所述的斜拉橋攀爬機器人用彈簧磁流變耦合加載機構，其特征在于：活塞的外圓周面上設置有環形凹槽，勵磁線圈繞設在環形凹槽中。

3.根據權利要求2所述的斜拉橋攀爬機器人用彈簧磁流變耦合加載機構，其特征在于：活塞和活塞桿中均設置有引線孔，勵磁線圈的引線從引線孔中穿出。

4.根據權利要求1所述的斜拉橋攀爬機器人用彈簧磁流變耦合加載機構，其特征在于：阻尼缸包括缸筒、以及密封安裝在缸筒左右兩側的左端蓋和右端蓋；右端蓋外徑大于缸筒外徑；外螺旋彈簧套設在套筒與右端蓋之間的缸筒外周。

5.根據權利要求4所述的斜拉橋攀爬機器人用彈簧磁流變耦合加載機構，其特征在于：套筒的右側外緣以及右端蓋的左側外緣均設置有彈簧擋。

6.根據權利要求4所述的斜拉橋攀爬機器人用彈簧磁流變耦合加載機構，其特征在于：右端蓋的右側中心設置有連接軸，連接軸的右側與吊耳螺紋連接。

7.一種斜拉橋攀爬機器人用彈簧磁流變耦合加載機構的減振方法，其特征在于：當纜索發生振動時，安裝在斜拉橋攀爬機器人中的彈簧磁流變耦合加載機構，通過模糊PID算法，調節自身的總阻尼值F進行耗能，使得彈簧磁流變耦合加載機構或斜拉橋攀爬機器人的實時振動加速度c(t)達到設定的目標振動加速度r(t)。

8.根據權利要求7所述的斜拉橋攀爬機器人用彈簧磁流變耦合加載機構的減振方法，其特征在于：總阻尼值F的計算公式為：

τ_y＝τ_y(v,I)＝A₁e^-I+A₂ln(I+e)+A₃I

式中，η為磁流變液的粘度；l為阻尼缸中活塞的長度；b為阻尼缸與活塞之間環形間隙的周長；h為阻尼缸與活塞之間環形間隙的高度；A_p為活塞的有效橫截面積；τ_y為磁流變液的屈服應力；v為彈簧磁流變耦合加載機構的振動速度；I為勵磁線圈中的激勵電流；x為活塞運動位移，k為外螺旋彈簧的彈性系數；A₁、A₂和A₃為方程仿真擬合系數。

9.根據權利要求8所述的斜拉橋攀爬機器人用彈簧磁流變耦合加載機構的減振方法，其特征在于：總阻尼值F的調節方法具體為：當纜索發生振動時，活塞桿在勵磁線圈產生的勵磁磁場以及外螺旋彈簧的共同作用下，進行拉伸或壓縮，產生總阻尼值F；總阻尼值F在使斜拉橋攀爬機器人夾緊拉索的同時，并對振動進行耗能；與此同時，浮動活塞和內螺旋彈簧則能補償活塞桿拉伸或壓縮時產生的體積差。

10.根據權利要求9所述的斜拉橋攀爬機器人用彈簧磁流變耦合加載機構的減振方法，其特征在于：通過向纜索或斜拉橋攀爬機器人，施加外部的正弦激勵信號，進而仿真模擬纜索的所受的外部振動荷載，同時，能夠調節正弦激勵信號的幅值。