[发明专利]一种长距离供水管道检测机器人控制方法

权利要求书

1.一种长距离供水管道检测机器人控制方法，其特征在于，采用远程遥控和局部自主作业相结合的控制方式；所述局部自主作业包括电机过载调整控制和位姿自动调整控制；前轮采用独立悬挂，中轮和后轮采用平衡悬挂；

所述电机过载调整控制具体为：

为了在检测过程中实时检测驱动电机的过载状态，机器人采用了安装在移动载体主动轮上的编码器，当编码器的脉冲频率f_z小于控制脉冲频率f₀时，便可以判定电机出现了失步，进而推断出电机发生了过载现象；

机器人的模糊控制器以脉冲频率误差e和误差变化率de/dt为输入；当判定电机因过载而产生失步时，模糊控制器将根据电机过载的严重程度及其变化趋势来输出控制量即相电流的变化△i，根据相电流的变化△i和检测到的车轮电机电流△i₀，及时增大电机的输出相电流i，以提高其输出转矩，从而达到纠正电机过载的目的；

所述位姿自动调整控制具体为：

为了对位姿进行自动调整，从而保证机器人姿态的平稳，机器人采用了惯性测量单元，惯性测量单元包括速率陀螺、线加速度计和机载计算机；速率陀螺和线加速度计分别用来测量运载体的角运动信息和线运动信息，机载计算机根据这些测量信息解算出运载体的航向、姿态、速度和位置信息；

当机器人姿态发生异常时，即机器人侧面倾斜角与理想位姿下的倾斜角β₀之间存在偏差，机器人的模糊控制器以机器人侧面倾斜角偏差E和机器人侧面倾斜角偏差变化率EC为输入；输出控制量即机器人左、右车轮的速度差U₁，并利用遗传算法进行优化，调节机器人左、右车轮的速度U，实现机器人的位姿调整，使机器人的路径得到优化，从而使机器人进行正常的检测作业；

所述远程遥控具体为：

机器人通过缆绳与地面控制站连接，将获取的各种传感器数据进行预处理，然后依照受缆绳约束的移动机器人平台的运动学分析和动力学分析，利用里程计和惯性测量单元组成的惯性导航系统，通过扩展卡尔曼滤波算法，获得机器人的相对位姿；然后根据激光雷达的感知模型构建的管道环境栅格地图，利用概率定位算法结合相对位姿、激光数据和栅格地图估计出机器人相对地图的全局位姿，并通过缆绳内部的数据线传送到地面，地面操作人员结合机器人相对于地图的全局位姿，通过缆绳内部的数据线发送控制指令，实现对机器人的远程遥控操作。

2.根据权利要求1所述的长距离供水管道检测机器人控制方法，其特征在于，所述长距离供水管道检测机器人，包括：

机器人本体；

独立悬挂，与机器人本体连接；

前轮，采用独立悬挂连接在机器人本体的前端两侧；

平衡悬挂，与机器人本体连接；

中轮，采用平衡悬挂连接在机器人本体的中端两侧；

后轮，采用平衡悬挂连接在机器人本体的后端两侧；

缆绳，与机器人本体尾部连接，内部设置有数据线和动力线；

支架，通过铰链固定在机器人本体上；

电动缸，一端与机器人本体连接，另一端与支架连接，用于支撑支架；

相机，安装在支架上，用来采集供水管道内的图像信息，并通过缆绳内部的数据线传送到地面，通过调节电动缸的伸长量对相机的位置进行调节；

惯性测量单元，固定在机器人本体上，包括速率陀螺、线加速度计和机载计算机；速率陀螺和线加速度计分别用来测量运载体的角运动信息和线运动信息，机载计算机根据这些测量信息解算出运载体的航向、姿态、速度和位置信息；

激光雷达，安装在机器人本体的最前端，结合惯性测量单元、缆绳长度信息用以实时构建管道内部地图、实时确定自身在地图的位置，完成机器人在复杂管道环境中的高精度、高稳定性自主定位；

编码器，安装在前轮上，用于实时检测驱动电机的过载状态，当编码器的脉冲频率小于控制脉冲频率时，便判定电机出现了失步，进而推断出电机发生了过载现象；

里程计，安装在机器人本体上，用于测量机器人的行程。

3.根据权利要求1所述的长距离供水管道检测机器人控制方法，其特征在于，所述惯性测量单元包括三个速率陀螺、三个线加速度计和机载计算机。

4.根据权利要求1所述的长距离供水管道检测机器人控制方法，其特征在于，所述编码器为光电编码器或磁性编码器。