[发明专利]一种长距离供水管道检测机器人控制方法

说明书

本发明公开了一种长距离供水管道检测机器人控制方法，采用远程遥控和局部自主作业相结合的控制方式；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；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；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。本发明具有远程速度与方向控制、位姿自动调整、过载保护、防倾覆等能力；能够提升对复杂管道环境的适应能力，提高管道检测机器人的驱动力，适应湿滑、崎岖的管道环境，增加管道检测机器人的稳定性，防止其在管道内倾覆；结合多传感器数据，完成机器人在管道内部的准确定位，将管道检测信息与管道位置准确关联。

技术领域

本发明涉及海洋装备技术领域，具体涉及一种长距离供水管道检测机器人控制方法。

背景技术

为了满足日益增长的城市供水需求，我国建设了大量长距离供水管道工程，这些工程对于保障城市的供水安全、工业发展和社会稳定起到了重要的作用。随着运营时间增长，这些管道工程也出现了局部的变形、破裂、坍塌、侵蚀、溶蚀、突水突泥等危险状况，为了保障工程安全需要进行定期安全评价。需要研制一种管道检测机器人，定量、及时、全面覆盖对管道工程的结构安全进行检测，并将管道检测信息与管道位置准确关联，为长距离供水管道的安全运行提供强力保障。管道内部的状况复杂且难以预料，可能过载导致电动机过载，为此机器人应具备自我纠正和自我调整能力。另外，机器人在作业过程中可能遇到难以越过的障碍，甚至发生倾覆现象，这就要求机器人应具有适应环境变化的能力。因此需要研制一种可以具有一定的自主作业能力的检测机器人，完成机器人驱动步进电动机过载调整、机器人姿态调节以及基于载荷变化的速度调节，具有自主作业能力的管道检测机器人。

目前，对于长距离供水管道安全检测机器人的自主作业能力较差、控制系统复杂。该方案主要由蠕动元件组成，通过控制蠕动元件实现管道机器人在管道内的移动。但是该方案的蠕动元件多达12个，限制了管道机器人的移动速度，且增加了该管道机器人的控制复杂度。

现有技术主要有两个缺点，其一，检测机器人的控制系统设计还不完善，自主作业能力较差。其二，不能完成在管道内部的准确定位，无法将管道信息与管道位置准确关联。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种长距离供水管道检测机器人控制方法，采用远程遥控和局部自主作业结合的控制方式，具有远程速度与方向控制、位姿自动调整、过载保护、防倾覆等能力；采用基于模糊控制的设计思想，实现管道检测机器人驱动电机的过载调整、机器人姿态调节以及基于载荷变化的速度调节。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种长距离供水管道检测机器人控制方法，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；

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；