用于凝汽器检测的正压爬壁机器人运动控制方法及系统

技术领域

本申请涉及机器人控制领域，尤其涉及用于凝汽器检测的正压爬壁机器人运动控制方法及系统。

背景技术

在国内外火电机组凝汽器列管换热器管束检测现状是多为人工携带检测仪器逐根管道一一检测。凝汽器列管换热器管束材质多为不锈钢或者有色金属，比如铜、钛等，均为非磁性材料，磁性吸附机器人不适用。结合管板结构和凝汽器结构，涨足式爬行机器人成为了自动化检测凝汽器管束的主要载体。但是涨足式爬行机器人的运动控制较为复杂，每运动一步，都需要进行涨足缩回、移动控制、管道对中、伸出涨紧等操作，控制繁琐。因此亟需提出一种适用范围广且控制简单的机器人匀速运动控制方案。

发明内容

本申请提供用于凝汽器检测的正压爬壁机器人运动控制方法及系统，以至少解决现有的机器人控制方案适用范围小且控制繁琐的技术问题。

本申请第一方面实施例提出一种用于凝汽器检测的正压爬壁机器人运动控制方法，所述方法包括：

获取正压爬壁机器人进行凝汽器检测时的爬壁角速度数据和预设的机器人运行速度；

根据所述爬壁角速度数据确定所述机器人的爬壁姿态；

根据所述机器人的爬壁姿态和预设的机器人运行速度确定所述机器人控制数据参考值；

基于所述机器人控制数据参考值对所述机器人的进行匀速运行控制。

优选的，所述获取正压爬壁机器人进行凝汽器检测时的爬壁角速度数据，包括：

利用安装在所述机器人上的速度陀螺仪检测所述机器人的爬壁角速度数据，并从所述速度陀螺仪上采集所述爬壁角速度数据。

进一步的，所述根据所述爬壁角速度数据确定所述机器人的爬壁姿态，包括：

建立所述正压爬壁机器人对应的坐标系，其中，所述机器人对应的坐标系是以所述机器人的质心为原点，以所述机器人的水平方向为x轴且向右为正方，以所述机器人的垂直方向为y轴且向上为正方，以垂直待检测凝汽器管板的方向为z轴；

将所述爬壁角速度数据转换到所述正压爬壁机器人对应的坐标系中的，得到第一夹角；

根据所述第一夹角确定所述机器人的爬壁姿态。

进一步的，所述根据所述第一夹角确定所述机器人的爬壁姿态，包括：

当所述第一夹角小于等于预设的夹角阈值时，所述机器人的爬壁姿态为垂直运行姿态或水平运行姿态；

当所述第一夹角大于预设的夹角阈值时，所述机器人的爬壁姿态为斜线运行姿态或圆弧运动姿态；

其中，所述垂直运行姿态包括：垂直向上运行姿态和垂直向下运行姿态。

进一步的，所述机器人控制数据参考值，包括：螺旋增压器转速参考值和后轮驱动力参考值。

进一步的，所述根据所述机器人的爬壁姿态和预设的机器人运行速度确定所述机器人控制数据参考值，包括：

根据所述机器人的爬壁姿态确定所述机器人与待检测凝汽器管板间的摩擦力；

根据所述机器人与待检测凝汽器管板间的摩擦力确定所述机器人的螺旋增压器转速参考值；

根据所述机器人与待检测凝汽器管板间的摩擦力和预设的机器人运行速度确定所述机器人的运行加速度，并基于所述加速度确定所述机器人的后轮驱动力参考值。

本申请第二方面实施例提出一种用于凝汽器检测的正压爬壁机器人运动控制系统，包括：

获取模块，用于获取正压爬壁机器人进行凝汽器检测时的爬壁角速度数据和预设的机器人运行速度；

第一确定模块，用于根据所述爬壁角速度数据确定所述机器人的爬壁姿态；

第二确定模块，用于根据所述机器人的爬壁姿态和预设的机器人运行速度确定所述机器人控制数据参考值；

控制模块，用于基于所述机器人控制数据参考值对所述机器人的进行匀速运行控制。

优选的，所述获取模块还用于：

利用安装在所述机器人上的速度陀螺仪检测所述机器人的爬壁角速度数据，并从所述速度陀螺仪上采集所述爬壁角速度数据。

本申请第三方面实施例提出一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如第一方面实施例所述的方法。

本申请第四方面实施例提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面实施例所述的方法。

本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：

本申请提出了一种用于凝汽器检测的正压爬壁机器人运动控制方法及系统，其中所述方法包括：获取正压爬壁机器人进行凝汽器检测时的爬壁角速度数据和预设的机器人运行速度；根据所述爬壁角速度数据确定所述机器人的爬壁姿态；根据所述机器人的爬壁姿态和预设的机器人运行速度确定所述机器人控制数据参考值；基于所述机器人控制数据参考值对所述机器人的进行匀速运行控制。本申请提出的技术方案，根据正压爬壁机器人的不同姿态，调整控制数据参考值，实现正压爬壁机器人的匀速控制，同时本控制方案可以控制机器人在非磁性材料且多孔的管板上爬行，应用范围广且控制简单。

本申请附加的方面以及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面以及优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请一个实施例提供的一种用于凝汽器检测的正压爬壁机器人运动控制方法的流程图；

图2为根据本申请一个实施例提供的速度陀螺仪安装于正压爬壁机器人的结构图；

图3为根据本申请一个实施例提供的机器人各种运行姿态下的受力示意图；

图4为根据本申请一个实施例提供的一种用于凝汽器检测的正压爬壁机器人运动控制系统的结构图；

图5为根据本申请一个实施例提供的第一确定模块的结构图；

图6为根据本申请一个实施例提供的第二确定模块的结构图；

附图标记

螺旋增压器1、平衡调节器2、两个驱动后轮3、两台驱动电机4、机器人前轮5、第一安装板6、涡流探测器安装板7、平衡调节电机8、涡流探测器导管9、螺旋增压器安装板10、速度陀螺仪11。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

本申请提出的一种用于凝汽器检测的正压爬壁机器人运动控制方法及系统，其中所述方法包括：获取正压爬壁机器人进行凝汽器检测时的爬壁角速度数据和预设的机器人运行速度；根据所述爬壁角速度数据确定所述机器人的爬壁姿态；根据所述机器人的爬壁姿态和预设的机器人运行速度确定所述机器人控制数据参考值；基于所述机器人控制数据参考值对所述机器人的进行匀速运行控制。本申请提出的技术方案，根据正压爬壁机器人的不同姿态，调整控制数据参考值，实现正压爬壁机器人的匀速控制，同时本控制方案可以控制机器人在非磁性材料且多孔的管板上爬行，应用范围广且控制简单。

下面参考附图描述本申请实施例的一种用于凝汽器检测的正压爬壁机器人运动控制方法及系统。

实施例一

图1为根据本申请一个实施例提供的一种用于凝汽器检测的正压爬壁机器人运动控制方法的流程图，如图1所示，所述方法包括：

步骤1：获取正压爬壁机器人进行凝汽器检测时的爬壁角速度数据和预设的机器人运行速度。

在本公开实施例中，所述步骤1具体包括：

利用安装在所述机器人上的速度陀螺仪检测所述机器人的爬壁角速度数据，并从所述速度陀螺仪上采集所述爬壁角速度数据。

需要说明的是，如图2所示，所述正压爬壁机器由螺旋增压器1、平衡调节器2、两个驱动后轮3、两台驱动电机4、机器人前轮5、第一安装板6、涡流探测器安装板7、平衡调节电机8、涡流探测器导管9、螺旋增压器安装板10组成，其中，所述速度陀螺仪11安转于螺旋增压器安装板10的背面，螺旋增压器1由螺旋增压叶片和保护罩构成，安装于螺旋增压器安装板10的正面。正压爬壁机器人的行走由两个驱动后轮3完成。驱动后轮的驱动力来自驱动电机4。平衡调节器2由圆柱导轨和调节丝杠构成，安装于螺旋增压器安装板10的正面，位于螺旋增压器1的下方。正压爬壁机器人的平衡调节由平衡调节电机8的正转或反转完成。涡流检测探头由涡流探测器导管9导入检测管束。涡流探测器导管9由涡流探测器安装板7安装固定于第一安装板6的前侧。

步骤2：根据所述爬壁角速度数据确定所述机器人的爬壁姿态。

在本公开实施例中，所述步骤2具体包括：

步骤2-1：建立所述正压爬壁机器人对应的坐标系，其中，所述机器人对应的坐标系是以所述机器人的质心为原点，以所述机器人的水平方向为x轴且向右为正方，以所述机器人的垂直方向为y轴且向上为正方，以垂直待检测凝汽器管板的方向为z轴；

步骤2-2：将所述爬壁角速度数据转换到所述正压爬壁机器人对应的坐标系中的，得到第一夹角；

步骤2-3：根据所述第一夹角确定所述机器人的爬壁姿态。

其中，所述步骤2-3具体包括：

当所述第一夹角小于等于预设的夹角阈值时，所述机器人的爬壁姿态为垂直运行姿态或水平运行姿态；

当所述第一夹角大于预设的夹角阈值时，所述机器人的爬壁姿态为斜线运行姿态或圆弧运动姿态；

其中，所述垂直运行姿态包括：垂直向上运行姿态和垂直向下运行姿态。

需要说明的是，当所述第一夹角小于等于预设的夹角阈值且所述驱动力方向向上时，所述机器人的爬壁姿态为垂直向上运行姿态；

当所述第一夹角小于等于预设的夹角阈值且所述驱动力方向向下时，所述机器人的爬壁姿态为垂直向下运行姿态；

当所述第一夹角小于等于预设的夹角阈值且所述驱动力方向为水平方向时，所述机器人的爬壁姿态为水平运行姿态。

具体的，建立正压爬壁机器人的坐标系，原点为该机器人的质心，横坐标x为水平方向，向右为正方向，纵坐标y为垂直方向，向上位正方向，利用右手法则确定z方向，即垂直管板的方向。对速度陀螺仪进行数据采集，并完成与正压爬壁机器人坐标系数据变换，得到第一夹角的大小。第一夹角小于等于夹角阈值时，正压爬壁机器人姿态为水平或垂直；第一夹角大于夹角阈值时，正压爬壁机器人姿态为倾斜或做圆弧运动。第一夹角小于等于夹角阈值时时，根据正压爬壁机器人驱动后轮产生的驱动力方向，得到正压爬壁机器人姿态，即驱动力向上正压爬壁机器人姿态垂直向上，驱动力向下正压爬壁机器人姿态垂直向下，驱动力水平方向正压爬壁机器人姿态水平。

步骤3：根据所述机器人的爬壁姿态和预设的机器人运行速度确定所述机器人控制数据参考值。

其中，所述机器人控制数据参考值，包括：螺旋增压器转速参考值和后轮驱动力参考值。

在本公开实施例中，所述步骤3具体包括：

步骤3-1：根据所述机器人的爬壁姿态确定所述机器人与待检测凝汽器管板间的摩擦力；

步骤3-2：根据所述机器人与待检测凝汽器管板间的摩擦力确定所述机器人的螺旋增压器转速参考值；

步骤3-3：根据所述机器人与待检测凝汽器管板间的摩擦力和预设的机器人运行速度确定所述机器人的运行加速度，并基于所述加速度确定所述机器人的后轮驱动力参考值。

需要说明的是，正压爬壁机器人的爬壁攀附力来自螺旋增压器1和机器人轮子与管板面之间的摩擦力。螺旋增压器1通过螺旋增压叶片的高速旋转产生正压，将爬壁机器人压在攀附的壁面上。正压爬壁机器人的行走由驱动后轮3和驱动电机4完成。两个驱动电机同时正转或者反转且速度相同时，正压爬壁机器人完成直线运动；当两个驱动电机转速不同时，正压爬壁机器人完成圆弧运动。正压爬壁机器人的平衡对运动性能有着较大影响，其平衡的调整由平衡调节器2和平衡调节电机8完成。

正压爬壁机器人的运动控制按照直线运动和圆弧运动两种进行，其中直线运动又分为垂直向上运动、垂直向下运动、水平运动、斜线运动。正压爬壁机器人的爬壁攀附力来自螺旋增压器的正压力和机器人轮子与管板面之间的摩擦力。为了实现正压爬壁机器人在不同运动形式下具有相同的速度，进行正压爬壁机器人加速度的实时控制。正压爬壁机器人加速度与其自身重力和摩擦力相关。因此根据速度陀螺仪的数据判别正压爬壁机器人姿态，调整螺旋增压器的转速，改变正压爬壁机器人轮子与管板面之间的摩擦力，实现控制正压爬壁机器人加速度。根据不同运动形式下的受力状态分析，调整螺旋增压器的转速，实现正压爬壁机器人的匀速控制。

具体的，如图3所示为所述机器人各种运行姿态下的受力示意图。

当所述机器人的爬壁姿态为垂直向上运行姿态时，正压爬壁机器人轮子与管板之间的摩擦力可由下式得到。

f+F＝G(1)

f＝F

F

式中，f为正压爬壁机器人与管板之间的摩擦力；F为正压爬壁机器人驱动后轮产生的驱动力；G为正压爬壁机器人的重力；F

通过调整螺旋增压器1的转速N，使摩擦力f满足公式(1)，则正压爬壁机器人可以稳定在管板表面，此时正压爬壁机器人的加速度如下。

f+F-G＝ma

式中，m为正压爬壁机器人的质量，a

当所述机器人的爬壁姿态为垂直向下运行姿态时，正压爬壁机器人轮子与管板之间的摩擦力可由下式得到。

f＝F+G(5)

通过调整螺旋增压器1的转速N，使摩擦力f满足公式(5)，则正压爬壁机器人可以稳定在管板表面，此时正压爬壁机器人的加速度如下。

f-F-G＝ma

式中，a

当所述机器人的爬壁姿态为水平运行姿态时，正压爬壁机器人轮子与管板之间的摩擦力可由下式得到。

f＝G(7)

通过调整螺旋增压器1的转速N，使摩擦力f满足公式(7)，则正压爬壁机器人可以稳定在管板表面，此时正压爬壁机器人的加速度如下。

F＝ma

式中，a

当所述机器人的爬壁姿态为斜线运行姿态或圆弧运动姿态时，正压爬壁机器人轮子与管板之间的摩擦力可由下式得到。

f+Fcosφ＝G(9)

式中，φ为第一夹角，通过调整螺旋增压器1的转速N，使摩擦力f满足公式(9)，则正压爬壁机器人可以稳定在管板表面，此时正压爬壁机器人的加速度如下。

fcosφ+F-Gcosφ＝ma

式中，a

需要说明的是，在控制过程中调整螺旋增压器1的转速N，使正压爬壁机器人与管板之间的摩擦力f大于等于正压爬壁机器人的重力G，并根据路径规划中的直线运动和斜线/圆弧运动，让每段的运动加速度相等，即a

充分利用速度陀螺仪数据和正压爬壁机器人驱动后轮产生的驱动力F方向数据，判断出的正压爬壁机器人姿态，实时调整螺旋增压器1的转速N和正压爬壁机器人驱动后轮产生的驱动力F，保持每段的运动加速度相等，实现匀速控制。

步骤4：基于所述机器人控制数据参考值对所述机器人的进行匀速运行控制。

需要说明的是，基于各时刻对应的螺旋增压器转速参考值和后轮驱动力参考值对所述机器人进行控制，进而实现机器人的匀速运行。

综上所述，本实施例提出的一种用于凝汽器检测的正压爬壁机器人运动控制方法，根据不同运动形式下的受力状态分析，调整螺旋增压器的转速，实现正压爬壁机器人的匀速控制，同时控制方案可以在非磁性材料且多孔的管板上爬行，进而实现多种运动形式，并且运动控制较为简单。

实施例二

图4为根据本申请一个实施例提供的一种用于凝汽器检测的正压爬壁机器人运动控制系统的结构图，如图4所示，所述系统包括：

获取模块100，用于获取正压爬壁机器人进行凝汽器检测时的爬壁角速度数据和预设的机器人运行速度；

第一确定模块200，用于根据所述爬壁角速度数据确定所述机器人的爬壁姿态；

第二确定模块300，用于根据所述机器人的爬壁姿态和预设的机器人运行速度确定所述机器人控制数据参考值；其中，所述机器人控制数据参考值，包括：螺旋增压器转速参考值和后轮驱动力参考值；

控制模块400，用于基于所述机器人控制数据参考值对所述机器人的进行匀速运行控制。

在本公开实施例中，所述获取模块100还用于：

利用安装在所述机器人上的速度陀螺仪检测所述机器人的爬壁角速度数据，并从所述速度陀螺仪上采集所述爬壁角速度数据。

在本公开实施例中，如图5所示，所述第一确定模块200包括：

建立单元201，用于建立所述正压爬壁机器人对应的坐标系，其中，所述机器人对应的坐标系是以所述机器人的质心为原点，以所述机器人的水平方向为x轴且向右为正方，以所述机器人的垂直方向为y轴且向上为正方，以垂直待检测凝汽器管板的方向为z轴；

转换单元202，用于将所述爬壁角速度数据转换到所述正压爬壁机器人对应的坐标系中的，得到第一夹角；

第一确定单元203，用于根据所述第一夹角确定所述机器人的爬壁姿态。

其中，所述第一确定单元203还用于：

当所述第一夹角小于等于预设的夹角阈值时，所述机器人的爬壁姿态为垂直运行姿态或水平运行姿态；

当所述第一夹角大于预设的夹角阈值时，所述机器人的爬壁姿态为斜线运行姿态或圆弧运动姿态；

其中，所述垂直运行姿态包括：垂直向上运行姿态和垂直向下运行姿态。

在本公开实施例中，如图6所示，所述第二确定模块300包括：

第二确定单元301，用于根据所述机器人的爬壁姿态确定所述机器人与待检测凝汽器管板间的摩擦力；

第三确定单元302，用于根据所述机器人与待检测凝汽器管板间的摩擦力确定所述机器人的螺旋增压器转速参考值；

第四确定单元303，用于根据所述机器人与待检测凝汽器管板间的摩擦力和预设的机器人运行速度确定所述机器人的运行加速度，并基于所述加速度确定所述机器人的后轮驱动力参考值。

综上所述，本实施例提出的一种用于凝汽器检测的正压爬壁机器人运动控制系统，实现了正压爬壁机器人的匀速控制，同时该正压爬壁机器人运动控制可以控制机器人在非磁性材料且多孔的管板上爬行，应用范围广且控制简单。

实施例三

为了实现上述实施例，本公开还提出一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如实施例一所述的方法。

实施例四

为了实现上述实施例，本公开还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如实施例一所述的方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。