爬壁机器人运动控制方法与流程

1.本发明实施例涉及但不限于机器人领域，特别是涉及一种爬壁机器人运动控制方法。

背景技术：

2.随着智能化设备的发展，机器人不断进入更多领域替代人工作业，尤其在高危领域，目前，在隧道施工现场，由于一些隧道施工环境存在高温、高湿、有害气体等环境问题，同时，部分施工需要在隧道侧壁上进行，因此，由机器人替代人工进入隧道作业，隧道作业需要大量的测量、扫描、放线等工作，一些测量工作需要机器人沿隧道侧壁直线运动进行测量，然而，由于隧道侧壁多为混凝土或者喷浆，同时附着大量泥沙粉尘，隧道侧壁的表面摩擦系数随机变化并且变化剧烈，因此机器人在隧道侧壁上进行测量时，难以保持持续直线运动，会出现车轮打滑导致的机器人姿态转动或者漂移，即偏航，方向不稳定无法保证测量数据的精确度，因此，在机器人运动控制相关技术中，难以解决机器人运动过程中车轮打滑导致的偏航问题，无法保持稳定的运动方向。

技术实现要素：

3.以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
4.本发明实施例提供了一种爬壁机器人运动控制方法，通过检测车轮转速和偏航角，判断车体偏航，及时修正机器人的偏航角，保持运动方向稳定。
5.本发明实施例提供了一种爬壁机器人运动控制方法，应用于爬壁机器人，所述爬壁机器人包括本体、用于检测所述本体一侧车轮转速的第一车轮编码器、用于检测所述本体另一侧车轮转速的第二车轮编码器、用于提供压力的至少一个固定涵道，所述方法包括：确定所述本体的初始姿态信息；根据所述初始姿态信息，解析所述姿态信息获得所述本体的偏航角；从所述第一车轮编码器获取所述本体的第一车轮转速，从所述第二车轮编码器获取所述本体的第二车轮转速，计算所述第一车轮转速与所述第二车轮转速的差值，获得车轮差速；获取所述本体的姿态信息，根据所述车轮差速和所述偏航角，调节所述固定涵道的风扇转速、所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，修正所述偏航角。
6.根据本技术的上述实施例，至少具有如下有益效果：首先确定所述本体的初始姿态信息，获取所述本体的姿态信息，根据所述初始姿态信息，解析所述姿态信息获得所述本体的偏航角；从所述第一车轮编码器获取所述本体的第一车轮转速，从所述第二车轮编码器获取所述本体的第二车轮转速，将所述第一车轮转速与所述第二车轮转速做减法运算，获得车轮差速，根据所述车轮差速判断机器人姿态变化，根据所述车轮差速和所述偏航角，调节所述固定涵道的风扇转速、所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，修正所述偏航角，使所述偏航角修正，保持机器人稳定的运动方向。
7.根据本发明的一些实施例，所述根据所述车轮差速和所述偏航角，调节所述固定涵道的风扇转速、所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，修正所述偏航角，包括：当所述车轮差速不为0时，计算所述偏航角与预置最大偏航角的差值，获得偏航角差值；当所述偏航角差值为0时，停止所述第一车轮和所述第二车轮的转动；当所述偏航角差值不为0时，根据所述偏航角调节所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，修正所述偏航角。
8.根据本发明的一些实施例，所述当所述偏航角差值不为0时，根据所述偏航角调节所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，修正所述偏航角，包括：增大所述固定涵道的风扇转速；根据所述偏航角计算所述偏航角变化率；根据所述偏航角变化率调节所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，修正所述偏航角。
9.根据本发明的一些实施例，所述根据所述偏航角变化率调节所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，修正所述偏航角，包括：当所述偏航角变化率为0时，保持所述固定涵道的风扇转速，根据所述偏航角调节所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，修正所述偏航角；当所述偏航角变化率不为0时，增大所述固定涵道的风扇转速，使所述偏航角变化率为0。
10.根据本发明的一些实施例，所述当所述偏航角变化率为0时，保持所述固定涵道的风扇转速，根据所述偏航角调节所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，修正所述偏航角，包括：当偏航角为顺时针变化角度，改变所述第二车轮转速转动方向，使所述第二车轮与所述第一车轮转动方向相反，使所述偏航角修正为0；当偏航角为逆时针变化角度，改变所述第一车轮转速转动方向，使所述第一车轮与所述第二车轮转动方向相反，使所述偏航角修正为0。
11.根据本发明的一些实施例，所述当偏航角为顺时针变化角度，改变所述第二车轮转速转动方向，使所述第二车轮与所述第一车轮转动方向相反，使所述偏航角修正为0，包括：当所述偏航角修正为0时，改变所述第二车轮转速转动方向，使所述第二车轮与所述第一车轮转动方向相同。
12.根据本发明的一些实施例，所述当偏航角为逆时针变化角度，改变所述第一车轮转速转动方向，使所述第一车轮与所述第二车轮转动方向相反，使所述偏航角修正为0，使所述偏航角修正为0，包括：当所述偏航角修正为0时，改变所述第一车轮转速转动方向，使所述第一车轮与所述第二车轮转动方向相同。
13.根据本发明的一些实施例，所述爬壁机器人还包括用于检测所述本体位移数据的车身编码器，所述根据所述车轮差速和所述偏航角，调节所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，修正所述偏航角，包括：当所述车轮差速数值为0时，根据车轮半径计算得到车轮线速度；获取所述本体的所述位移数据，计算所述车轮线速度与所述位移数据的差值，获得位移差值；当所述位移差值不为0时，根据所述位移数据调节所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向。
14.根据本发明的一些实施例，所述当所述位移差值不为0时，根据所述位移数据调节所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，包括：当所述位移数据为0时，增大所述固定涵道的风扇转速，停止所述第一车轮和所述第二车轮的转动；当所述
位移数据不为0时，增大所述固定涵道的风扇转速，使所述位移差值为0。
15.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
16.附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
17.图1是本发明一个实施例提供的一种爬壁机器人运动控制方法的主流程图；
18.图2是本发明一个实施例提供的一种爬壁机器人的示意图；
19.图3是本发明一个实施例的最大偏航角的示意图。
具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
21.应了解，在本发明实施例的描述中，多个(或多项)的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到“第一”、“第二”等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
22.随着智能化设备的发展，机器人不断进入更多领域替代人工作业，尤其在高危领域，目前，在隧道施工现场，由于一些隧道施工环境存在高温、高湿、有害气体等环境问题，同时，部分施工需要在隧道侧壁上进行，因此，由机器人替代人工进入隧道作业，隧道作业需要大量的测量、扫描、放线等工作，一些测量工作需要机器人沿隧道侧壁直线运动进行测量，然而，由于隧道侧壁多为混凝土或者喷浆，同时附着大量泥沙粉尘，隧道侧壁的表面摩擦系数随机变化并且变化剧烈，因此机器人在隧道侧壁上进行测量时，难以保持持续直线运动，会出现车轮打滑导致的机器人姿态转动或者漂移，即偏航，方向不稳定无法保证测量数据的精确度，因此，针对现有问题，本发明实施例提供了一种爬壁机器人运动控制方法，通过检测车轮转速和偏航角，判断车体偏航，及时修正机器人的偏航角，保持运动方向稳定。本发明实施例提供的爬壁机器人运动控制方法应用于爬壁机器人，爬壁机器人包括本体100、用于检测本体100一侧车轮转速的第一车轮编码器、用于检测本体100另一侧车轮转速的第二车轮编码器、用于提供压力的至少一个固定涵道200，首先确定本体100的初始姿态信息，获取本体100的姿态信息，根据初始姿态信息，解析姿态信息获得本体100的偏航角；从第一车轮编码器获取本体100的第一车轮转速，从第二车轮编码器获取本体100的第二车轮转速，将第一车轮转速与第二车轮转速做减法运算，获得车轮差速，根据车轮差速判断机器人姿态变化，根据车轮差速和偏航角，调节固定涵道200的风扇转速、第一车轮300的转速和转动方向、第二车轮400的转速和转动方向，修正偏航角，使偏航角修正，保持机器人稳定的运动方向。
23.如图1所示，图1是本发明一个实施例提供的一种爬壁机器人运动控制方法的流程
图。爬壁机器人运动控制方法包括但不限于如下步骤：
24.步骤s100，确定本体100的初始姿态信息；
25.步骤s200，获取本体100的姿态信息，根据初始姿态信息，解析姿态信息获得本体100的偏航角；
26.步骤s300，从第一车轮编码器获取本体100的第一车轮转速，从第二车轮编码器获取本体100的第二车轮转速，计算第一车轮转速与第二车轮转速的差值，获得车轮差速；
27.步骤s400，根据车轮差速和偏航角，调节固定涵道200的风扇转速、第一车轮300的转速和转动方向、第二车轮400的转速和转动方向，修正偏航角。
28.可以理解的是，如图2-3所示，图2为本实施例提供的一种爬壁机器人的示意图，首先确定本体100的初始姿态信息，即机器人附着于墙壁后，沿水平方向前进时的姿态，具体的，在本实施例中，可以采用六轴陀螺仪来测量机器人本体100的姿态信息，本体100的初始姿态信息是机器人吸附于墙面后开始运动时的姿态信息，在本实施例中，机器人初始姿态为沿水平方向前进；获取本体100的姿态信息，即机器人运动后的姿态信息，根据初始姿态信息，解析姿态信息获得本体100的偏航角，如图3所示，图3为最大偏航角的示意图，偏航角为机器人在墙壁运动时，运动方向与水平面的夹角，因为初始姿态为沿水平方向前进，因此，初始前进方向与水平面的夹角为0度，即偏航角为0度；从第一车轮编码器获取本体100的第一车轮转速，从第二车轮编码器获取本体100的第二车轮转速，具体的，通过车轮转动的角速度得到车轮的转速，将第一车轮转速与第二车轮转速做减法运算，获得车轮差速，当车轮之间存在车轮差速时，说明有车轮在打滑，因此机器人的本体100会出现姿态旋转和位置偏移，无法保持在稳定的直线运动方向上，根据车轮差速判断机器人姿态变化，根据车轮差速和偏航角，调节固定涵道200的风扇转速、第一车轮300的转速和转动方向、第二车轮400的转速和转动方向，修正偏航角，使偏航角修正，保持机器人稳定的运动方向。
29.可以理解的是，当车轮差速不为0时，即存在车轮打滑现象，一般来说，打滑的车轮转速会比不打滑的车轮转速快，墙面局部的摩擦系数不均匀，机器人本体100两侧的摩擦系数不同，一侧车轮的摩擦力突破最大静摩擦，变成滑动摩擦，根据车轮差速可以初步判断机器人本体100的姿态在朝着哪个方向转动，即偏航角变化的方向，计算偏航角与预置最大偏航角的差值，获得偏航角差值，防止本体100偏航过度，超过预置最大偏航角，因此设置预置最大偏航角，作为最大的偏航限制，防止偏航过度，导致测量严重误差，通过偏航角差值判断本体100姿态偏航的情况，当本体100偏航度数没有超过预置最大偏航角，就可对运动进行控制，调整本体100姿态，修正本体100的偏航角，当本体100偏航度达到预置最大偏航角时，达到了不适合调整本体100的情况，因此需要使机器进入紧急状态。
30.当偏航角差值为0时，即机器偏航角到达了预置最大偏航角，已经不适合对机器人进行姿态矫正，此时，机器人要进入紧急状态，停止第一车轮300和第二车轮400的转动。
31.当偏航角差值不为0时，即机器人本体100的偏航角度在预置最大偏航角的范围内，可以对机器人本体100的姿态进行调整，因此，根据偏航角调节第一车轮300的转速和转动方向、第二车轮400的转速和转动方向，修正偏航角。
32.可以理解的是，当偏航角差值不为0时，根据偏航角调节第一车轮300的转速和转动方向、第二车轮400的转速和转动方向，修正偏航角，具体的，增大固定涵道200的风扇转速，增加机器人本体100对墙面的压力，即增大车轮摩擦力，当车轮摩擦力增大时，会逐渐阻
止车轮打滑的情况；根据偏航角计算偏航角变化率，通过偏航角变化率，判断在增加固定涵道200的风扇转速后，即增大车轮与墙面的压力后，车轮打滑的问题是否有改善，例如，当偏航角变化率保持不变，说明打滑没有改善，机器人车体的姿态在继续偏转，固定涵道200的风扇增加的压力还达不到改善车轮打滑的问题，当偏航角变化率逐渐减小，说明固定涵道200的风扇增加的压力对轮胎打滑有效，即摩擦力增大，打滑改善，同时不打滑的另一侧的转速在降低。因此，可以根据偏航角变化率调节第一车轮300的转速和转动方向、第二车轮400的转速和转动方向，修正偏航角。
33.可以理解的是，根据偏航角变化率调节第一车轮300的转速和转动方向、第二车轮400的转速和转动方向，当偏航角变化率为0时，即固定涵道200的风扇增加的压力足够大，使车轮打滑的问题改善，停止打滑，是打滑车轮从滑动摩擦恢复为静摩擦，因此保持固定涵道200的风扇转速，即保持压力不变，此时机器人本体100的偏航角不再变化，器人本体100的姿态保持不变，此时根据偏航角调节第一车轮300的转速和转动方向、第二车轮400的转速和转动方向，修正偏航角；同样的，当偏航角变化率不为0时，说明固定涵道200的风扇增加的压力不足以使得车轮打滑停止，因此增大固定涵道200的风扇转速，增大车轮与墙面的压力，即增大摩擦力，使偏航角变化率为0。
34.可以理解的是，当偏航角变化率为0时，保持固定涵道200的风扇转速，此时机器人本体100的姿态保持不变，偏航角不变，车轮不再打滑，本体100沿着偏航角所指向的最新方向移动，此时需要将机器人的姿态修正，使机器人的偏航角修正为0，是机器人本体100的前进方向回到初始的姿态信息，即前进方向与水平面的夹角为0度。因此：
35.当偏航角为顺时针变化角度，如图3所示，顺时针所形成的的与水平线的夹角为正偏航角，逆时针所形成的的与水平线的夹角为负偏航角，因此，当偏航角为顺时针变化角度时，即机器人本体100姿态沿着顺时针的方向转动，即之前第二车轮400发生打滑，改变第二车轮转速转动方向，使第二车轮400与第一车轮300转动方向相反，此时机器人本体100会发生逆时针的转动，逐渐调整本体100姿态，使偏航角修正为0，即前进方向与水平面夹角为0度；同样的，当偏航角为逆时针变化角度，即机器人本体100姿态沿着逆时针的方向转动，即之前第一车轮300发生打滑，改变第一车轮转速转动方向，使第一车轮300与第二车轮400转动方向相反，此时机器人本体100会发生顺时针的转动，逐渐调整本体100姿态，使偏航角修正为0，即前进方向与水平面夹角为0度。
36.可以理解的是，当偏航角为顺时针变化角度时，即机器人本体100发生了顺时针的姿态转动，当偏航角修正为0时，改变第二车轮转速转动方向，使第二车轮400与第一车轮300转动方向相同，此时第一车轮300和第二车轮400以相同的速度和相同的方向运动，机器人沿水平方向前进，姿态得以矫正。同样的，当偏航角为逆时针变化角度，即机器人本体100发生了逆时针的姿态转动，当偏航角修正为0时，改变第一车轮转速转动方向，使第一车轮300与第二车轮400转动方向相同。
37.可以理解的是，爬壁机器人还包括用于检测本体100位移数据的车身编码器，当车轮差速数值为0时，即两车轮转速相同，根据车轮半径计算得到车轮线速度；获取本体100的位移数据，在本实施例中，车身编码器通过固定于车体，设置有与地面接触的车轮，车轮转动计算机器人本体100的位移数据，计算车轮线速度与位移数据的差值，获得位移差值，判断车体是否发生车轮在转动，但是机器人本体100没有移动，说明此时发生完全的打滑，车
轮处理完全打滑状态，无法前进；或者车轮的转动速度大于机器人本体100的运动速度，此时说明车轮在打滑，但还没有达到完全原地打滑，在边打滑边前进，此种状态对车轮的磨损严重，需要及时处理。当位移数据为0时，即机器人处于完全打滑状态，原地停止移动，但还没有发生偏航问题，此时轮胎原地打滑对轮胎损耗严重，此时增大固定涵道200的风扇转速，增强机器人对墙面的吸附，保护机器人的安全，停止第一车轮300和第二车轮400的转动，降低车轮温度，机器人进入报警模式，等待人工检查；当位移差值不为0时，即机器人没有处于车轮完全的打滑状态，是边打滑边运动的状态，墙面的摩擦力还足以为车轮提供一些前进的动力，此时增大固定涵道200的风扇转速，增大机器人与墙面的压力，即增大摩擦力，阻碍车轮打滑，直至车轮停止打滑，此时位移差值为0，即车轮的线速度与车体的移动速度相同。
38.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的共享条件下还可作出种种等同的变形或替换，这些等同的变形或替换均包括在本发明权利要求所限定的范围内。

技术特征：

1.一种爬壁机器人运动控制方法，其特征在于，所述爬壁机器人包括本体、用于检测所述本体一侧车轮转速的第一车轮编码器、用于检测所述本体另一侧车轮转速的第二车轮编码器、用于提供压力的至少一个固定涵道，所述方法包括：确定所述本体的初始姿态信息；获取所述本体的姿态信息，根据所述初始姿态信息，解析所述姿态信息获得所述本体的偏航角；从所述第一车轮编码器获取所述本体的第一车轮转速，从所述第二车轮编码器获取所述本体的第二车轮转速，计算所述第一车轮转速与所述第二车轮转速的差值，获得车轮差速；根据所述车轮差速和所述偏航角，调节所述固定涵道的风扇转速、所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，修正所述偏航角。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述车轮差速和所述偏航角，调节所述固定涵道的风扇转速、所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，修正所述偏航角，包括：当所述车轮差速不为0时，计算所述偏航角与预置最大偏航角的差值，获得偏航角差值；当所述偏航角差值为0时，停止所述第一车轮和所述第二车轮的转动；当所述偏航角差值不为0时，根据所述偏航角调节所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，修正所述偏航角。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述当所述偏航角差值不为0时，根据所述偏航角调节所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，修正所述偏航角，包括：增大所述固定涵道的风扇转速；根据所述偏航角计算所述偏航角变化率；根据所述偏航角变化率调节所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，修正所述偏航角。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述偏航角变化率调节所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，修正所述偏航角，包括：当所述偏航角变化率为0时，保持所述固定涵道的风扇转速，根据所述偏航角调节所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，修正所述偏航角；当所述偏航角变化率不为0时，增大所述固定涵道的风扇转速，使所述偏航角变化率为0。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述当所述偏航角变化率为0时，保持所述固定涵道的风扇转速，根据所述偏航角调节所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，修正所述偏航角，包括：当偏航角为顺时针变化角度，改变所述第二车轮转速转动方向，使所述第二车轮与所述第一车轮转动方向相反，使所述偏航角修正为0；当偏航角为逆时针变化角度，改变所述第一车轮转速转动方向，使所述第一车轮与所述第二车轮转动方向相反，使所述偏航角修正为0。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述当偏航角为顺时针变化角度，改变所述第二车轮转速转动方向，使所述第二车轮与所述第一车轮转动方向相反，使所述偏航角修正为0，包括：当所述偏航角修正为0时，改变所述第二车轮转速转动方向，使所述第二车轮与所述第一车轮转动方向相同。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述当偏航角为逆时针变化角度，改变所述第一车轮转速转动方向，使所述第一车轮与所述第二车轮转动方向相反，使所述偏航角修正为0，使所述偏航角修正为0，包括：当所述偏航角修正为0时，改变所述第一车轮转速转动方向，使所述第一车轮与所述第二车轮转动方向相同。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述爬壁机器人还包括用于检测所述本体位移数据的车身编码器，所述根据所述车轮差速和所述偏航角，调节所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，修正所述偏航角，包括：当所述车轮差速数值为0时，根据车轮半径计算得到车轮线速度；获取所述本体的所述位移数据，计算所述车轮线速度与所述位移数据的差值，获得位移差值；当所述位移差值不为0时，根据所述位移数据调节所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述当所述位移差值不为0时，根据所述位移数据调节所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，包括：当所述位移数据为0时，增大所述固定涵道的风扇转速，停止所述第一车轮和所述第二车轮的转动；当所述位移数据不为0时，增大所述固定涵道的风扇转速，使所述位移差值为0。

技术总结

本发明公开了一种爬壁机器人运动控制方法，首先确定所述本体的初始姿态信息，获取所述本体的姿态信息，根据所述初始姿态信息，解析所述姿态信息获得所述本体的偏航角；从所述第一车轮编码器获取所述本体的第一车轮转速，从所述第二车轮编码器获取所述本体的第二车轮转速，将所述第一车轮转速与所述第二车轮转速做减法运算，获得车轮差速，根据所述车轮差速判断机器人姿态变化，根据所述车轮差速和所述偏航角，调节所述固定涵道的风扇转速、所述第一车轮的转速和转动方向、所述第二车轮的转速和转动方向，修正所述偏航角，使所述偏航角修正，保持机器人稳定的运动方向。保持机器人稳定的运动方向。保持机器人稳定的运动方向。