CN112947435A - 一种用于爬壁机器人的导航控制方法 - Google Patents

一种用于爬壁机器人的导航控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种用于爬壁机器人的导航控制方法，爬壁机器人在作业工作时，以固定的工作周期循环执行各项控制工作,每个工作周期内依次完成作业机器人定位控制、行进方向控制和导航控制，在可编程逻辑控制器内完成行进方向控制工作，计算获得两侧伺服电机应执行的转速和转向，并通过控制伺服驱动器实现，进而实现爬壁机器人在室内或室外环境下，根据预设行进路线移动，并能在作业过程中自动修正行进方向。

Description

一种用于爬壁机器人的导航控制方法
技术领域
本申请涉及机器人运动控制领域，特别涉及爬壁机器人的导航控制方法。
背景技术
爬壁机器人适用于高空危险作业、船舶清洗作业等环境。控制系统主要用于爬壁机器人的运动控制，包括行进运动速度调整、行进方向调整等。
目前，爬壁机器人的行进控制，多为按照人工操作遥控器的控制指令直接执行。无自主感知行进方向、作业位置的能力，不能实现行进的自动控制。因为现有技术中无行进角度采集和自主调整功能，无法修正由于行进单元打滑、两侧行进单元差异积累等造成的方向偏移；所以若在行进过程中出现行进轮打滑等现象，造成行进轨迹偏离预期轨迹，或是行进至作业平面边缘需调转方向时，需要现场操作人员实时观测并操作遥控器下发控制指令，同时虽然部分现有技术涉及实现机器人导航的方法，但采用GPS定位方法成本较高，且在使用该方法时，卫星信号不能穿过较大的障碍物，对工作环境有要求，无法在室内或密闭环境下工作。
因此，结合现有技术的不利因素，为改善上述问题，提出一种用于爬壁机器人的导航控制方法成为亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请提供一种用于爬壁机器人的导航控制方法。
一种用于爬壁机器人的导航控制方法，其特征在于，爬壁机器人在作业工作时，以固定的工作周期循环执行各项控制工作,每个工作周期内依次完成作业机器人定位控制、行进方向控制和导航控制，包括：
S1:由所述第一超宽带模块、所述第二超宽带模块、所述定位基站组工作获取定位标签的相对坐标位置信息，并传送给所述工控机；
S2:所述工控机计算获得作业机器人应执行的行进角度，并传送至所述可编程逻辑控制器；
S3:所述可编程逻辑控制器内完成行进方向控制工作，计算获得所述伺服电机应执行的转速和转向；
S4:所述可编程逻辑控制器控制所述伺服驱动器控实现应执行的转速和转向。
优选的，在爬壁机器人定位控制时，包括如下步骤：
S1:在准备作业阶段，所述定位基站单元模块自动建立相对坐标系；
S2:每个所述定位基站单元将各自坐标分别发送至其他定位基站单元，并同时发送至所述第一超宽带模块、所述第二超宽带模块；
S3:在作业工作进行定位时，所述第一超宽带模块分别测量到所述第二超宽带模块、所述定位基站单元的飞行时间；
S4:根据电磁波的传输速度，获得到所述第二超宽带模块、所述定位基站单元的距离；
S5:所述第一超宽带模块根据测量的各距离数值和所述定位基站单元的坐标数值，解算自身坐标，进行数字滤波处理；
S6:所述第一超宽带模块将处理结果发送至所述第二超宽带模块，所述第二超宽带模块将处理结果输送至所述工控机，所述工控机获得所述定位基站单元的位置信息后，结合预先设定的作业路线，实现爬壁机器人的导航定位控制。
优选的，在爬壁机器人行进方向控制时，包括如下步骤：
S1:所述可编程逻辑控制器获取所述倾角传感器发送的角度数值和所述工控机发送的目标角度；
S2:所述可编程逻辑控制器解算获得作业机器人所处平面的倾斜角度和在所处平面的行进方向角度；
S3:结合目标角度，所述可编程逻辑控制器计算行进方向角度和目标角度偏差；
S4:判断行进方向角度和目标角度偏差是否在允许范围内，采取不同调整措施。
优选的，在爬壁机器人导航控制时，包括如下步骤：
S1:将预先规划的运动路线保存在工控机中，或根据作业状态，由工控机程序实时规划运动路线，路线以离散的坐标序列的形式保存，作为行进目标点；
S2:在作业机器人运动过程中，所述定位基站单元实时测量机器人位置，获得当前机器人位置坐标；
S3:并与当前目标点坐标作比较，根据当前位置是否在目标点范围内，采取不同调整措。
本申请的有益效果：利用超宽带(UWB)定位技术获得爬壁机器人的位置信息，爬壁机器人在作业工作时，以固定的工作周期循环执行各项控制工作。每个工作周期内依次完成作业机器人定位、导航控制、行进方向控制。首先由作为定位标签、定位基站、定位控制台的各 UWB模块工作获取定位标签的相对坐标位置信息，并传送给地面控制箱中的工控机。在工控机内完成导航控制工作，计算获得作业机器人应执行的行进角度，并传送至可编程逻辑控制器。在可编程逻辑控制器内完成行进方向控制工作，计算获得两侧伺服电机应执行的转速和转向，并通过控制伺服驱动器实现，进而实现爬壁机器人在室内或室外环境下，根据预设行进路线移动，并能在作业过程中自动修正行进方向。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的爬壁机器人导航控制方法总流程图。
图2为本申请提供的爬坡机器人定位控制方法流程图。
图3本申请提供的爬坡机器人行进方向控制方法流程图
图4本申请提供的爬坡机器人导航控制方法流程图。
具体实施方式
参见图1，为本申请提供的爬壁机器人导航控制方法总流程图。
一种用于爬壁机器人的导航控制方法，爬壁机器人在作业工作时，以固定的工作周期循环执行各项控制工作,每个工作周期内依次完成作业机器人定位控制、行进方向控制和导航控制，包括：
S1:由所述第一超宽带模块、所述第二超宽带模块、所述定位基站组工作获取定位标签的相对坐标位置信息，并传送给所述工控机；
S2:在工控机内完成导航控制工作，所述工控机计算获得作业机器人应执行的行进角度，并传送至所述可编程逻辑控制器；
S3:所述可编程逻辑控制器内完成行进方向控制工作，计算获得所述伺服电机应执行的转速和转向；
S4:所述可编程逻辑控制器控制所述伺服驱动器控实现应执行的转速和转向。
机器人定位工作主要依赖超宽带模块实现，导航控制工作主要依赖所述工控机实现，行进方向控制工作主要依赖所述可编程逻辑控制器实现。
参见图2，为本申请提供的爬坡机器人定位控制方法流程图。
优选的，在爬壁机器人定位控制时，包括如下步骤：
作业机器人的定位通过UWB模块的测距定位功能实现，需要作业机器人、地面电控箱和定位基站中UWB模块同时工作并相互配合。布置在同一平面的UWB基站模块具有自动建立相对坐标系的功能，UWB标签模块具有测量自身到各基站模块距离的功能。
S1:在准备作业阶段，所述定位基站单元模块自动建立相对坐标系；
S2:每个所述定位基站单元将各自坐标分别发送至其他定位基站单元，并同时发送至所述第一超宽带模块、所述第二超宽带模块；
S3:在作业工作进行定位时，所述第一超宽带模块分别测量到所述第二超宽带模块、所述定位基站单元的飞行时间；
S4:根据电磁波的传输速度，获得到所述第二超宽带模块、所述定位基站单元的距离；
S5:所述第一超宽带模块根据测量的各距离数值和所述定位基站单元的坐标数值，解算自身坐标，进行数字滤波处理；
S6:所述第一超宽带模块将处理结果发送至所述第二超宽带模块，所述第二超宽带模块将处理结果输送至所述工控机，所述工控机获得所述定位基站单元的位置信息后，结合预先设定的作业路线，实现爬壁机器人的导航定位控制。
当基站组的UWB模块均处在同一平面内时，标签模块坐标结算结果可能存在两个解，容易判断其中一解为不合理位置(地面下方)，舍去该解。作业过程中UWB标签模块定位不断循环。
参见图3，本申请提供的爬坡机器人行进方向控制方法流程图
优选的，在爬壁机器人行进方向控制时，包括如下步骤：
对作业机器人行进方向控制通过调整两个电机转向实现。
S1:所述可编程逻辑控制器获取所述倾角传感器发送的角度数值和所述工控机发送的目标角度；
S2:所述可编程逻辑控制器解算获得作业机器人所处平面的倾斜角度和在所处平面的行进方向角度；
S3:结合目标角度，所述可编程逻辑控制器计算行进方向角度和目标角度偏差；
S4:判断行进方向角度和目标角度偏差是否在允许范围内，采取不同调整措施。具体表现为若偏差处于允许范围内，则保持当前电机转速和转向，不做调整。若偏差大于允许范围，则通过伺服驱动器反转其中一侧电机，使机器人原地旋转，直至偏差减小至允许范围内，再恢复转向，作业过程中行进方向控制过程周期性循环执行。
参见图4，本申请提供的爬坡机器人导航控制方法流程图。
优选的，在爬壁机器人导航控制时，包括如下步骤：
S1:将预先规划的运动路线保存在工控机中，或根据作业状态，由工控机程序实时规划运动路线，路线以离散的坐标序列的形式保存，作为行进目标点；
S2:在作业机器人运动过程中，所述定位基站单元实时测量机器人位置，获得当前机器人位置坐标；
S3:并与当前目标点坐标作比较，根据当前位置是否在目标点范围内，采取不同调整措施。即：若已抵达目标点则更新目标点坐标为下一个序列点，通过计算获得目标角度，由工控机发送至可编程逻辑控制器，进而控制行进方向。在作业过程中，导航控制不断循环。
本申请的有益效果：利用超宽带(UWB)定位技术获得爬壁机器人的位置信息，爬壁机器人在作业工作时，以固定的工作周期循环执行各项控制工作。每个工作周期内依次完成作业机器人定位、导航控制、行进方向控制。首先由作为定位标签、定位基站、定位控制台的各 UWB模块工作获取定位标签的相对坐标位置信息，并传送给地面控制箱中的工控机。在工控机内完成导航控制工作，计算获得作业机器人应执行的行进角度，并传送至可编程逻辑控制器。在可编程逻辑控制器内完成行进方向控制工作，计算获得两侧伺服电机应执行的转速和转向，并通过控制伺服驱动器实现，进而实现爬壁机器人在室内或室外环境下，根据预设行进路线移动，并能在作业过程中自动修正行进方向。
领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (4)

1.一种用于爬壁机器人的导航控制方法，其特征在于，爬壁机器人在作业工作时，以固定的工作周期循环执行各项控制工作,每个工作周期内依次完成作业机器人定位控制、行进方向控制和导航控制，包括：
S1:由所述第一超宽带模块、所述第二超宽带模块、所述定位基站组工作获取定位标签的相对坐标位置信息，并传送给所述工控机；
S2:所述工控机计算获得作业机器人应执行的行进角度，并传送至所述可编程逻辑控制器；
S3:所述可编程逻辑控制器内完成行进方向控制工作，计算获得所述伺服电机应执行的转速和转向；
S4:所述可编程逻辑控制器控制所述伺服驱动器控实现应执行的转速和转向。
2.根据权利要求1所述的一种用于爬壁机器人的导航控制方法，其特征在于，在爬壁机器人定位控制时，包括如下步骤：
S1:在准备作业阶段，所述定位基站单元模块自动建立相对坐标系；
S2:每个所述定位基站单元将各自坐标分别发送至其他定位基站单元，并同时发送至所述第一超宽带模块、所述第二超宽带模块；
S3:在作业工作进行定位时，所述第一超宽带模块分别测量到所述第二超宽带模块、所述定位基站单元的飞行时间；
S4:根据电磁波的传输速度，获得到所述第二超宽带模块、所述定位基站单元的距离；
S5:所述第一超宽带模块根据测量的各距离数值和所述定位基站单元的坐标数值，解算自身坐标，进行数字滤波处理；
S6:所述第一超宽带模块将处理结果发送至所述第二超宽带模块，所述第二超宽带模块将处理结果输送至所述工控机，所述工控机获得所述定位基站单元的位置信息后，结合预先设定的作业路线，实现爬壁机器人的导航定位控制。
3.根据权利要求1所述的一种用于爬壁机器人的导航控制方法，其特征在于，在爬壁机器人行进方向控制时，包括如下步骤：
S1:所述可编程逻辑控制器获取所述倾角传感器发送的角度数值和所述工控机发送的目标角度；
S2:所述可编程逻辑控制器解算获得作业机器人所处平面的倾斜角度和在所处平面的行进方向角度；
S3:结合目标角度，所述可编程逻辑控制器计算行进方向角度和目标角度偏差；
S4:判断行进方向角度和目标角度偏差是否在允许范围内，采取不同调整措施。
4.根据权利要求1所述的一种用于爬壁机器人的导航控制方法，其特征在于，在爬壁机器人导航控制时，包括如下步骤：
S1:将预先规划的运动路线保存在工控机中，或根据作业状态，由工控机程序实时规划运动路线，路线以离散的坐标序列的形式保存，作为行进目标点；
S2:在作业机器人运动过程中，所述定位基站单元实时测量机器人位置，获得当前机器人位置坐标；
S3:并与当前目标点坐标作比较，根据当前位置是否在目标点范围内，采取不同调整措施。
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