CN113059561A - 吸附机器人的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸附机器人的控制方法，包括：根据所述吸附机器人的受力条件，由所述受力条件中的力学矢量，建立关于所述吸附机器人沿预设运行轨迹运行的力学平衡模型；根据所述力学平衡模型，以及所述吸附机器人的运行状态，实时调节所述吸附机器人的吸附力大小，以使所述吸附机器人稳定运行。本发明的吸附机器人的控制方法，控制方式简单，运行稳定。

Description

吸附机器人的控制方法

技术领域

本发明属于机器人控制技术领域，更具体地，涉及一种吸附机器人的控制方法。

背景技术

在工业现场，机器人正在得到日益广泛的应用，目前工业现场的应用多是机械臂。但是，机械臂使用限制较多，在特种加工、巡检作业等多个场合的使用，均会有不便之处。针对机械臂的贵轨迹规划方法，也多采用示教编程，自动化程度低，柔性差，对操作人员要求搞，编程质量受操作影响大。

而移动吸附机器人，如申请号为201910431640.0中所述的吸附加工机器人，由于其活动方式较为灵活，能够吸附于待加工工件，进而能够更便利地对整个工件进行作业，能够应用于更多场景。针对移动吸附机器人的轨迹规划方法，多采用遥控的方式，对人员操作依赖大，自动化程度极低，大大限制了移动吸附机器人的应用。并且，目前工业上采用的吸附机器人，其吸附力多采用恒力控制，为了保证极端工况的稳定性，其吸附量冗余度较大，对行驶作业造成了很大的压力。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种吸附机器人的控制方法，其目的在于至少部分地解决目前吸附机器人有赖于人力控制、工况稳定性差的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种吸附机器人的控制方法，包括：

根据所述吸附机器人的受力条件，由所述受力条件中的力学矢量，建立关于所述吸附机器人沿预设运行轨迹运行的力学平衡模型；

根据所述力学平衡模型，以及所述吸附机器人的运行状态，实时调节所述吸附机器人的吸附力大小，以使所述吸附机器人稳定运行。

优选地，所述吸附机器人包括产生吸附力的至少一个吸附腔以及与被吸附面接触的至少一个驱动轮；

所述受力条件中的力学矢量包括：

所述驱动轮的驱动力矢量、所述被吸附面对各所述驱动轮提供的支撑力矢量、所述吸附机器人的重力矢量、各所述吸附腔的吸附力矢量以及各所述吸附腔所产生的吸附阻力矢量。

优选地，所述实时调节所述吸附机器人的吸附力大小，以使所述吸附机器人稳定运行，进一步包括：

由所述吸附力矢量和所述吸附力阻力矢量分别关于所述吸附腔的真空度的函数关系，以及所述重力矢量，对所述力学平衡模型进行矢量运算，将所述力学平衡模型转化为关于所述真空度的函数模型；

调节所述真空度，使所述函数模型满足力学平衡条件，实现实时调节所述吸附机器人的吸附力大小，以使所述吸附机器人稳定运行。

优选地，对所述预设运行轨迹的任一点，建立关于所述吸附机器人的相对坐标系；

提取所述预设运行轨迹上任一点的法矢量；

根据所述法矢量与水平面之间的夹角以及所述相对坐标系与竖直平面之间的夹角，通过重力矢量变换矩阵，将所述吸附机器人在世界坐标系下的第一重力矢量转换为所述相对坐标系下的第二重力矢量，所述第二重力矢量为所述吸附机器人用于矢量运算的所述重力矢量。

优选地，所述提取所述预设运行轨迹上任一点的法矢量进一步包括：

根据所述吸附机器人在所述预设运行轨迹所对应的任一位置点时的预设位姿信息，在所述相对坐标系下获取所述法矢量。

优选地，所述提取所述吸附机器人的预设运行轨迹上任一点的法矢量进一步包括：

实时监测所述吸附机器人的位姿信息，以获取所述法矢量。

优选地，所述力学平衡模型包括力平衡模型和力矩平衡模型；

所述力平衡模型表述如下：

所述力矩平衡模型表述如下：

其中，n为自然数，rw₁、rw_i分别为吸附机器人质心到第一驱动轮和第i个驱动轮与被吸附面接触点之间的距离矢量，rs₁、rs_j分别为吸附机器人质心到第一吸附腔和第j个吸附腔中心点之间的距离矢量，Nw_i为被吸附面对第i个驱动轮提供的支撑力矢量，Fs_j为第j个吸附腔产生的吸附力矢量，Fw为各驱动轮产生的驱动力以使吸附机器人沿其行进方向的驱动力合力矢量，Fr为各吸附腔吸附于被吸附面上时所产生的吸附阻力合力矢量，G₂为重力矢量。

优选地，所述控制方法还包括：

在所述吸附机器人稳定运行的状态下，根据所述吸附机器人的所述驱动力矢量和所述支撑力矢量的变化量，建立关于所述吸附机器人稳定运行的约束方程；

调节所述吸附力的大小，使得所述驱动力矢量和所述支撑力矢量满足所述约束方程。

优选地，所述实时调节所述吸附机器人的吸附力大小，进一步包括：

当所述吸附腔有多个时，

建立关于多个所述吸附腔的真空度变化的目标函数；

对所述目标函数进行最小化计算，获取满足所述吸附机器人稳定运行的最小吸附力。

优选地，所述目标函数为：

其中，n≥2，且为正整数，V_min为吸附机器人稳定运行所需形成的真空度最小值，V_i为吸附机器人的第i个吸附腔对应的真空度。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下优势：

1、通过对吸附机器人沿预设运行轨迹运行时的受力条件建立关于吸附机器人的力学平衡模型，并根据力学平衡模型对吸附机器人的吸附力进行自动实时调节，既能够使吸附机器人在运行过程中始终稳定运行，又能够增强吸附机器人运行的灵活性，并能够降低功耗。

2、由五个力学矢量建立力学平衡模型，将各矢量均统一到同一个坐标系中进行计算，并通过对力平衡和力矩平衡方程进行矢量运算，即能够实现快速调节吸附力，以使吸附机器人沿其预设运行轨迹稳定运行，建模、计算方式，以及控制方式均简单、可靠。

3、通过建立约束方程，以对吸附机器人的支撑力矢量和驱动力矢量的进一步限定，吸附机器人在保证稳定运行的基础上，能够更进一步降低能耗，保证运行的可靠性。

4、通过建立关于各吸附腔真空度的目标函数，并通过对目标函数最小化计算，能够进一步优化吸附力调节效率，降低吸附机器人运行功耗。

附图说明

图1是本发明实施例中一种吸附机器人的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参见图1所示，本发明实施例提供一种吸附机器人的控制方法，其包括：根据吸附机器人的受力条件，由受力条件中的力学矢量，建立关于吸附机器人沿预设运行轨迹运行的力学平衡模型；

根据力学平衡模型，以及吸附机器人的运行状态，调整吸附机器人的吸附力大小，以使吸附机器人稳定运行。

吸附机器人的具体结构可不作限定，只要其能够满足产生吸附力，以使得其能够在被吸附表面稳定运行即可。通常来说，吸附机器人包括驱动装置、吸附腔和驱动轮。吸附腔用于结合抽真空器件以产生吸附力，当吸附腔产生吸附力，吸附腔的底部可贴附到被吸附面上，以供吸附机器人定位在特定位置或位姿，或在特定条件下运行。其中，被吸附面为吸附机器人运行过程中的接触面，例如，地面、待作业器件的表面等。

在吸附机器人的驱动装置驱动的条件下，驱动轮沿被吸附面运行，以实现吸附机器人的运动。驱动轮至少有一个，通常有多个，本申请中以三个驱动轮为例进行说明。吸附腔也至少有一个，通常有多个，本申请中以三个吸附腔为例进行说明。吸附腔与驱动轮通常成对设置，吸附机器人在不同位置、位姿或不同作业条件下，各吸附腔所产生的吸附力大小可相同可不同，同样地，各驱动轮的驱动力也可相同可不同。

对于吸附机器人的预设运行轨迹，可以根据吸附机器人的工作需求具体设定，也可以在吸附机器人上设置监测器件，用以实时获取吸附机器人的行进路径，进而获取其运行轨迹。

具体地，可根据吸附机器人运行过程中的受力条件，建立力学平衡模型，使得吸附机器人在预设运行轨迹的任一点位置，均能够保持稳定运行。力学平衡模型所涉及的参量具体可包括吸附机器人的重力矢量、各驱动轮产生的驱动力矢量、被吸附面对各驱动轮所提供的支撑力矢量、吸附机器人的各吸附腔所产生的吸附力矢量，以及各吸附腔与被吸附面接触时所产生的吸附阻力矢量。

吸附机器人在沿预设运行轨迹运行时，需保持力学上的平衡，以使吸附机器人稳定运行。根据吸附机器人在运行过程中的力学平衡条件，建立力学平衡模型；并且，在吸附机器人力学平衡的基础上，根据吸附机器人的运行状态，实时调节其吸附力大小。

由上述各参量所建立的力学平衡模型包括力平衡模型和力矩平衡模型。其中，力矩平衡模型中，距离矢量为吸附机器人的质心到相应的作用力受力点之间的长度矢量。例如，关于驱动力矢量，其相应的距离矢量为吸附机器人质心到驱动轮与被吸附面接触点之间的长度矢量。针对特定的吸附机器人，重力矢量以及相应的距离矢量为已知量。

结合上述各参量，以及力平衡模型和力矩平衡模型在其相应的坐标系中各分量形成的平衡方程，即可获取吸附机器人在稳定运行过程中所需的吸附力大小，并实时调整，以使吸附机器人稳定运行。

例如，当吸附机器人在较为平坦、且相对水平面倾斜角度较小的被吸附面上运动或执行某作业，无需较大吸附力即能够使吸附机器人处于稳定运行状态时，则可调低吸附机器人的产生的吸附力。当吸附机器人在相对水平面倾斜角度较大的被吸附面上运动或执行某作业，需较大吸附力才能使吸附机器人处于稳定运行状态时，则可适当调高吸附机器人产生的吸附力。

根据吸附机器人的运行状态自动、实时调整其产生的吸附力大小，特别适用于需沿曲面工件表面运行等复杂运行条件或作业状态的吸附机器人，既能够保持吸附机器人的稳定运行，又能够降低吸附机器人运行过程的功耗，还能够提高吸附机器人运行的灵活性，避免吸附力过大而使得吸附机器人运动过程或改变运行状态时，吸附力出现冗余，且其反应时间增长。

在一些实施例中，实时调节吸附机器人的吸附力大小，以使吸附机器人稳定运行，进一步包括：

由吸附力矢量和吸附力阻力矢量分别关于吸附腔的真空度的函数关系，以及重力矢量，对力学平衡模型进行矢量运算，将力学平衡模型转化为关于真空度的函数模型；

调节真空度，使函数模型满足力学平衡条件，实现实时调节吸附机器人的吸附力大小，以使吸附机器人稳定运行。

吸附力矢量和吸附阻力矢量分别与吸附腔的真空度具有相应的函数关系，以下仍以三个吸附腔为例进行说明，分别为第一吸附腔、第二吸附腔和第三吸附腔。各吸附腔的大小可相同可不相同，通常情况下，优选各吸附腔的大小相同，本申请均以各吸附腔的大小相同为例进行说明。

其中，各吸附腔所产生的吸附力大小可由相应的吸附腔的真空度与面积大小的乘积得到，则各吸附腔的吸附力矢量可表述如下：

其中，Fs₁、Fs₂和Fs₃分别为第一吸附腔、第二吸附腔和第三吸附腔产生的吸附力矢量，s为吸附腔的面积，V₁、V₂和V₃分别为第一吸附腔、第二吸附腔和第三吸附腔的真空度。

在所构建的力学平衡模型中，各吸附腔吸附于被吸附面上时，各吸附腔吸附于被吸附面上时所产生的吸附阻力矢量分别为Fr₁、Fr₂和Fr₃。上述三个吸附阻力矢量所对应的吸附阻力合力矢量Fr与各吸附腔的真空度之间具有如下关系：

其中，μ为吸附腔与被吸附面之间的摩擦系数，V₁、V₂和V₃分别为第一吸附腔、第二吸附腔和第三吸附腔的真空度，s为吸附腔的面积，D为吸附机器人沿其行进方向的方向矢量。

根据吸附力矢量和吸附阻力矢量(或吸附阻力合力矢量)与各吸附腔的真空度的函数关系，在重力矢量已知的条件下，通过对力学平衡模型进行矢量运算，可以使得力学平衡模型能够转化为关于各吸附腔真空度的函数模型。在此基础上，根据力学平衡条件，相应地调节各吸附腔的真空度，即可实现吸附机器人根据运行状态而适时调整吸附力大小，进而使吸附机器人稳定运行的同时，能够降低功耗、提高运行灵活性。

本申请实施例在只有一个矢量为已知量的条件下，通过吸附力矢量和吸附阻力矢量与吸附腔真空度的函数关系，以及力学平衡模型的矢量运算，即能够将力学平衡模型转化为关于各吸附腔真空度的函数模型，计算方式简单，对实现吸附机器人吸附力调节的控制方式简便，能够有效提升控制效率。

在一些实施例中，对预设运行轨迹的任一点，建立关于吸附机器人的相对坐标系；

提取预设运行轨迹上任一点的法矢量；

根据法矢量与水平面之间的夹角以及相对坐标系与竖直平面之间的夹角，通过重力矢量变换矩阵，将吸附机器人在世界坐标系下的第一重力矢量转换为相对坐标系下的第二重力矢量，第二重力矢量为吸附机器人用于矢量运算的重力矢量。

当吸附机器人运行至不同的位置、位姿或处于不同作业条件下时，关于吸附机器人的相对坐标系是不断变化的。对于预设运行轨迹的任一点，均可建立相应的关于吸附机器人的相对坐标系。对于预设运行轨迹上任一点所建立的相对坐标系，其z轴为垂直于该点位置对应的被吸附面的轴线，以吸附机器人的行进方向为x轴，垂直于x轴和z轴所在平面的轴线为y轴。

吸附机器人在沿预设运行轨迹运行时，其在特定位置的位姿与被吸附面在该位置的法矢量具有对应关系。对于预设运行轨迹上任一点，可通过吸附机器人在该位置时的预设位姿信息获取该点的法矢量信息，或者，也可以通过在吸附机器人上设置相应的传感器件，以实时获取吸附机器人在该点上的位姿，以获取相应的法矢量信息。

由力学平衡模型中所涉及的各参量可知，除吸附机器人的重力矢量之外，其他各参量均在关于吸附机器人的相对坐标系中能够更直观、简洁地表述，而吸附机器人的第一重力矢量则在世界坐标系中更容易获取。

为简化计算，将世界坐标系中的第一重力矢量转换为关于吸附机器人的相对坐标系中的第二重力矢量，使得关于吸附机器人的重力矢量、各驱动轮产生的驱动力矢量、被吸附面对各驱动轮所提供的支撑力矢量、吸附机器人的各吸附腔所产生的吸附力矢量，以及各吸附腔与被吸附面接触时所产生的吸附阻力矢量，均在同一的相对坐标系中得以统一表达，以简化计算。

可以理解的是，也可以将在关于吸附机器人的相对坐标系中更易直观表达的各驱动轮产生的驱动力矢量、被吸附面对各驱动轮所提供的支撑力矢量、吸附机器人的各吸附腔所产生的吸附力矢量，以及各吸附腔与被吸附面接触时所产生的吸附阻力矢量，转化为世界坐标系中的参量。本实施例以关于吸附机器人的相对坐标系的计算为进行说明。

具体地，第一重力矢量可通过重力矢量变换矩阵转换为第二重力矢量，重力矢量变换矩阵T可具体表述如下：

其中，θ为预设运行轨迹上任一点的法矢量与水平面之间夹角，γ为关于吸附机器人的相对坐标系与竖直平面之间的夹角。

则第二重力矢量可表述为：

G₂＝T·G₁ (4)

其中，第一重力矢量的大小|G₁|＝mg，m为吸附机器人的质量，g为比例系数。

则第一重力矢量G₁可表述为：

G₁＝(0,-mg,0) (5)

通过重力转换矩阵转换得到的第二重力矢量，结合各驱动轮产生的驱动力矢量、被吸附面对各驱动轮所提供的支撑力矢量、吸附机器人的各吸附腔所产生的吸附力矢量，以及各吸附腔与被吸附面接触时所产生的吸附阻力矢量，即可在关于吸附机器人的相对坐标系下，建立能够使吸附机器人稳定运行的力学平衡模型。

本申请实施例中，对于力学平衡模型中的力平衡模型可具体表述如下：

其中，n为自然数，Nw_i为被吸附面对第i个驱动轮提供的支撑力矢量，Fs_j为第j个吸附腔产生的吸附力矢量，Fw为各驱动轮产生的驱动力以使吸附机器人沿其行进方向的驱动力合力矢量，Fr为各吸附腔吸附于被吸附面上时所产生的吸附阻力合力矢量，G₂为第二重力矢量。

吸附机器人通常具有两个或两个以上的吸附腔，以及两个或两个以上的驱动轮。本申请实施例中以吸附机器人具有三个吸附腔和三个驱动轮为例进行说明，三个吸附腔分别为第一吸附腔、第二吸附腔和第三吸附腔，三个驱动轮分别为第一驱动轮、第二驱动轮和第三驱动轮。则对于力学平衡模型中的力平衡模型可具体表述如下：

Nw₁+Nw₂+Nw₃+Fs₁+Fs₂+Fs₃+Fw+Fr+G₂＝(0,0,0) (7)

其中，Nw₁、Nw₂和Nw₃分别为被吸附面对第一驱动轮、第二驱动轮和第三驱动轮提供的支撑力矢量，Fs₁、Fs₂和Fs₃分别为第一吸附腔、第二吸附腔和第三吸附腔产生的吸附力矢量，Fw为各驱动轮产生的驱动力以使吸附机器人沿其行进方向的驱动力合力矢量，Fr为各吸附腔吸附于被吸附面上时所产生的吸附阻力合力矢量，G₂为第二重力矢量。

上述力平衡模型的矢量方程可具体分解为相对坐标系沿x轴、y轴和z轴的分量方程，可表述如下：

其中，Nw_1x、Nw_1y、Nw_1z分别为Nw₁沿x轴、y轴和z轴的分量，Nw_2x、Nw_2y、Nw_2z分别为Nw₂沿x轴、y轴和z轴的分量，Nw_3x、Nw_3y、Nw_3z分别为Nw₃沿x轴、y轴和z轴的分量，Fs_1x、Fs_1y、Fs_1z分别为Fs₁沿x轴、y轴和z轴的分量，Fs_2x、Fs_2y、Fs_2z分别为Fs₂沿x轴、y轴和z轴的分量，Fs_3x、Fs_3y、Fs_3z分别为Fs₃沿x轴、y轴和z轴的分量，Fw_x、Fw_y、Fw_z分别为Fw沿x轴、y轴和z轴的分量，Fr_x、Fr_y、Fr_z分别为Fr沿x轴、y轴和z轴的分量，G_2x、G_2y、G_2z分别为G₂沿x轴、y轴和z轴的分量。

力学平衡模型中的力矩平衡模型可具体表述如下：

其中，rw₁、rw_i分别为吸附机器人质心到第一驱动轮和第i个驱动轮与被吸附面接触点之间的距离矢量，rs₁、rs_j分别为吸附机器人质心到第一吸附腔和第j个吸附腔中心点之间的距离矢量，Nw_i为被吸附面对第i个驱动轮提供的支撑力矢量，Fs_j为第j个吸附腔产生的吸附力矢量，G₂为第二重力矢量，Hc为吸附机器人质心的位置矢量。其中，当i＝1时，则第i个驱动轮即为第一驱动轮，当j＝1时，第j个吸附腔即为第一吸附腔。

本申请实施例中，吸附机器人通常具有两个或两个以上的吸附腔，以及两个或两个以上的驱动轮。本申请实施例以吸附机器人具有三个驱动轮和三个吸附腔为例进行说明，力矩平衡模型可具体表述如下：

其中，rw₁、rw₂、rw₃分别为吸附机器人质心到第一驱动轮、第二驱动轮和第三驱动轮与被吸附面接触点之间的距离矢量，rs₁、rs₂、rs₃分别为吸附机器人质心到第一吸附腔、第二吸附腔和第三吸附腔中心点之间的距离矢量，Nw₂和Nw₃分别为被吸附面对第一驱动轮、第二驱动轮和第三驱动轮提供的支撑力矢量，Fs₁、Fs₂和Fs₃分别为第一吸附腔、第二吸附腔和第三吸附腔产生的吸附力矢量，G₂为第二重力矢量，Hc为吸附机器人质心的位置矢量。

由公式(1)和(2)可知，Fr、Fs₁、Fs₂和Fs₃均为关于各吸附腔真空度的函数关系。结合上述公式(1)、(2)、(6)和(9)，即可得到如下数据：被吸附面对第一驱动轮、第二驱动轮和第三驱动轮提供的支撑力矢量Nw₁、Nw₂和Nw₃，第一吸附腔、第二吸附腔和第三吸附腔产生的吸附力矢量Fs₁、Fs₂和Fs₃，各驱动轮产生的驱动力以使吸附机器人沿其行进方向的驱动力合力矢量Fw，以及各吸附腔吸附于被吸附面上时所产生的吸附阻力合力矢量Fr，均是关于各吸附腔真空度的函数关系。因此，通过调节各吸附腔的真空度，进而实现对各吸附腔吸附力的调节，即可使吸附机器人在预设运行轨迹上任一点处于力学平衡状态，从而使其稳定运行。

在一些实施例中，控制方法还包括：

在吸附机器人稳定运行的状态下，根据吸附机器人的驱动力矢量和支撑力矢量的变化量，建立关于吸附机器人稳定运行的约束方程；

调节吸附力的大小，使得驱动力矢量和支撑力矢量满足约束方程。

通过建立约束方程，使吸附机器人在满足力学平衡模型的基础上，对各吸附腔真空度的调节还同时满足约束方程，能够使吸附机器人更稳定地运行。

具体地，约束方程包括对力学平衡模型中多个参量形成的约束条件，具体包括被吸附面对各驱动轮提供的支撑力、各驱动轮的驱动力，以及各吸附腔的吸附力。对于吸附力的调节，具体为对各吸附腔的真空度的调节。

其中，吸附机器人在沿预设运行轨迹运行时，在预设运行轨迹的任一点，其驱动轮不会发生打滑、不会发生倾覆的状况，在吸附机器人稳定运行时，各吸附腔的真空度不会超过该吸附腔真空度调节的最大值，也不会低于所需的最小值，也即吸附力的调节在其预设的调节范围内。

则在预设运行轨迹的任一点，对任一驱动轮，需使得被吸附面沿垂直于被吸附面的方向对相应的驱动轮的支撑力大于0，即沿z轴方向的分量大于0，具体可表述如下：

其中，Nw_1z、Nw_2z、Nw_3z分别为Nw₁、Nw₂、Nw₃沿z轴的分量。

在预设运行轨迹的任一点，对任一驱动轮，需使得各驱动轮的驱动力小于该驱动轮对应的吸附腔与被吸附面之间的摩擦系数和被吸附面对该驱动轮沿z轴的支撑力大小之积，具体可表述如下：

其中，μ为吸附腔与被吸附面之间的摩擦系数，Fw₁、Fw₂、Fw₃分别为第一驱动轮、第二驱动轮和第三驱动轮的驱动力。

其中，V₁、V₂和V₃分别为第一吸附腔、第二吸附腔和第三吸附腔的真空度，V_1min、V_1max分别为第一吸附腔的真空度调节的最小值和最大值，V_2min、V_2max分别为第二吸附腔的真空度调节的最小值和最大值，V_3min、V_3max分别为第三吸附腔的真空度调节的最小值和最大值。通常情况下，V_1min＝V_2min＝V_3min，V_1max＝V_2max＝V_3max。

可以理解的是，吸附机器人在运行过程中，没有满足上述条件时，可通过相应的示警信号等方式进行信号反馈，以便于及时处理。

在一些实施例中，实时调节吸附机器人的吸附力大小，进一步包括：

当吸附腔有多个时，

建立关于多个吸附腔的真空度变化的目标函数；

对目标函数进行最小化计算，获取满足吸附机器人稳定运行的最小吸附力。

当吸附腔只有一个时，根据力学平衡模型所得到的真空度直接调整即可。当吸附腔有多个时，还可进一步优化各吸附腔的真空度，以使得吸附机器人的效能更优。在对各吸附腔的吸附力进行调节时，为进一步降低吸附机器人运行过程中的能耗，可在上述力学平衡模型以及各约束参量的基础上，再进一步优化各吸附腔吸附力的调节。

具体地，由对各吸附腔的真空度的调节实现对各吸附腔的吸附力的调节，吸附机器人的总的吸附力的调节，可对应为吸附机器人总的真空度V的调节。在满足力学平衡模型和约束条件下，真空度V越小，吸附机器人能耗越小。因此，在满足吸附机器人稳定运行的条件下，可对关于各吸附腔真空度的目标函数进行最小化计算，吸附机器人所需的真空度V的最小值V_min可对各吸附腔的真空度之和采用最小值函数求取，可具体表述如下：

其中，n≥2，且为正整数，V_min为吸附机器人稳定运行所需形成的真空度最小值，V_i为吸附机器人的第i个吸附腔对应的真空度。

本发明的吸附机器人的控制方法，通过对吸附机器人沿预设运行轨迹运行时的受力条件建立关于吸附机器人的力学平衡模型，并根据力学平衡模型对吸附机器人的吸附力进行实时调节，既能够使吸附机器人在运行过程中始终稳定运行，又能够增强吸附机器人运行的灵活性，并能够降低功耗。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种吸附机器人的控制方法，其特征在于，包括：

根据所述吸附机器人的受力条件，由所述受力条件中的力学矢量，建立关于所述吸附机器人沿预设运行轨迹运行的力学平衡模型；

根据所述力学平衡模型，以及所述吸附机器人的运行状态，实时调节所述吸附机器人的吸附力大小，以使所述吸附机器人稳定运行。

2.如权利要求1所述的吸附机器人的控制方法，其特征在于，所述吸附机器人包括产生吸附力的至少一个吸附腔以及与被吸附面接触的至少一个驱动轮；

所述受力条件中的力学矢量包括：

所述驱动轮的驱动力矢量、所述被吸附面对各所述驱动轮提供的支撑力矢量、所述吸附机器人的重力矢量、各所述吸附腔的吸附力矢量以及各所述吸附腔所产生的吸附阻力矢量。

3.如权利要求2所述的吸附机器人的控制方法，其特征在于，

所述实时调节所述吸附机器人的吸附力大小，以使所述吸附机器人稳定运行，进一步包括：

由所述吸附力矢量和所述吸附力阻力矢量分别关于所述吸附腔的真空度的函数关系，以及所述重力矢量，对所述力学平衡模型进行矢量运算，将所述力学平衡模型转化为关于所述真空度的函数模型；

调节所述真空度，使所述函数模型满足力学平衡条件，实现实时调节所述吸附机器人的吸附力大小，以使所述吸附机器人稳定运行。

4.如权利要求3所述的吸附机器人的控制方法，其特征在于，

对所述预设运行轨迹的任一点，建立关于所述吸附机器人的相对坐标系；

提取所述预设运行轨迹上任一点的法矢量；

根据所述法矢量与水平面之间的夹角以及所述相对坐标系与竖直平面之间的夹角，通过重力矢量变换矩阵，将所述吸附机器人在世界坐标系下的第一重力矢量转换为所述相对坐标系下的第二重力矢量，所述第二重力矢量为所述吸附机器人用于矢量运算的所述重力矢量。

5.如权利要求4所述的吸附机器人的控制方法，其特征在于，所述提取所述预设运行轨迹上任一点的法矢量进一步包括：

根据所述吸附机器人在所述预设运行轨迹所对应的任一位置点时的预设位姿信息，在所述相对坐标系下获取所述法矢量。

6.如权利要求4所述的吸附机器人的控制方法，其特征在于，所述提取所述吸附机器人的预设运行轨迹上任一点的法矢量进一步包括：

实时监测所述吸附机器人的位姿信息，以获取所述法矢量。

7.如权利要求1所述的吸附机器人的控制方法，其特征在于，所述力学平衡模型包括力平衡模型和力矩平衡模型；

所述力平衡模型表述如下：

所述力矩平衡模型表述如下：

其中，n为自然数，rw₁、rw_i分别为吸附机器人质心到第一驱动轮和第i个驱动轮与被吸附面接触点之间的距离矢量，rs₁、rs_j分别为吸附机器人质心到第一吸附腔和第j个吸附腔中心点之间的距离矢量，Nw_i为被吸附面对第i个驱动轮提供的支撑力矢量，Fs_j为第j个吸附腔产生的吸附力矢量，Fw为各驱动轮产生的驱动力以使吸附机器人沿其行进方向的驱动力合力矢量，Fr为各吸附腔吸附于被吸附面上时所产生的吸附阻力合力矢量，G₂为重力矢量。

8.如权利要求2所述的吸附机器人的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

在所述吸附机器人稳定运行的状态下，根据所述吸附机器人的所述驱动力矢量和所述支撑力矢量的变化量，建立关于所述吸附机器人稳定运行的约束方程；

调节所述吸附力的大小，使得所述驱动力矢量和所述支撑力矢量满足所述约束方程。

9.如权利要求2所述的吸附机器人的控制方法，其特征在于，所述实时调节所述吸附机器人的吸附力大小，进一步包括：

当所述吸附腔有多个时，

建立关于多个所述吸附腔的真空度变化的目标函数；

对所述目标函数进行最小化计算，获取满足所述吸附机器人稳定运行的最小吸附力。

10.如权利要求9所述的吸附机器人的控制方法，其特征在于，所述目标函数为：

其中，n≥2，且为正整数，V_min为吸附机器人稳定运行所需形成的真空度最小值，V_i为吸附机器人的第i个吸附腔对应的真空度。

Images