CN116300965A - 基于rtk的四履带爬壁机器人、导航控制系统及方法 - Google Patents

基于rtk的四履带爬壁机器人、导航控制系统及方法 Download PDF

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CN116300965A CN202310398824.8A CN202310398824A CN116300965A CN 116300965 A CN116300965 A CN 116300965A CN 202310398824 A CN202310398824 A CN 202310398824A CN 116300965 A CN116300965 A CN 116300965A
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Abstract

基于RTK的四履带爬壁机器人、导航控制系统及方法，该系统包括RTK基站、RTK接收机、数据采集卡、无线通信模块、嵌入式控制机、单片机、电机驱动控制模块和电源。所述RTK基站提供参考基准；RTK接收机输出端和采集负压信号的数据采集卡输出端均与嵌入式控制机输入端相连，所述嵌入式控制机包含数据处理模块和模糊PID控制模块；嵌入式控制机的输出端和无线通讯模块均与单片机输入端连接；单片机输出端与电机驱动控制模块相连；电源为整个系统供电。系统根据载波相位差分技术接收爬壁机器人的实时位置信号，采用模糊PID控制技术控制爬壁机器人的转向，并使爬壁机器人按预设导航线轨迹行走，实现低误差导航控制。

Description

基于RTK的四履带爬壁机器人、导航控制系统及方法
技术领域
本发明涉及爬壁机器人智能控制技术领域，特别涉及一种基于实时动态载波相位差分技术(RTK)与模糊PID控制的四履带爬壁机器人导航控制方法及系统。
背景技术
近年来，随着产业的升级转型以及工业发展的需求，爬壁机器人被广泛应用于交通运输、建筑制造等领域的竖直壁面工程作业中，实现了在危险艰苦的环境下以机械结构作业方式代替人工作业方式。爬壁机器人按移动方式通常可分为腿足式爬壁机器人、轮式爬壁机器人和履带式爬壁机器人等。随着经济水平的提升和工业技术的快速发展，爬壁机器人面对的作业场景愈发多元和复杂，例如金属桥梁、轮船、天花板、建筑体桁架，工厂管道、民用脚手架等等。然而腿足式和轮式爬壁机器人常因自身结构特点或移动方式限制不适用于桁架、管道、脚手架等较为狭窄特殊的壁面和工作环境。履带式爬壁机器人具有良好的壁面适用性能，其中采用负压吸附方式的四履带爬壁机器人在具有壁面适应性强的优点之外，还具备吸附力大、稳定性好、越障能力强的优势。
但四履带爬壁机器人在行走的过程中，由于自身结构特点和壁面的共同影响，使得履带与壁面之间会发生滑移和滑转现象。而履带和壁面之间的相对滑动会造成四履带爬壁机器人的运动轨迹发生偏移，因此在作业过程中需要手动对四履带爬壁机器人姿态进行实时调整。一旦四履带爬壁机器人偏离轨迹则需要大量的时间重新调整规划运动轨迹，这一缺点严重降低了四履带爬壁机器人的安全性和作业效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于RTK的四履带爬壁机器人、导航控制系统及方法，针对爬壁机器人在移动过程中履带和壁面之间产生的滑移和滑转现象，进而造成爬壁机器人在工作过程中偏离预设的导航线轨迹问题，采用RTK定位导航系统及模糊PID控制方法对四履带爬壁机器人进行精准导航控制，该方法克服了滑移和滑转现象产生误差带来的影响，提高了爬壁机器人按预设导航轨迹线行走的准确性及效率。
基于RTK的四履带爬壁机器人，每条履带均通过履带架安装有一个驱动轮，四个支重轮以及一个导向轮；前双履带和后双履带各安装一个负压吸附系统，每个负压吸附系统安装在左右两侧履带架的中间位置并通过铰接机构连接；
所述负压吸附系统包括直流无刷电机、电机座、离心风机、负压腔体和密封裙；所述直流无刷电机通过电机座固定；所述离心风机由直流无刷电机驱动并置于负压腔体外，所述负压腔体通过密封裙密封；离心风机高速旋转使负压腔体内外产生压差，形成负压机构，使四履带爬壁机器人吸附在壁面上。
本发明提供一种基于RTK的四履带爬壁机器人的导航控制系统，该控制系统包括RTK基站、RTK接收机、数据采集卡、无线通信模块、嵌入式控制机、单片机、电机驱动控制模块和电源；所述嵌入式控制机包括数据处理模块和模糊PID控制器；
所述RTK接收机和数据采集卡的输出端与嵌入式控制机的输入端连接，所述的无线通信模块与单片机互相连接，嵌入式控制机的输出端与单片机输入端连接，单片机输出端与电机驱动控制模块连接，所述电源为整个系统供电；
所述RTK基站放置在四履带爬壁机器人作业地点相近的固定位置，接收GPS位置信号；
所述RTK接收机安装在四履带爬壁机器人本体上，通过载波相位差分技术，实时获得四履带爬壁机器人的位置信号；
所述数据采集卡安装在四履带爬壁机器人上，获取负压吸附系统的负压和各个驱动电机的转速；所述的无线通信模块与单片机相连，实行四履带爬壁机器人的远程遥控控制；
所述嵌入式控制机嵌在四履带爬壁机器人内，包括数据处理模块和模糊PID控制器，数据处理模块接收RTK接收机的实时位置信号和数据采集卡的负压和驱动电机转速信号，模糊PID控制器接收处理后的数据，获得四履带爬壁机器人到达目标点所需的负压大小，转向角度和各个驱动电机的转速；
所述的单片机接收嵌入式控制机输出的控制信号，进而控制四履带爬壁机器人的电机驱动控制模块，实现控制四履带爬壁机器人的转向，使四履带爬壁机器人按预设路线行走。
本发明还提供一种基于RTK的四履带爬壁机器人的导航控制方法，该方法由以下步骤实现：
步骤S1：设定四履带爬壁机器人的目标轨迹，计算所述机器人的安全吸附力以及当前位置与目标位置的距离偏差和航向角偏差；
步骤S2：驱动离心风机使四履带爬壁机器人安全吸附在壁面上，结合距离偏差和航向偏差值通过模糊PID控制方法得到驱动信号；
步骤S3：通过电机驱动各履带，控制四履带爬壁机器人的位置和姿态；
步骤S4：完成四履带爬壁机器人导航控制。
本发明的有益效果：
(1)改善了四履带爬壁机器人在壁面作业时，因履带受壁面和本体结构的影响，与壁面之间发生打滑造成轨迹发生偏移的现象，提高了爬壁机器人的安全性和灵活性；
(2)采用载波相位差分技术(RTK)实时定位四履带爬壁机器人的作业轨迹，进而有效、准确、实时的获取爬壁机器人作业时的位姿参数；
(3)采用模糊PID控制技术，并确定PID的三个参数KP、KI、KD与距离偏差和航向角偏差之间的模糊关系，在运行过程中根据距离偏差与航向角偏差的变化，依据模糊控制原理对三个参数进行在线修改，从而使被控对象具有良好的动态、静态性能。
(4)通过控制四履带爬壁机器人的吸附系统、转向系统和各履带驱动电机，使四履带爬壁机器人安全地作业在壁面上，并且实现精准导航控制。
附图说明
图1为本发明的四履带爬壁机器人结构示意图；
图2为本发明的四履带爬壁机器人负压系统局部图；
图3为本发明的四履带爬壁机器人铰接机构局部图；
图4为本发明的四履带爬壁机器人履带架局部图；
图5为本发明的基于RTK的四履带爬壁机器人导航控制系统的总体示意图；
图6为四履带爬壁机器人安装本发明的示意图；
图7为本发明的基于RTK的四履带爬壁机器人导航控制的实现方法流程图；
图8为四履带爬壁机器人距离偏差和航向角偏差的示意图；
图9为四履带爬壁机器人导航控制的技术流程；
图中：1、RTK基站；2、RTK接收机；3、数据采集卡；4、无线通讯模块；5、嵌入式控制机；51、数据处理模块；52、模糊PID控制模块；6、单片机；7、电机驱动控制模块；8、电源；9、履带，10、驱动轮11、支重轮，12、导向轮，13、负压吸附系统，14、铰接机构，15、直流无刷电机，16、电机座，17、离心风扇，18、腔体，19、密封裙。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图4说明本实施方式，基于RTK的四履带爬壁机器人；图1为本发明的四履带爬壁机器人结构示意图；四履带爬壁机器人每条履带9都由一个驱动轮10，四个支重轮11、一个导向轮12和履带架构成；前双履带和后双履带各安装一个负压吸附系统13，每个负压吸附系统安装在左右两侧履带架中间；所述四履带爬壁机器人运动装置采用的前双履带行走装置和后双履带行走装置铰接机构14，能够适应不同的壁面，很好地实现避障功能；
图2为本发明的四履带爬壁机器人负压系统局部图；所述的负压吸附系统包括直流无刷电机15、电机座16、径流式离心风扇17(离心风机)、负压腔体18和密封裙19。径流式离心风扇17由直流无刷电机驱动，置于腔体18外，高速旋转使腔体内外产生压差，形成负压机构，使四履带爬壁机器人吸附在壁面上；
图3为本发明的四履带爬壁机器人铰接机构局部图；所述的铰接机构安装在前后负压腔上，既能实现轴向转动，使四履带爬壁机器人完成转向作业，又能实现径向转动，使四履带爬壁机器人完成越障工作。
具体实施方式二、结合图5和图6说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的基于RTK的四履带爬壁机器人的导航控制系统，图5为本发明的基于RTK的四履带爬壁机器人导航控制系统的总体示意图，包括RTK基站1、RTK接收机2、数据采集卡3、无线通信模块4、嵌入式控制机5、单片机6、电机驱动控制模块7和电源8；
所述RTK接收机2和数据采集卡3的输出端与嵌入式控制机5的输入端连接，所述的无线通信模块4与单片机6互相连接，嵌入式控制机5的输出端与单片机6输入端连接，单片机6输出端与电机驱动控制模块7相连，所述电源8为整个系统供电；
所述RTK基站1放置在四履带爬壁机器人作业地点相近的固定位置，接收GPS位置信号；
所述的RTK接收机2安装在四履带爬壁机器人本体上，通过载波相位差分技术，实时获得四履带爬壁机器人的位置信号；
所述的数据采集卡3安装在四履带爬壁机器人上，获取负压吸附系统的负压和各个驱动电机的转速；所述的无线通信模块4与单片机6相连，可以实行四履带爬壁机器人的远程遥控控制；
所述的嵌入式控制机5嵌在四履带爬壁机器人内，包括数据处理模块51和模糊PID控制器52，数据处理模块51接收来自RTK接收机2的实时位置信号和数据采集卡3的负压和驱动电机转速信号，模糊PID控制器52接收处理后的数据，得到四履带爬壁机器人到达目标点所需的负压大小，转向角度和各个驱动电机的转速；
所述的单片机6接收嵌入式控制机输出的控制信号，来控制四履带爬壁机器人的电机驱动控制模块7，从而控制四履带爬壁机器人的转向，使四履带爬壁机器人按预设路线行走；
所述的电机驱动控制模块7包括负压系统驱动电机、转向系统驱动电机和各履带驱动电机，各电机驱动器接收单片机6传输来的信息，从而控制各驱动电机，进而控制吸附系统、转向系统和各履带驱动轮，使四履带爬壁机器人安全吸附在壁面并且按预设导航线轨迹行驶；
所述的导航线路线GPS信息由操作人员输入到导航控制系统中，进行提前设定；
所述的RTK接收机2采集四履带爬壁机器人的实时位置和运动轨迹，并传输入嵌入式控制机5，嵌入式控制机5的数据处理模块51根据实时位置GPS信号和目标位置GPS信号，计算出四履带爬壁机器人实时轨迹位置与导航线目标位置的距离偏差和航向角偏差，距离偏差和航向角偏差作为模糊PID控制器52的输入；
嵌入式控制机5中的模糊PID控制器52，首先将距离偏差和航向角偏差输入至模糊控制器，根据针对四履带爬壁机器人行驶参数所编辑的模糊规则，调整模糊控制器的三个输出参数：KP、KI、KD。随后，PID控制器根据四履带爬壁机器人作业过程中的总偏差和三个参数的实时变化情况，将控制指令传输给单片机6，从而控制电机驱动控制模块7：控制负压吸附系统的离心风扇驱动电机的转速来控制吸附力，控制各条履带驱动电机的转速和转向系统中电动推杆的进程来控制四履带爬壁机器人的位置和姿态；
所述各条履带实际所需速度：
Figure BDA0004178639420000061
式中：v′1、v′2、v′3、v′4分别为每条履带实际所需速度；v1、v2、v3、v4分别为各条履带行驶速度；Δv1为前两侧履带速度差；Δv2为后两侧履带速度差。
各电机驱动器接收单片机6传输来的信息，从而控制各驱动电机，进而控制吸附系统、转向系统和各履带驱动轮，使四履带爬壁机器人安全吸附在壁面并且按预设导航线轨迹行驶。
图6是四履带爬壁机器人安装本发明的示意图。RTK接收器2安装在四履带爬壁机器人的行走装置上，随着四履带爬壁机器人的作业过程实时采集GPS位置信息传输到嵌入式控制机5；单片机6安装在四履带爬壁机器人上，负压通过数据采集卡3传输到嵌入式控制机5；控制负压腔吸附力，使四履带爬壁机器人能在壁面上安全作业。无线通信模块4安装在四履带爬壁机器人上，可以实行四履带爬壁机器人的远程遥控控制。嵌入式控制机5和电源8固定在四履带爬壁机器人内；嵌入式控制机5输出的信号通过单片机6控制电机驱动控制模块7；电机驱动控制模块7通过各电机驱动器控制各驱动电机，完成导航控制。
具体实施方式三、结合图7至图9说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式二所述的基于RTK的四履带爬壁机器人导航控制系统的控制方法，
图7为本发明的基于RTK的四履带爬壁机器人导航控制的实现方法流程图，具体实现步骤如下：
步骤S1：给定四履带爬壁机器人的目标轨迹，计算机器人的安全吸附力以及当前位置与目标位置的距离偏差和航向角偏差；
步骤S101：爬壁机器人的位置信号由RTK接收机2接收，负压腔负压信号由数据采集卡3接收；
步骤S102：将机器人实时位置信号和负压信号传输至嵌入式控制机5；
步骤S103：根据所接受的信号，由数据处理模块51计算得到爬壁机器人的安全吸附力、距离偏差及航向角偏差。
所述步骤S103中，四履带爬壁机器人当前位置与目标位置的距离偏差和航向角偏差的计算方法具体如图8所示。设定四履带爬壁机器人沿导航线SA行走，所述S为导航线轨迹的起始点，所述A为导航线轨迹的终点。
假设经一段时间后，四履带爬壁机器人理论上应该到达的位置为Q点，用WQ＝[xq,yq,θq]表示四履带爬壁机器人理论位置和姿态。而履带在作业过程中产生的滑移和滑转现象，导致机器人会偏离预设的导航线轨迹。四履带爬壁机器人实际到达位置为P点，用WP＝[xp,yp,θp]表示四履带爬壁机器人实际位置和姿态。则四履带爬壁机器人任意时刻当前位置与导航线目标位置的偏差We可表示为：
Figure BDA0004178639420000071
式中：xe为机器人当前位置与目标位置在水平方向上的偏差；ye为机器人当前位置与目标位置在竖直向上的偏差；θe为机器人当前位置与目标位置的航向角偏差；xq为机器人在水平方向上的理论位置坐标；yq为机器人在竖直方向上的理论位置坐标；θq为机器人处于理论姿态时的航向角；xp为机器人在水平方向上的实际位置坐标；yp为机器人在竖直方向上的实际位置坐标；θp为机器人实际姿态航向角。
当前位置与导航线目标位置的距离偏差De表示为：
Figure BDA0004178639420000081
当前位置与导航线目标位置的航向角偏差θe表示为：
θe＝θq-θp (4)
步骤S2：驱动风机使四履带爬壁机器人安全吸附在壁面上，结合距离偏差和航向偏差值通过模糊PID控制方法得到驱动信号；
步骤S201：将安全吸附信号传输到单片机6，由单片机6控制离心风扇驱动风机；
步骤S202：将距离偏差和航向角偏差输入到模糊PID控制模块52，得到电机驱动控制模块7的驱动信号。
所述步骤S202的具体实施方法为：
构建四履带爬壁机器人的模糊PID控制器52，然后将设置好的模糊PID控制器52应用在实际作业中，实现精准导航控制。
首先对四履带爬壁机器人的距离偏差和航向角偏差的模糊论域进行设定。其中，距离偏差的模糊论域为[-0.05，0.05]，单位为(m)；航向角偏差的模糊论域为[-10，10]，单位为(°)。将这两个输入偏差分为七个等级，即NB(负大)、NM(负中)、NS(负小)、ZO(零)、PS(正小)、PM(正中)、PB(正大)，当距离偏差和航向角偏差超出设定的相应调节范围时，四履带爬壁机器人各履带速度与偏转角度将以最小转向半径进行匹配，使机器人在最短时间内行驶至导航线路线。
模糊控制器包含三个输出变量，分别控制PID控制器的三个参数KP、KI和KD。通过调试匹配控制参数，选取合理的范围，以达到对四履带爬壁机器人控制的精度要求。
其中，所述比例增益系数KP可以加快系统的响应速度、提高调节精度，其隶属度调节范围为[1，3]，KP分为五个等级：KP1，KP2，KP3，KP4，KP5；所述积分调节系数KI可以消除系统残差，隶属度调节范围为[0.01，0.05]，KI分为五个等级：KI1，KI2，KI3，KI4，KI5；所述微分调节系数KD可以改善系统的动态性能，隶属度调节范围为[0.005，0.025]，KD分为五个等级KD1，KD2，KD3，KD4，KD5。
模糊控制共有49条模糊规则，四履带爬壁机器人导航是距离偏差和航向角偏差共同作用的结果，能否实现对导航线轨迹的准确跟踪的关键是设置合理的控制规则，即针对不同的运行偏差状态需要对应施加不同的控制参数从而确保四履带爬壁机器人能够快速地消除偏差并回归导航线轨迹。为实现上述控制目标，对应的控制思想可具体描述如下：
(1)KP主要用来调节系统的响应速度，以加快纠正轨迹偏差的速度。换言之，当距离偏差和航向角偏差较大时，KP取较大值，能够快速接近导航线轨迹；而当轨迹偏差减小时，应同时减小KP值从而保持当前逼近方向；当距离偏差进一步减小时，航向角偏差变为主要偏差时，应增大KP值，使其能够快速调整自身姿态，与预设位姿相匹配，同时减小调姿震荡。
(2)KI主要用来提高系统的控制精度，提高对误差的敏感度。但是KI也会使系统对偏差反应过于频繁，引起较大的震荡。当初始位置与导航线轨迹偏差较大时，KI则取较小值，避免系统出现震荡；随着纠偏的进程，距离偏差逐渐变小，应相应地增大KI值，从而提高系统的精度，使实际轨迹与导航线轨迹呈现出更高地吻合度。一旦出现驶过预设路径的情况，应调大KI取值，加快系统响应速度，尽快回归预设路径中。
(3)KD可以用来对系统的动态特性进行调节。当偏差较大时，KD也取较大值，可以有效抑制系统的震荡。当实际轨迹位置与导航线目标位置之间的偏差较小时，KD同时较小值，以增加路径追踪系统的控制精度。
由此可推理出KP、KI和KD的模糊输出集，根据模糊输出集经解模糊运算得出系统的控制参数。解模糊运算应用最大隶属度法。
步骤S3：通过电机驱动各履带，控制四履带爬壁机器人的位置和姿态；
步骤S301：嵌入式控制机5将模糊PID控制模块52得到的控制信号传输到单片机6；
步骤S302：单片机6根据控制信号实时控制电机驱动控制模块7，控制各条履带驱动电机的转速和转向系统中电动推杆的进程，最终完成四履带爬壁机器人位置和姿态的控制，完成四履带爬壁机器人导航控制。

Claims (10)

1.基于RTK的四履带爬壁机器人，其特征是：每条履带均通过履带架安装有一个驱动轮，四个支重轮以及一个导向轮；前双履带和后双履带各安装一个负压吸附系统，每个负压吸附系统安装在左右两侧履带架的中间位置并通过铰接机构连接；
所述负压吸附系统包括直流无刷电机、电机座、离心风机、负压腔体和密封裙；所述直流无刷电机通过电机座固定；所述离心风机由直流无刷电机驱动并置于负压腔体外，所述负压腔体通过密封裙密封；离心风机高速旋转使负压腔体内外产生压差，形成负压机构，使四履带爬壁机器人吸附在壁面上。
2.根据权利要求1所述的基于RTK的四履带爬壁机器人的导航控制系统，其特征是：该控制系统包括RTK基站、RTK接收机、数据采集卡、无线通信模块、嵌入式控制机、单片机、电机驱动控制模块和电源；所述嵌入式控制机包括数据处理模块和模糊PID控制器；
所述RTK接收机和数据采集卡的输出端与嵌入式控制机的输入端连接，所述的无线通信模块与单片机互相连接，嵌入式控制机的输出端与单片机输入端连接，单片机输出端与电机驱动控制模块连接，所述电源为整个系统供电；
所述RTK基站放置在四履带爬壁机器人作业地点相近的固定位置，接收GPS位置信号；
所述RTK接收机安装在四履带爬壁机器人本体上，通过载波相位差分技术，实时获得四履带爬壁机器人的位置信号；
所述数据采集卡安装在四履带爬壁机器人上，获取负压吸附系统的负压和各个驱动电机的转速；所述的无线通信模块与单片机相连，实行四履带爬壁机器人的远程遥控控制；
所述嵌入式控制机嵌在四履带爬壁机器人内，包括数据处理模块和模糊PID控制器，数据处理模块接收RTK接收机的实时位置信号和数据采集卡的负压和驱动电机转速信号，模糊PID控制器接收处理后的数据，获得四履带爬壁机器人到达目标点所需的负压大小，转向角度和各个驱动电机的转速；
所述的单片机接收嵌入式控制机输出的控制信号，进而控制四履带爬壁机器人的电机驱动控制模块，实现控制四履带爬壁机器人的转向，使四履带爬壁机器人按预设路线行走。
3.根据权利要求2所述的基于RTK的四履带爬壁机器人的导航控制系统，其特征在于：所述模糊PID控制器的具体控制过程为：
在确定四履带爬壁机器人导航控制作业过程中所产生的偏差来源后，以当前作业位置与预设导航线目标点之间的距离偏差和航向角偏差作为模糊PID控制系统的两个输入参数；
首先将参数输入至模糊PID控制器，根据针对四履带爬壁机器人行驶参数所编辑的模糊规则，调整模糊控制器的三个输出参数：KP、KI、KD；
然后，所述模糊PID控制器根据四履带爬壁机器人作业过程中的总偏差和三个参数的实时变化情况，将控制指令传输给单片机，从而控制电机驱动控制模块：控制负压吸附系统的离心风机驱动电机的转速来控制吸附力，控制各条履带驱动电机的转速和转向系统中电动推杆的进程来控制四履带爬壁机器人的位置和姿态。
4.根据权利要求2所述的一种基于RTK的四履带爬壁机器人导航控制系统，其特征在于：所述模糊PID控制器的具体结构为：
模糊PID控制器包括输入模块、参数模糊化模块、模糊推理模块、解模糊化和PID模块；
所述输入模块：四履带爬壁机器人距离偏差和航向角偏差为两个输入；
所述参数模糊化模块：距离偏差采用7个模糊集合描述，航向角偏差也采用7个模糊集合表示，一共有14个隶属度函数，使两个输入参数模糊化，各个模糊集合隶属度函数都采用三角函数；
所述模糊推理模块：模糊控制一共有三个输出，分别为KP、KI、KD；每个输出对应着输入的49条模糊规则；模糊推理采用Mamdani法；
所述解模糊化模块：模糊推理后的三个输出为KP、KI、KD的模糊值；需要进行解模糊处理，采用最大隶属度法；
所述PID模块：根据距离偏差、航向角偏差和KP、KI、KD的实时变化情况，将控制指令传输给单片机。
5.根据权利要求2至4任意一项所述的基于RTK的四履带爬壁机器人的导航控制系统的控制方法，其特征是：该方法由以下步骤实现：
步骤S1：设定四履带爬壁机器人的目标轨迹，计算所述机器人的安全吸附力以及当前位置与目标位置的距离偏差和航向角偏差；
步骤S2：驱动离心风机使四履带爬壁机器人安全吸附在壁面上，结合距离偏差和航向偏差值通过模糊PID控制方法得到驱动信号；
步骤S3：通过电机驱动各履带，控制四履带爬壁机器人的位置和姿态；
步骤S4：完成四履带爬壁机器人导航控制。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括：
步骤S101：爬壁机器人的位置信号由RTK接收机接收，负压腔负压信号由数据采集卡3接收；
步骤S102：将机器人实时位置信号和负压信号传输至嵌入式控制机；
步骤S103：根据所接收的信号，由数据处理模块计算得到爬壁机器人的安全吸附力、距离偏差及航向角偏差。
7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括：
步骤S201：将安全吸附信号传输到单片机，由单片机控制离心风机驱动风机；
步骤S202：将距离偏差和航向角偏差输入到模糊PID控制器，得到电机驱动控制模块的驱动信号。
8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述的步骤S3中计算各条履带实际所需速度v′1、v′2、v′3、v′4：
根据前两侧履带速度差Δv1以及后两侧履带速度差Δv2以及各条履带行驶速度v1、v2、v3、v4，计算实际各条履带所需速度v′1、v′2、v′3、v′4为：
Figure FDA0004178639390000031
式中：v′1、v′2、v′3、v′4分别为每条履带实际所需速度；v1、v2、v3、v4分别为各条履带行驶速度；Δv1为前两侧履带速度差；Δv2为后两侧履带速度差。
9.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括：
步骤S301：嵌入式控制机将模糊PID控制器得到的控制信号传输到单片机；
步骤S302：单片机根据控制信号实时控制电机驱动控制模块，控制各条履带驱动电机的转速和转向系统中电动推杆的进程，最终完成四履带爬壁机器人位置和姿态的控制。
10.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述步骤S103中，当前位置与目标位置的距离偏差和航向角偏差的计算方法为：
设定四履带爬壁机器人沿导航线SA行走，所述S为导航线轨迹的起始点，所述A为导航线轨迹的终点。
假设经一段时间后，四履带爬壁机器人理论上应该到达的位置为Q点，用WQ＝[xq,yq,θq]表示四履带爬壁机器人理论位置和姿态。而履带在作业过程中产生的滑移和滑转现象，导致机器人会偏离预设的导航线轨迹；四履带爬壁机器人实际到达位置为P点，用WP＝[xp,yp,θp]表示四履带爬壁机器人实际位置和姿态；则四履带爬壁机器人任意时刻当前位置与导航线目标位置的偏差We表示为：
Figure FDA0004178639390000041
式中：xe为机器人当前位置与目标位置在水平方向上的偏差；ye为机器人当前位置与目标位置在竖直向上的偏差；θe为机器人当前位置与目标位置的航向角偏差；xq为机器人在水平方向上的理论位置坐标；yq为机器人在竖直方向上的理论位置坐标；θq为机器人处于理论姿态时的航向角；xp为机器人在水平方向上的实际位置坐标；yp为机器人在竖直方向上的实际位置坐标；θp为机器人实际姿态航向角；
当前位置与导航线目标位置的距离偏差De表示为：
Figure FDA0004178639390000051
机器人当前位置与导航线目标位置的航向角偏差θe表示为：
θe＝θq-θp。
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