一种爬壁机器人翻越内直角壁面的控制方法

摘要

本发明公开了一种爬壁机器人翻越内直角壁面的控制方法，包括如下步骤：步骤S10，前吸附轮接触与机器人垂直的壁面；步骤S20，机器人的提升机构支撑与机器人平行的壁面，使机器人前吸附轮脱离平行壁面；步骤S30，提升机构复位；步骤S10、步骤S20，检测机器人与行进前方的垂直壁面距离d满足d=v•θ1/ω时，机器人的提升机构转动，使提升机构与机器人平行的壁面接触时，前吸附轮正好接触垂直壁面；v是机器人行进速度，ω是提升机构转动的角速度，θ1是提升机构转动的角度。

权利要求

1.一种爬壁机器人翻越内直角壁面的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S10，检测机器人与行进前方的垂直壁面距离d满足d=v•θ1/ω时，所述机器人的提升机构转动，使所述提升机构与与所述机器人平行的平行壁面接触时，机器人的前吸附轮正好接触垂直壁面；所述v是所述机器人的行进速度，所述ω是所述提升机构转动的角速度，所述θ1是所述提升机构转动的角度；

步骤S20，提升机构支撑于机器人平行壁面使所述机器人前吸附轮脱离平行壁面的同时在垂直壁面上行进；

步骤S30，所述提升机构复位。

2.根据权利要求1所述的一种爬壁机器人翻越内直角壁面的控制方法，其特征在于，所述θ1=arcsin [(d1-R1)/(l1-R1)]，所述d1是所述提升机构的转动轴与所述平行壁面的距离，所述l1是所述提升机构的臂长，所述R1是所述提升机构支撑端辅助轮的半径。

3.根据权利要求2所述的一种爬壁机器人翻越内直角壁面的控制方法，其特征在于，所述前吸附轮是前磁轮，所述爬壁机器人还包括后吸附轮，所述后吸附轮是后磁轮。

4.根据权利要求3所述的一种爬壁机器人翻越内直角壁面的控制方法，其特征在于，所述步骤S30包括，机器人检测机器人最大倾角∆θ=θ3-θ2时，所述提升机构复位，所述θ3=arcsin[(l1-R2)/d2]，所述θ2=arcsin[(d1-R2)/d2]，所述l1是所述提升机构的臂长，所述R2是机器人的前、后磁轮的半径，所述d2是所述提升机构的转动轴到机器人的后磁轮转动轴的距离，所述d1是所述提升机构的转动轴与所述平行壁面的距离，所述l1大于所述d1。

5.根据权利要求3所述的一种爬壁机器人翻越内直角壁面的控制方法，其特征在于，所述步骤S30包括，当检测到所述机器人自身与平行壁面的倾角θ4＞0时，所述提升机构复位。

6.根据权利要求5所述的一种爬壁机器人翻越内直角壁面的控制方法，其特征在于，所述步骤S30包括，当检测到所述机器人自身与平行壁面的倾角θ4=arcsin(x/l2)时，所述提升机构复位，所述l2是机器人的前、后磁轮轮距，所述x是因所述提升机构的提升使机器人的前磁轮脱离平行壁面的高度，所述x在1-3mm之间。

7.根据权利要求6所述的一种爬壁机器人翻越内直角壁面的控制方法，其特征在于，所述x=2mm。

说明书

一种爬壁机器人翻越内直角壁面的控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及爬壁机器人技术领域，尤其是涉及了一种爬壁机器人翻越内直角壁面的控制方法。

背景技术

[0002] 爬壁机器人的越障能力与其壁面遍历性能息息相关，爬壁机器人的越障能力越高，其可在复杂的壁面进行自主遍历和作业的性能越强，但针对具有直角壁面结构的作业场景，爬壁机器人由于缺少对内直角壁面过渡的控制，容易发生停止不前、倾覆等问题，从而影响爬壁机器人的自主壁面遍历能力。

发明内容

[0003] 为解决现有技术的不足，提高爬壁机器人自主壁面遍历能力，本发明采用如下的技术方案：

[0004] 一种爬壁机器人翻越内直角壁面的控制方法，包括如下步骤：

[0005] 步骤S10，所述前吸附轮接触与所述机器人垂直的壁面；

[0006] 步骤S20，所述机器人的提升机构支撑与所述机器人平行的壁面，使所述机器人前吸附轮脱离平行壁面；

[0007] 步骤S30，所述提升机构复位；提升机构的复位避免了机器人前吸附轮脱离平行壁面并翻越至垂直壁面时，提升机构因支撑到垂直壁面而导致机器人发生倾覆失效。

[0008] 所述步骤S10、步骤S20，检测机器人与行进前方的所述垂直壁面距离d满足d＝v·θ1/ω时，所述机器人的所述提升机构转动，使所述提升机构与所述机器人平行的壁面接触时，所述前吸附轮正好接触所述垂直壁面；所述v是所述机器人行进速度，所述ω是所述提升机构转动的角速度，所述θ1是所述提升机构转动的角度；随即提升机构支撑所述机器人平行壁面使所述机器人前吸附轮脱离平行壁面的同时在垂直壁面上行进。行进的同时启动提升机构，节约了提升机构从放下到接触平行避免的时间、提高了效率；提升机构使前吸附轮抬起，克服了机器人在垂直壁面前无法前行的问题，同时抬起的高度也为前吸附轮的前进减小了阻力、节约了能耗。

[0009] 所述θ1＝arcsin[(d1-R1)/(l1-R1)]，所述d1是所述提升机构的转动轴与所述平行壁面的距离，所述l1是所述提升机构的臂长，所述R1是所述提升机构支撑端辅助轮的半径。

[0010] 所述吸附轮是磁轮。

[0011] 所述步骤S30，所述机器人检测倾角Δθ＝θ3-θ2时，所述提升机构复位，所述θ3＝arcsin[(l1-R2)/d2]，所述θ2＝arcsin[(d1-R2)/d2]，所述l1是所述提升机构的臂长，所述R2是前后磁轮的半径，所述d2是所述提升机构的转动轴到后磁轮转动轴的距离，所述d1是所述提升机构的转动轴与所述平行壁面的距离，所述l1大于所述d1。

[0012] 所述步骤S30，所述机器人检测自身与平行壁面的倾角θ4＞0时，所述提升机构复位。提升机构不必放到最大，即不必垂直于所述平行壁面，才开始复位，减少提升机构转动、支撑的能耗。所述步骤S30，所述机器人检测自身与平行壁面的倾角θ4＝arcsin(x/l2)时，所述提升机构复位，所述l2是前后磁轮轮距，所述x是因所述提升机构的提升使所述前磁轮脱离平行壁面的高度，所述x在1-3mm之间。

[0013] 所述x＝2mm。磁力180N的磁轮，气隙(脱离吸附壁面的距离)达到2mm，磁力几乎衰减为0，此时复位，机器人行进更省力，更容易从平行壁面过渡到垂直壁面。

[0014] 本发明的优势和有益效果在于：

[0015] 通过对提升机构的控制，实现爬壁机器人对内直角壁面的翻越，并节省了翻越过程中的能耗，提高了效率，有助于提高爬壁机器人的壁面自主遍历能力，且本方法简单可行、易于实现，有助于进一步开发在该场景下进行自动化作业和检测的有效作业工具。

附图说明

[0016] 图1是本发明中机器人提升机构转动角度与进行距离关系示意图。

[0017] 图2a是本发明中机器人提升机构接触平行壁面时角度θ2的示意图。

[0018] 图2b是本发明中机器人提升机构垂直平行壁面时角度θ3的示意图。

[0019] 图3是本发明中机器人提升机构支撑起距离x时角度θ4的示意图。

[0020] 图4a-d是本发明中机器人从竖直壁面翻越至顶面壁面过程的示意图。

[0021] 图5a-d是本发明中机器人从顶面壁面翻越至竖直壁面过程的示意图。

[0022] 图6a-d是本发明中机器人从竖直壁面翻越至水平壁面过程的示意图。

[0023] 图7a-d是本发明中机器人从水平壁面翻越至竖直壁面过程的示意图。

具体实施方式

[0024] 以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

[0025] 一种爬壁机器人翻越内直角壁面的控制方法，包括如下步骤：

[0026] 步骤S10，所述前吸附轮接触与所述机器人垂直的壁面；

[0027] 步骤S20，所述机器人的单片机控制提升机构支撑与所述机器人平行的壁面，使所述机器人前吸附轮脱离平行壁面；

[0028] 步骤S30，所述提升机构复位；所述机器人前、后吸附轮分别在垂直壁面、平行壁面上继续前行，直至机器人整体翻越内直角壁面。提升机构的复位避免了机器人前吸附轮脱离平行壁面并翻越至垂直壁面时，提升机构因支撑到垂直壁面而导致机器人发生倾覆失效。

[0029] 如图1所示，所述步骤S10、步骤S20，超声波模块检测机器人与行进前方的所述垂直壁面距离d满足d＝v·θ1/ω时，所述机器人的单片机控制所述提升机构转动，使所述提升机构与所述机器人平行的壁面接触时，所述前吸附轮正好接触所述垂直壁面；所述v是所述机器人行进速度，所述ω是所述提升机构转动的角速度，所述θ1是所述提升机构转动的角度，所述θ1＝arcsin[(d1-R1)/(l1-R1)]，所述d1是所述提升机构的转动轴与所述平行壁面的距离，所述l1是所述提升机构的臂长，所述R1是所述提升机构支撑端辅助轮的半径；即当超声波模块检测到机器人与垂直壁面的距离为d时，机器人开始放下提升机构，当提升机构接触到平行避面时正好机器人与垂直壁面距离为0，即机器人的前吸附轮正好接触到垂直壁面；随即提升机构支撑所述机器人平行壁面，产生提升力矩，使所述机器人前吸附轮脱离平行壁面的同时在垂直壁面上行进。行进的同时启动提升机构，节约了提升机构从放下到接触平行避免的时间、提高了效率；提升机构使前吸附轮抬起，克服了机器人在垂直壁面前无法前行的问题，同时抬起的高度也为前吸附轮的前进减小了阻力、节约了能耗。

[0030] 所述吸附轮是磁轮。

[0031] 如图2a、2b所示，所述步骤S30，所述机器人的惯性测量单元检测倾角Δθ＝θ3-θ2时，所述提升机构复位，所述θ3＝arcsin[(l1-R2)/d2]，所述θ2＝arcsin[(d1-R2)/d2]，所述l1是所述提升机构的臂长，所述R2是前后磁轮的半径，所述d2是所述提升机构的转动轴到后磁轮转动轴的距离，所述d1是所述提升机构的转动轴与所述平行壁面的距离，所述l1大于所述d1。

[0032] 所述步骤S30，所述机器人的惯性测量单元检测所述机器人与平行壁面的倾角θ4＞0时，所述提升机构复位。提升机构不必放到最大，即不必垂直于所述平行壁面，才开始复位，减少提升机构转动、支撑的能耗。

[0033] 如图3所示，所述步骤S30，所述机器人的惯性测量单元检测所述机器人与平行壁面的倾角θ4满足θ4＝arcsin(x/l2)时，所述提升机构复位，所述l2是前后磁轮轮距，所述x是因所述提升机构的提升使所述前磁轮脱离所述平行壁面并在所述垂直壁面行进的距离，所述x在 1-3mm之间。机器人的磁轮轮径为R2，前后磁轮轮距为l2，前磁轮脱离平行壁面并在垂直壁面行进的距离为x时，机器人倾角为θ4，sinθ4＝(x+R2-R2)/l2，推导出θ4＝arcsin(x/l2)；例如车距 l2为100mm，前轮脱离平行壁面1mm，当检测到的θ4＝arcsin(1/100)时，提升机构便可复位，因为当x＝1mm时，即磁轮的气隙达1mm，磁力就从180N衰减到61N，此时电机提供的扭矩已经可以使机器人前、后磁轮在垂直壁面和平行壁面上继续行进。

[0034] 所述x＝2mm。磁力180N的磁轮，气隙(脱离吸附壁面的距离)达到2mm，磁力几乎衰减为0，此时复位，机器人行进更省力，更容易从平行壁面过渡到垂直壁面。

[0035] 如图4a-d所示，机器人从竖直壁面翻越至顶面壁面时，机器人的单片机根据机器人的行进速度v、提升机构转动的角速度ω、提升机构转动的角度θ1，计算距离d，使其符合公式 d＝v·θ1/ω，当机器人前端超声波模块检测到机器人前进至距顶面壁面的距离为d时，单片机启动提升机构，使提升机构接触到竖直壁面时机器人的前磁轮正好接触到顶面壁面，随即提升机构支撑所述机器人竖直壁面，产生提升力矩，使所述机器人前磁轮脱离竖直壁面的同时在顶面壁面上行进；当机器人的惯性测量单元检测自身与竖直壁面的倾角θ4满足θ4＝arcsin(x/l2) 时，提升机构复位，l2＝100mm是前后磁轮轮距，x＝2mm是前磁轮脱离竖直壁面的高度；机器人前、后磁轮分别在顶面壁面、竖直壁面上继续前行，直至机器人整体翻越至顶面壁面。

[0036] 如图5a-d所示，机器人从顶面壁面翻越至竖直壁面时，机器人前进至距竖直壁面距离为d时，提升机构启动，使提升机构接触到顶面壁面时前磁轮正好接触到竖直壁面，随即提升机构支撑机器人顶面壁面，使机器人前磁轮脱离顶面壁面的同时在竖直壁面上行进；当惯性测量单元检测到机器人与顶面壁面的倾角为θ4时，提升机构复位；随后，机器人的前后磁轮分别在竖直壁面和顶面壁面继续行进，直至机器人整体翻越至竖直壁面。

[0037] 如图6a-d所示，机器人从竖直壁面翻越至水平壁面时，机器人前进至距水平壁面距离为 d时，提升机构启动，使提升机构接触到竖直壁面时前磁轮正好接触到水平壁面，随即提升机构支撑机器人竖直壁面，使前磁轮脱离竖直壁面的同时在水平壁面上行进；当惯性测量单元检测到机器人与竖直壁面的倾角为θ4时，提升机构复位；随后，机器人的前后磁轮分别在水平壁面和竖直壁面继续行进，直至机器人整体翻越至水平壁面。

[0038] 如图7a-d所示，机器人从水平壁面翻越至竖直壁面时，机器人前进至距竖直壁面距离为 d时，提升机构启动，使提升机构接触到水平壁面时前磁轮正好接触到竖直壁面，随即提升机构支撑机器人水平壁面，使前磁轮脱离水平壁面的同时在竖直壁面上行进；当惯性测量单元检测到机器人与水平壁面的倾角为θ4时，提升机构复位；随后，机器人的前后磁轮分别在竖直壁面和水平壁面继续行进，直至机器人整体翻越至竖直壁面。