本發(fā)明涉及特種機(jī)器人控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)壁面的行走機(jī)器人控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在役起重機(jī)、鋼結(jié)構(gòu)橋梁等大型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備的高空檢測(cè)作業(yè)，目前主要由工人手動(dòng)完成，這種檢測(cè)方式需要工人高空作業(yè)，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率低，而且存在極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決以上問題，本發(fā)明提供一種檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)壁面的行走機(jī)器人控制系統(tǒng)及控制方法。利用該控制系統(tǒng)及控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)壁面的自動(dòng)檢測(cè)，檢測(cè)效率高，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)壁面的行走機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于：包括用于行走的行進(jìn)足、用于固定的吸附足和控制器，所述行進(jìn)足和吸附足底部均設(shè)有電池吸盤，所述行進(jìn)足上設(shè)有用于控制行進(jìn)足旋轉(zhuǎn)的第一舵機(jī)，所述行進(jìn)足的頂部與第一連桿的一端通過第二舵機(jī)連接，所述第一連桿的另一端與第二連桿的一端通過第三舵機(jī)連接，所述第二連桿的另一端與吸附足的頂部通過第四舵機(jī)連接，所述第二舵機(jī)、第三舵機(jī)和第四舵機(jī)相互配合帶動(dòng)行進(jìn)足向前運(yùn)動(dòng)，所述吸附足上設(shè)有用于控制行進(jìn)足、第一連桿和第二連桿做整體旋轉(zhuǎn)的第五舵機(jī)；所述行進(jìn)足外周面上設(shè)有用于探測(cè)障礙物位置的超聲測(cè)距傳感器和紅外光電開關(guān)，所述行進(jìn)足底部設(shè)有用于探測(cè)行進(jìn)足位置的超聲測(cè)距傳感器；所述控制器與第一舵機(jī)、第二舵機(jī)、第三舵機(jī)、第四舵機(jī)、第五舵機(jī)、電池吸盤、超聲測(cè)距傳感器和紅外光電開關(guān)均相連。

作為優(yōu)選，所述行進(jìn)足和吸附足底部的電池吸盤均通過繼電器控制。

作為優(yōu)選，所述控制器均通過無線藍(lán)牙的方式與第一舵機(jī)、第二舵機(jī)、第三舵機(jī)、第四舵機(jī)、第五舵機(jī)、電池吸盤、超聲測(cè)距傳感器和紅外光電開關(guān)進(jìn)行信號(hào)傳輸。

作為優(yōu)選，所述行進(jìn)足外周面上設(shè)有兩路超聲測(cè)距傳感器和兩路紅外光電開關(guān)，所述兩路超聲測(cè)距傳感器和兩路紅外光電開關(guān)均勻布置在行進(jìn)足外周面上90°范圍內(nèi)。

作為優(yōu)選，所述行進(jìn)足底部均勻布置有三路超聲測(cè)距傳感器。

一種檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)壁面的行走機(jī)器人控制方法：包括以下步驟：

a、將控制器切換到手動(dòng)模式，在手動(dòng)模式下通過控制器的界面操作，使得行走機(jī)器人到達(dá)待檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)的壁面上；將控制系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行初始化，此時(shí)第一舵機(jī)所在的行進(jìn)足和第五舵機(jī)所在的吸附足與壁面垂直，第一連桿和第二連桿與壁面夾角均為45°，第一連桿和第二連桿相互之間夾角為90°，吸附足的電磁吸盤所對(duì)應(yīng)的繼電器閉合，吸附足的電磁吸盤得電吸附在壁面上，行進(jìn)足的電磁吸盤未通電貼于壁面；

b、將控制器切換到自動(dòng)模式，控制器依次控制第四舵機(jī)、第三舵機(jī)和第二舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)行進(jìn)足在壁面上前行，同時(shí)行進(jìn)足外周面上超聲測(cè)距傳感器和紅外光電開關(guān)探測(cè)行進(jìn)足前方的障礙物信息，將行進(jìn)足前方障礙物信息傳送到控制器中，控制器綜合分析障礙物信息；

c、若行進(jìn)足前方有障礙物，則控制第五舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)行進(jìn)足、第一連桿和第二連桿作整體旋轉(zhuǎn)，重復(fù)步驟b，直至行進(jìn)足前方?jīng)]有障礙物；若行進(jìn)足前方?jīng)]有障礙物，則第五舵機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，行進(jìn)足在壁面上繼續(xù)前行；

d、當(dāng)行進(jìn)足前行到再次與壁面處于垂直狀態(tài)且第一連桿與第二連桿之間的夾角為150°時(shí)，位于行進(jìn)足底部的超聲測(cè)距傳感器獲取各自的位置信息，將位置信息傳輸?shù)娇刂破髦?，控制器綜合行進(jìn)足底部的超聲測(cè)距傳感器位置信息，分析判斷行進(jìn)足是否處于壁面邊界外，進(jìn)而控制第五舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和方向；

e、若行進(jìn)足處于壁面邊界外，則控制器控制第五舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)行進(jìn)足、第一連桿和第二連桿作整體旋轉(zhuǎn)，重復(fù)步驟d，直至第五舵機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，即行進(jìn)足處于壁面邊界內(nèi)；若行進(jìn)足處于壁面邊界內(nèi)，控制器控制行進(jìn)足的電磁吸盤所對(duì)應(yīng)的繼電器閉合，行進(jìn)足的電磁吸盤得電吸附在壁面上，此時(shí)行進(jìn)足和吸附足同時(shí)吸附在壁面上，此時(shí)檢測(cè)設(shè)備開始工作完成所在位置的檢測(cè)任務(wù)；

f、檢測(cè)設(shè)備完成所在位置的檢測(cè)工作后，控制器控制吸附足的電磁吸盤對(duì)應(yīng)的繼電器斷開，吸附足的電磁吸盤貼于壁面，控制器依次控制第二舵機(jī)、第三舵機(jī)和第四舵機(jī)帶動(dòng)吸附足向前運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到第一舵機(jī)所在的行進(jìn)足和第五舵機(jī)所在的吸附足與壁面垂直，第一連桿和第二連桿與壁面夾角分別為45°，第一連桿和第二連桿相互之間夾角為90°為止；控制器控制吸附足的電磁吸盤對(duì)應(yīng)的繼電器閉合，吸附足的電磁吸盤得電吸附在壁面上，控制器控制行進(jìn)足的電磁吸盤對(duì)應(yīng)的繼電器斷開，行進(jìn)足的電磁吸盤斷電貼于壁面，此時(shí)行走機(jī)器人回到初始化狀態(tài)；

g、重復(fù)步驟b～f，即可完成下一個(gè)壁面位置的檢測(cè)，當(dāng)行走機(jī)器人遍歷鋼結(jié)構(gòu)的所有壁面后，切換到手動(dòng)模式，使行走機(jī)器人返回地面。

作為優(yōu)選，所述步驟b中，行進(jìn)足外周面上90°范圍內(nèi)均勻設(shè)置有兩路超聲測(cè)距傳感器和兩路紅外光電開關(guān)，行進(jìn)足上設(shè)有控制行進(jìn)足自轉(zhuǎn)的第一舵機(jī)，控制器通過第一舵機(jī)控制行進(jìn)足旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)行進(jìn)足前方180°范圍內(nèi)障礙物信息的探測(cè)。

作為優(yōu)選，所述步驟d中，行進(jìn)足底部均勻設(shè)置有三路超聲測(cè)距傳感器，行進(jìn)足上設(shè)有控制行進(jìn)足自轉(zhuǎn)的第一舵機(jī)，控制器通過第一舵機(jī)控制行進(jìn)足旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)行進(jìn)足底部多個(gè)位置信息的檢測(cè)。

本發(fā)明取得的有益效果是：通過在行進(jìn)足和吸附足上設(shè)置電磁吸盤，通過繼電器控制電磁吸盤的通斷電，實(shí)現(xiàn)行走機(jī)器人在壁面上的吸附；通過控制器對(duì)第二舵機(jī)、第三舵機(jī)和第四舵機(jī)的控制，完成行進(jìn)足和吸附足在壁面上的交替前行；通過在行進(jìn)足的外周面和底部設(shè)置超聲測(cè)距傳感器和紅外光電開關(guān)，且在吸附足上設(shè)置第五舵機(jī)，在行進(jìn)足上設(shè)置第一舵機(jī)，實(shí)現(xiàn)行走機(jī)器人的避崖行走、自動(dòng)避障的功能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的行進(jìn)足結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為行走機(jī)器人初始狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為行走機(jī)器人檢測(cè)狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

如圖1-2所示，本發(fā)明的一種檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)壁面的行走機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括行進(jìn)足1、吸附足2、第一舵機(jī)31、第二舵機(jī)32、第三舵機(jī)33、第四舵機(jī)34、第五舵機(jī)35、第一連桿41、第二連桿42和控制器8，行進(jìn)足1和吸附足2底部均設(shè)有電池吸盤5，控制器8通過控制繼電器的通斷電來控制電池吸盤5是否吸附在剛結(jié)構(gòu)的壁面上，第一舵機(jī)31設(shè)置在行進(jìn)足1用于控制行進(jìn)足1的自轉(zhuǎn)角度和方向，第二舵機(jī)32設(shè)置在行進(jìn)足1與第一連桿41的連接處，用來控制行進(jìn)足1與第一連桿41的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，第三舵機(jī)33設(shè)置在第一連桿41與第二連桿42的連接處，用來控制第一連桿41與第二連桿42的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，第四舵機(jī)34設(shè)置在第二連桿42與吸附足2連接處，用來控制第二連桿42與吸附足2的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，控制器8通過對(duì)第二舵機(jī)32、第三舵機(jī)33和第四舵機(jī)34的控制，可以實(shí)現(xiàn)行進(jìn)足1或吸附足2在壁面上的行走；第五舵機(jī)35設(shè)置在吸附足2上，用于控制行進(jìn),1、第一連桿41和第二連桿42相對(duì)于吸附足2作整體旋轉(zhuǎn)。

如圖2所示，行進(jìn)足1外周面上設(shè)有用于探測(cè)障礙物位置的兩路超聲測(cè)距傳感器6和兩路紅外光電開關(guān)7，兩路超聲測(cè)距傳感器6和兩路紅外光電開關(guān)7均勻設(shè)置在行進(jìn)足1外周面的90°范圍內(nèi)，能夠有效探測(cè)行進(jìn)足1一側(cè)的障礙物信息，第一舵機(jī)31可以帶動(dòng)行進(jìn)足1繞自身軸向作90°旋轉(zhuǎn)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)行進(jìn)足1前面180°范圍內(nèi)無死角的探測(cè)，同時(shí)能夠減少傳感器的個(gè)數(shù)，降低成本。行進(jìn)足1頂部呈120°布置有三路超聲測(cè)距傳感器6，經(jīng)由第一舵機(jī)31帶動(dòng)行進(jìn)足1作60°自轉(zhuǎn)，可用來探測(cè)行進(jìn)足1足底對(duì)稱分布的6個(gè)位置是否處于崖中(即壁面邊界外)，判斷行進(jìn)足處于崖中的程度，并據(jù)此得出第五舵機(jī)35需要轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和角度，從而實(shí)現(xiàn)行走機(jī)器人避崖行走。

控制器8選用的單片機(jī)芯片帶有多通道較高精度的A/D和多通道增強(qiáng)型帶死區(qū)控制PWM波形發(fā)生器，多個(gè)硬件串口，并自帶五路PWM模塊，且其程序存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間相對(duì)較大。單片機(jī)將規(guī)劃好的步態(tài)參數(shù)存入，根據(jù)定時(shí)器產(chǎn)生的時(shí)鐘將相應(yīng)關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送到底層驅(qū)動(dòng)單元，同時(shí)通過傳感器返回的信號(hào)感知周圍環(huán)境，并及時(shí)對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

控制器8通過通訊模塊與第一舵機(jī)31、第二舵機(jī)32、第三舵機(jī)33、第四舵機(jī)34、第五舵機(jī)35、電池吸盤5、超聲測(cè)距傳感器6和紅外光電開關(guān)7進(jìn)行雙向信號(hào)傳輸，通訊模塊選用型號(hào)HC-06藍(lán)牙模塊，藍(lán)牙模塊采用CSR主流藍(lán)牙芯片，藍(lán)牙V2.0協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，頻率為2.4GHz，可自行設(shè)置常用波特率，配對(duì)以后當(dāng)全雙工串口使用，空曠地通訊的有效距離為10m。

一種檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)壁面的行走機(jī)器人控制方法：包括以下步驟：

a、將控制器8切換到手動(dòng)模式，在手動(dòng)模式下通過控制器8的界面操作，使得行走機(jī)器人到達(dá)待檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)的壁面上；將控制系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行初始化，此時(shí)第一舵機(jī)31所在的行進(jìn)足1和第五舵機(jī)35所在的吸附足2與壁面垂直，第一連桿41和第二連桿42與壁面夾角均為45°，第一連桿41和第二連桿42相互之間夾角為90°，吸附足2的電磁吸盤5所對(duì)應(yīng)的繼電器閉合，吸附足2的電磁吸盤5得電吸附在壁面上，行進(jìn)足1的電磁吸盤5未通電貼于壁面；

b、將控制器5切換到自動(dòng)模式，控制器5依次控制第四舵機(jī)34、第三舵機(jī)33和第二舵機(jī)32轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)行進(jìn)足1在壁面上前行，同時(shí)行進(jìn)足1外周面上超聲測(cè)距傳感器6和紅外光電開關(guān)7探測(cè)行進(jìn)足1前方的障礙物信息，行進(jìn)足1外周面上90°范圍內(nèi)均勻設(shè)置有兩路超聲測(cè)距傳感器6和兩路紅外光電開關(guān)7，行進(jìn)足1上設(shè)有控制行進(jìn)足1自轉(zhuǎn)的第一舵機(jī)31，控制器8通過第一舵機(jī)31控制行進(jìn)足1旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)行進(jìn)足1前方180°范圍內(nèi)障礙物信息的探測(cè)，將行進(jìn)足1前方障礙物信息傳送到控制器8中，控制器8綜合分析障礙物信息；

c、若行進(jìn)足1前方有障礙物，則控制第五舵機(jī)35轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)行進(jìn)足1、第一連桿41和第二連桿42作整體旋轉(zhuǎn)，重復(fù)步驟b，直至行進(jìn)足1前方?jīng)]有障礙物；若行進(jìn)足1前方?jīng)]有障礙物，則第五舵機(jī)35不轉(zhuǎn)動(dòng)，行進(jìn)足1在壁面上繼續(xù)前行；

d、當(dāng)行進(jìn)足1前行到再次與壁面處于垂直狀態(tài)且第一連桿41與第二連桿42之間的夾角為150°時(shí)，位于行進(jìn)足1底部的超聲測(cè)距傳感器6獲取各自的位置信息，行進(jìn)足1底部均勻設(shè)置有三路超聲測(cè)距傳感器6，行進(jìn)足1上設(shè)有控制行進(jìn)足1自轉(zhuǎn)的第一舵機(jī)31，控制器8通過第一舵機(jī)31控制行進(jìn)足1旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)行進(jìn)足1底部多個(gè)位置信息的檢測(cè)，將位置信息傳輸?shù)娇刂破?中，控制器8綜合行進(jìn)足1底部的超聲測(cè)距傳感器6位置信息，分析判斷行進(jìn)足1是否處于壁面邊界外，進(jìn)而控制第五舵機(jī)35轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和方向；

e、若行進(jìn)足1處于壁面邊界外，則控制器8控制第五舵機(jī)35轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)行進(jìn)足1、第一連桿41和第二連桿42作整體旋轉(zhuǎn)，重復(fù)步驟d，直至第五舵機(jī)35不轉(zhuǎn)動(dòng)，即行進(jìn)足1處于壁面邊界內(nèi)；若行進(jìn)足1處于壁面邊界內(nèi)，控制器8控制行進(jìn)足1的電磁吸盤5所對(duì)應(yīng)的繼電器閉合，行進(jìn)足1的電磁吸盤5得電吸附在壁面上，此時(shí)行進(jìn)足1和吸附足2同時(shí)吸附在壁面上，此時(shí)檢測(cè)設(shè)備開始工作完成所在位置的檢測(cè)任務(wù)；

f、檢測(cè)設(shè)備完成所在位置的檢測(cè)工作后，控制器8控制吸附足2的電磁吸盤5對(duì)應(yīng)的繼電器斷開，吸附足2的電磁吸盤5貼于壁面，控制器8依次控制第二舵機(jī)32、第三舵機(jī)33和第四舵機(jī)34帶動(dòng)吸附足2向前運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到第一舵機(jī)31所在的行進(jìn)足1和第五舵機(jī)35所在的吸附足2與壁面垂直，第一連桿41和第二連桿42與壁面夾角分別為45°，第一連桿41和第二連桿42相互之間夾角為90°為止；控制器8控制吸附足2的電磁吸盤5對(duì)應(yīng)的繼電器閉合，吸附足2的電磁吸盤5得電吸附在壁面上，控制器8控制行進(jìn)足1的電磁吸盤5對(duì)應(yīng)的繼電器斷開，行進(jìn)足1的電磁吸盤5斷電貼于壁面，此時(shí)行走機(jī)器人回到初始化狀態(tài)；

g、重復(fù)步驟b～f，即可完成下一個(gè)壁面位置的檢測(cè)，當(dāng)行走機(jī)器人遍歷鋼結(jié)構(gòu)的所有壁面后，切換到手動(dòng)模式，使行走機(jī)器人返回地面。