机器人牵引控制方法及装置制造方法及图纸

机器人牵引控制方法及装置，涉及机器人控制领域。为解决现有技术中存在的，FAST馈源支撑缆索检测机器人由于其工作在空中若其运动控制出现问题，本身会造成影响的技术问题，本发明专利技术提供的技术方案为：机器人牵引控制方法，包括：建立馈源支撑缆索自由悬垂曲线的数学模型的步骤；采集机器人的实际运行速度和预设运行速度的步骤；得到牵引绳驱动方向与机器人运动方向之间的夹角的步骤；得到卷扬机的预测运行速度的步骤；根据机器人实际运行速度和预设运行速度，得到补偿信号的步骤；通过补偿信号结合卷扬机的预测运行速度，得到卷扬机的控制信号的步骤。适合应用于FAST馈源支撑缆索检测机器人的前后两端协同牵引的控制工作中。机器人的前后两端协同牵引的控制工作中。机器人的前后两端协同牵引的控制工作中。

【技术实现步骤摘要】
机器人牵引控制方法及装置


[0001]涉及机器人控制领域，具体涉及FAST馈源支撑缆索检测机器人的前后两端协同牵引的控制方法。

技术介绍

[0002]五百米口径球面射电望远镜，简称FAST，FAST中的6根馈源支撑缆索由6座百米多高的馈源支撑塔牵引，并通过驱动机构改变6根馈源支撑缆索的长度，从而驱动被6根缆索柔性支撑的重达30吨的馈源舱在140米高空、206米直径的球冠面上运动，使其在反射面发生变化的情况下仍能接收反射面收集的宇宙信号。
[0003]对FAST进行安全检测是保障其能够正常开展观测工作的重中之重，尤其是对于6根馈源支撑缆索进行安全性检测可以有效地避免断索等灾难性事故的发生。然而，对于FAST馈源支撑缆索的检测是非常困难的。6根馈源支撑缆索在靠近馈源舱端有280米的索段长期暴露在空中无法回收，形成了目前的检测盲区，整个馈源支撑缆索的架空距离长、高度高、坡度大、表面摩擦系数低，且缆索上分布有大量尺寸不尽相同的各式滑车与索夹。如若通过人工完成FAST馈源支撑缆索及滑车的检测任务，则会存在安全性差、检测效率与检测准确率低等问题。因此，需要通过能够进行自主检测的机器人系统来对FAST馈源支撑缆索进行缺陷检测。基于FAST馈源支撑缆索的特点，机器人在缆索上自驱困难，应用于这一检测任务的机器人需要通过前后两端协同牵引的架构及对应的控制方法保证机器人在缆索上的正常运行。
[0004]目前常见的线缆检测机器人主要包括斜拉桥缆索检测机器人与高压线巡检机器人。由于斜拉桥缆索虽然坡度大，但是距离较短，表面摩擦系数较大且无明显障碍，斜拉桥缆索检测机器人因此可以通过轮式、履带式、蠕动式等方案在缆索上自驱动。而高压输电线虽然表面有大尺寸障碍，但是坡度一般较小且表面摩擦系数较大，因此高压线巡检机器人一般采用轮式驱动在高压线上自驱动。这些机器人对运动控制精度要求较低。相比较而言，FAST馈源支撑缆索的各项特点导致对其进行检测的机器人必须采用外部牵引驱动的方案，而目前机器人的牵引驱动控制方法多用于水下机器人，而相较于此，FAST馈源支撑缆索检测机器人由于其工作在空中，且如若其运动控制出现问题，对FAST设施本身会造成不可估量的影响，因此，需要针对性设计FAST馈源支撑缆索及滑车检测机器人的运动控制方法，保证其在馈源支撑缆索上的运行的稳定与高效。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的，现有FAST馈源支撑缆索的各项特点导致对其进行检测的机器人必须采用外部牵引驱动的方案，而目前机器人的牵引驱动控制方法多用于水下机器人，而相较于此，FAST馈源支撑缆索检测机器人由于其工作在空中，且如若其运动控制出现问题，对FAST设施本身会造成不可估量的影响的技术问题，本专利技术提供的技术方案为：
[0006]机器人牵引控制方法，应用于FAST馈源支撑缆索检测机器人，所述方法包括：
[0007]根据馈源支撑缆索在馈源舱端的倾角，建立馈源支撑缆索自由悬垂曲线的数学模型的步骤；
[0008]采集所述机器人的实际运行速度和预设运行速度的步骤；
[0009]根据所述机器人的当前位置以及所述模型，得到牵引绳驱动方向与所述机器人运动方向之间的夹角的步骤；
[0010]根据所述机器人的预设运行速度以及所述夹角，得到卷扬机的预测运行速度的步骤；
[0011]根据所述机器人实际运行速度和预设运行速度，得到补偿信号的步骤；
[0012]通过所述补偿信号结合所述卷扬机的预测运行速度，得到卷扬机的控制信号的步骤。
[0013]进一步，提供一个优选实施方式，所述倾角是通过FAST馈源支撑缆索控制室测量的馈源支撑塔端拉力得到。
[0014]进一步，提供一个优选实施方式，所述数学模型根据馈源支撑缆索在馈源舱端拉力和馈源支撑缆索线密度建立。
[0015]进一步，提供一个优选实施方式，机器人的实际运行速度根据所述机器人沿FAST馈源支撑缆索上运行的里程得到。
[0016]进一步，提供一个优选实施方式，所述夹角通过所述机器人当前位置坐标处馈源支撑缆索斜率、所述机器人当前位置坐标和馈源支撑缆索馈源支撑塔端两点的直线斜率得到。
[0017]进一步，提供一个优选实施方式，所述卷扬机的预测运行速度根据机器人前端牵引绳索牵引方向、机器人沿缆索运动方向之间的夹角和两者间的运动学关系得到。
[0018]进一步，提供一个优选实施方式，所述运动学关系中，卷扬机线速度与机器人速度之比根据机器人前端牵引绳索与水平面间夹角和馈源支撑缆索倾角得到。
[0019]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了机器人牵引控制装置，应用于FAST馈源支撑缆索检测机器人，所述装置包括：
[0020]根据馈源支撑缆索在馈源舱端的倾角，建立馈源支撑缆索自由悬垂曲线的数学模型的模块；
[0021]采集所述机器人的实际运行速度和预设运行速度的模块；
[0022]根据所述机器人的当前位置以及所述模型，得到牵引绳驱动方向与所述机器人运动方向之间的夹角的模块；
[0023]根据所述机器人的预设运行速度以及所述夹角，得到卷扬机的预测运行速度的模块；
[0024]根据所述机器人实际运行速度和预设运行速度，得到补偿信号的模块；
[0025]通过所述补偿信号结合所述卷扬机的预测运行速度，得到卷扬机的控制信号的模块。
[0026]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了计算机储存介质，用于储存计算机程序，当所述程序被计算机读取时，所述计算机执行所述的方法。
[0027]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了计算机，包括处理器和储存介质，当所述处理器读取所述储存介质中储存的计算机程序时，所述计算机执行所述的方法。
[0028]与现有技术相比，本专利技术提供的技术方案的有益之处在于：
[0029]本专利技术提供的机器人牵引控制方法，通过前馈控制补偿馈源支撑缆索曲线造成的控制误差，并通过反馈控制由PI控制器补偿机器人的规划运行速度与机器人实际运行速度间的偏差值，从而达到理想的馈源支撑缆索检测机器人控制效果。
[0030]适合应用于FAST馈源支撑缆索检测机器人的前后两端协同牵引的控制工作中。
附图说明
[0031]图1为实施方式一提供的机器人牵引控制方法的流程示意图。
[0032]图2为实施方式十一提到的机器人牵引控制方法应用于FAST馈源支撑缆索检测机器人中的整体环境示意图。
[0033]图3为实施方式十一提到的机器人牵引控制方法所需建立的数学模型中的坐标系示意图。
[0034]图4为实施方式十一提到的机器人牵引控制方法应用于运行于缆索上的机器人中时的缆索参数示意图。
[0035]图5为实施方式十一提到的机器人牵引控制方法所需建立的缆索整体力学分析模型示意图。
[0036]图6为实施方式十一提到的机器人牵引控制方法所需建立的缆索微元力学分析模型示意图。
[0037]图7为实施方式十一提到的机器人牵引控制方法所需建立的缆索微元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.机器人牵引控制方法，应用于FAST馈源支撑缆索检测机器人，其特征在于，所述方法包括：根据馈源支撑缆索在馈源舱端的倾角，建立馈源支撑缆索自由悬垂曲线的数学模型的步骤；采集所述机器人的实际运行速度和预设运行速度的步骤；根据所述机器人的当前位置以及所述模型，得到牵引绳驱动方向与所述机器人运动方向之间的夹角的步骤；根据所述机器人的预设运行速度以及所述夹角，得到卷扬机的预测运行速度的步骤；根据所述机器人实际运行速度和预设运行速度，得到补偿信号的步骤；通过所述补偿信号结合所述卷扬机的预测运行速度，得到卷扬机的控制信号的步骤。2.根据权利要求1所述的机器人牵引控制方法，其特征在于，所述倾角是通过FAST馈源支撑缆索控制室测量的馈源支撑塔端拉力得到。3.根据权利要求1所述的机器人牵引控制方法，其特征在于，所述数学模型根据馈源支撑缆索在馈源舱端拉力和馈源支撑缆索线密度建立。4.根据权利要求1所述的机器人牵引控制方法，其特征在于，机器人的实际运行速度根据所述机器人沿FAST馈源支撑缆索上运行的里程得到。5.根据权利要求1所述的机器人牵引控制方法，其特征在于，所述夹角通过所述机器人当前位置坐标处馈源支撑缆索斜率、所述机器人当前位置坐标和馈源支撑缆索馈源支撑塔端两点的直线斜率得到。6.根据权利要求1所述的机器人牵引控制方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚峰，孙翔宇，李长乐，张学贺，赵杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：