本技术介绍了一种自适应变构管道机器人的智能运动控制方法。该机器人采用双摆臂履带机构,通过深度相机采集管道内部图像,实现场景识别和管道边线的提取。基于识别结果,系统计算参数以评估机器人的可通过性,并设计路径规划器与摆臂规划器生成参考轨迹和摆臂角度序列,进行平滑处理后输入至MPC运动控制器。同时,深度相机、IMU和轮速记的数据通过ESKF算法估计机器人位置与状态,与TOF模块的碰撞预警信号一起实时输入至MPC运动控制器,最终输出控制信号以驱动电机和摆臂电机,实现机器人在不同场景下的自适应变构和自主运动。
背景技术
通风管道是工厂与高层建筑中的重要基础设施,管道内的污染物堆积与锈蚀可能会引发人体呼吸道感染等疾病。然而,由于通风管道通常位于建筑结构的夹层或高空,其巡检和维护存在一定的困难和挑战。研制管道机器人代替人工完成管道内的巡检是目前发展的趋势。
在复杂管道环境中,管道机器人需要通过直管、弯管、坡面、台阶等多种地形场景,尤其在狭窄环境中,对操作员的操作熟练度有很高的要求,还存在因为视线盲区与长时间巡检下的过度疲劳等带来的误操作问题。目前,机器人自主巡检与自主运动控制在常规的地面环境已经有广泛的研究,但在狭窄管道环境中,一方面,现有的感知定位系统精度会受到管道环境中的高反射率与低纹理等因素影响,另一方面,管道机器人要自动规划构型以适应多种地形场景,基于学习与模型的方法只能解决单一场景,且鲁棒性差。因此,现有的方法无法实现管道环境下机器人的自主巡检与自适应运动控制。
中国专利申请号为:CN202211176185.2,授权日为2023年7月4日的专利文献,公开了一种自主运行智能检测管道机器人,通过前束控制板调整前束角度,实现管道机器人在各种运行速度下的自动主母线循迹,使用霍尔传感器计数测距,避免管道内壁相对较差工况产生磨损或失效造成的测量误差,但在光滑的管道环境中,无法解决打滑带来的里程误差,且调整前束角度仅能解决直管场景的自主运动。
中国专利申请号为:CN201710719668.5,授权日为2023年6月20日的专利文献,公开了一种自适应式履带行走系统和自适应式履带机器人,在遇到障碍物时,利用悬挂机构自动改变履带形状去适应变化的地形,具有结构简单、自适应能力强的特点,但这种被动自适应方法只能应用在直线行进中地形起伏小的场景,无法解决过弯的自适应运动控制与台阶场景的通过问题。
目前,如何利用多传感器设备采集的数据,设计管道机器人自适应变构方法以实现机器人在多种管道场景下的自主巡检时亟需解决的一个问题。
实现思路