本發明涉及特種機器人控制技術領域，尤其是涉及一種檢測鋼結構壁面的行走機器人控制系統及控制方法。

背景技術：

在役起重機、鋼結構橋梁等大型鋼結構設備的高空檢測作業，目前主要由工人手動完成，這種檢測方式需要工人高空作業，不僅勞動強度大、作業效率低，而且存在極大的安全風險。

技術實現要素：

為解決以上問題，本發明提供一種檢測鋼結構壁面的行走機器人控制系統及控制方法。利用該控制系統及控制方法，能夠實現鋼結構壁面的自動檢測，檢測效率高，大大降低了工人的勞動強度。

本發明采用的技術方案是：一種檢測鋼結構壁面的行走機器人控制系統，其特征在于：包括用于行走的行進足、用于固定的吸附足和控制器，所述行進足和吸附足底部均設有電池吸盤，所述行進足上設有用于控制行進足旋轉的第一舵機，所述行進足的頂部與第一連桿的一端通過第二舵機連接，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連接，所述第二舵機、第三舵機和第四舵機相互配合帶動行進足向前運動，所述吸附足上設有用于控制行進足、第一連桿和第二連桿做整體旋轉的第五舵機；所述行進足外周面上設有用于探測障礙物位置的超聲測距傳感器和紅外光電開關，所述行進足底部設有用于探測行進足位置的超聲測距傳感器；所述控制器與第一舵機、第二舵機、第三舵機、第四舵機、第五舵機、電池吸盤、超聲測距傳感器和紅外光電開關均相連。

作為優選，所述行進足和吸附足底部的電池吸盤均通過繼電器控制。

作為優選，所述控制器均通過無線藍牙的方式與第一舵機、第二舵機、第三舵機、第四舵機、第五舵機、電池吸盤、超聲測距傳感器和紅外光電開關進行信號傳輸。

作為優選，所述行進足外周面上設有兩路超聲測距傳感器和兩路紅外光電開關，所述兩路超聲測距傳感器和兩路紅外光電開關均勻布置在行進足外周面上90°范圍內。

作為優選，所述行進足底部均勻布置有三路超聲測距傳感器。

一種檢測鋼結構壁面的行走機器人控制方法：包括以下步驟：

a、將控制器切換到手動模式，在手動模式下通過控制器的界面操作，使得行走機器人到達待檢測鋼結構的壁面上；將控制系統狀態進行初始化，此時第一舵機所在的行進足和第五舵機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應的繼電器閉合，吸附足的電磁吸盤得電吸附在壁面上，行進足的電磁吸盤未通電貼于壁面；

b、將控制器切換到自動模式，控制器依次控制第四舵機、第三舵機和第二舵機轉動，帶動行進足在壁面上前行，同時行進足外周面上超聲測距傳感器和紅外光電開關探測行進足前方的障礙物信息，將行進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、若行進足前方有障礙物，則控制第五舵機轉動帶動行進足、第一連桿和第二連桿作整體旋轉，重復步驟b，直至行進足前方沒有障礙物；若行進足前方沒有障礙物，則第五舵機不轉動，行進足在壁面上繼續前行；

d、當行進足前行到再次與壁面處于垂直狀態且第一連桿與第二連桿之間的夾角為150°時，位于行進足底部的超聲測距傳感器獲取各自的位置信息，將位置信息傳輸到控制器中，控制器綜合行進足底部的超聲測距傳感器位置信息，分析判斷行進足是否處于壁面邊界外，進而控制第五舵機轉動的轉動角度和方向；

e、若行進足處于壁面邊界外，則控制器控制第五舵機轉動帶動行進足、第一連桿和第二連桿作整體旋轉，重復步驟d，直至第五舵機不轉動，即行進足處于壁面邊界內；若行進足處于壁面邊界內，控制器控制行進足的電磁吸盤所對應的繼電器閉合，行進足的電磁吸盤得電吸附在壁面上，此時行進足和吸附足同時吸附在壁面上，此時檢測設備開始工作完成所在位置的檢測任務；

f、檢測設備完成所在位置的檢測工作后，控制器控制吸附足的電磁吸盤對應的繼電器斷開，吸附足的電磁吸盤貼于壁面，控制器依次控制第二舵機、第三舵機和第四舵機帶動吸附足向前運動，運動到第一舵機所在的行進足和第五舵機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應的繼電器閉合，吸附足的電磁吸盤得電吸附在壁面上，控制器控制行進足的電磁吸盤對應的繼電器斷開，行進足的電磁吸盤斷電貼于壁面，此時行走機器人回到初始化狀態；

g、重復步驟b～f，即可完成下一個壁面位置的檢測，當行走機器人遍歷鋼結構的所有壁面后，切換到手動模式，使行走機器人返回地面。

作為優選，所述步驟b中，行進足外周面上90°范圍內均勻設置有兩路超聲測距傳感器和兩路紅外光電開關，行進足上設有控制行進足自轉的第一舵機，控制器通過第一舵機控制行進足旋轉，實現行進足前方180°范圍內障礙物信息的探測。

作為優選，所述步驟d中，行進足底部均勻設置有三路超聲測距傳感器，行進足上設有控制行進足自轉的第一舵機，控制器通過第一舵機控制行進足旋轉，實現行進足底部多個位置信息的檢測。

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

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為圖1的行進足結構示意圖；

圖3為行走機器人初始狀態結構示意圖；

圖4為行走機器人檢測狀態結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作更進一步的說明。

如圖1-2所示，本發明的一種檢測鋼結構壁面的行走機器人控制系統，包括行進足1、吸附足2、第一舵機31、第二舵機32、第三舵機33、第四舵機34、第五舵機35、第一連桿41、第二連桿42和控制器8，行進足1和吸附足2底部均設有電池吸盤5，控制器8通過控制繼電器的通斷電來控制電池吸盤5是否吸附在剛結構的壁面上，第一舵機31設置在行進足1用于控制行進足1的自轉角度和方向，第二舵機32設置在行進足1與第一連桿41的連接處，用來控制行進足1與第一連桿41的相對轉動，第三舵機33設置在第一連桿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的相對轉動，第四舵機34設置在第二連桿42與吸附足2連接處，用來控制第二連桿42與吸附足2的相對轉動，控制器8通過對第二舵機32、第三舵機33和第四舵機34的控制，可以實現行進足1或吸附足2在壁面上的行走；第五舵機35設置在吸附足2上，用于控制行進,1、第一連桿41和第二連桿42相對于吸附足2作整體旋轉。

如圖2所示，行進足1外周面上設有用于探測障礙物位置的兩路超聲測距傳感器6和兩路紅外光電開關7，兩路超聲測距傳感器6和兩路紅外光電開關7均勻設置在行進足1外周面的90°范圍內，能夠有效探測行進足1一側的障礙物信息，第一舵機31可以帶動行進足1繞自身軸向作90°旋轉，從而能夠實現行進足1前面180°范圍內無死角的探測，同時能夠減少傳感器的個數，降低成本。行進足1頂部呈120°布置有三路超聲測距傳感器6，經由第一舵機31帶動行進足1作60°自轉，可用來探測行進足1足底對稱分布的6個位置是否處于崖中(即壁面邊界外)，判斷行進足處于崖中的程度，并據此得出第五舵機35需要轉動的方向和角度，從而實現行走機器人避崖行走。

控制器8選用的單片機芯片帶有多通道較高精度的A/D和多通道增強型帶死區控制PWM波形發生器，多個硬件串口，并自帶五路PWM模塊，且其程序存儲和數據存儲空間相對較大。單片機將規劃好的步態參數存入，根據定時器產生的時鐘將相應關節數據發送到底層驅動單元，同時通過傳感器返回的信號感知周圍環境，并及時對運動狀態進行調整。

控制器8通過通訊模塊與第一舵機31、第二舵機32、第三舵機33、第四舵機34、第五舵機35、電池吸盤5、超聲測距傳感器6和紅外光電開關7進行雙向信號傳輸，通訊模塊選用型號HC-06藍牙模塊，藍牙模塊采用CSR主流藍牙芯片，藍牙V2.0協議標準，頻率為2.4GHz，可自行設置常用波特率，配對以后當全雙工串口使用，空曠地通訊的有效距離為10m。

一種檢測鋼結構壁面的行走機器人控制方法：包括以下步驟：

a、將控制器8切換到手動模式，在手動模式下通過控制器8的界面操作，使得行走機器人到達待檢測鋼結構的壁面上；將控制系統狀態進行初始化，此時第一舵機31所在的行進足1和第五舵機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所對應的繼電器閉合，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切換到自動模式，控制器5依次控制第四舵機34、第三舵機33和第二舵機32轉動，帶動行進足1在壁面上前行，同時行進足1外周面上超聲測距傳感器6和紅外光電開關7探測行進足1前方的障礙物信息，行進足1外周面上90°范圍內均勻設置有兩路超聲測距傳感器6和兩路紅外光電開關7，行進足1上設有控制行進足1自轉的第一舵機31，控制器8通過第一舵機31控制行進足1旋轉，實現行進足1前方180°范圍內障礙物信息的探測，將行進足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、若行進足1前方有障礙物，則控制第五舵機35轉動帶動行進足1、第一連桿41和第二連桿42作整體旋轉，重復步驟b，直至行進足1前方沒有障礙物；若行進足1前方沒有障礙物，則第五舵機35不轉動，行進足1在壁面上繼續前行；

d、當行進足1前行到再次與壁面處于垂直狀態且第一連桿41與第二連桿42之間的夾角為150°時，位于行進足1底部的超聲測距傳感器6獲取各自的位置信息，行進足1底部均勻設置有三路超聲測距傳感器6，行進足1上設有控制行進足1自轉的第一舵機31，控制器8通過第一舵機31控制行進足1旋轉，實現行進足1底部多個位置信息的檢測，將位置信息傳輸到控制器8中，控制器8綜合行進足1底部的超聲測距傳感器6位置信息，分析判斷行進足1是否處于壁面邊界外，進而控制第五舵機35轉動的轉動角度和方向；

e、若行進足1處于壁面邊界外，則控制器8控制第五舵機35轉動帶動行進足1、第一連桿41和第二連桿42作整體旋轉，重復步驟d，直至第五舵機35不轉動，即行進足1處于壁面邊界內；若行進足1處于壁面邊界內，控制器8控制行進足1的電磁吸盤5所對應的繼電器閉合，行進足1的電磁吸盤5得電吸附在壁面上，此時行進足1和吸附足2同時吸附在壁面上，此時檢測設備開始工作完成所在位置的檢測任務；

f、檢測設備完成所在位置的檢測工作后，控制器8控制吸附足2的電磁吸盤5對應的繼電器斷開，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32、第三舵機33和第四舵機34帶動吸附足2向前運動，運動到第一舵機31所在的行進足1和第五舵機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對應的繼電器閉合，吸附足2的電磁吸盤5得電吸附在壁面上，控制器8控制行進足1的電磁吸盤5對應的繼電器斷開，行進足1的電磁吸盤5斷電貼于壁面，此時行走機器人回到初始化狀態；

g、重復步驟b～f，即可完成下一個壁面位置的檢測，當行走機器人遍歷鋼結構的所有壁面后，切換到手動模式，使行走機器人返回地面。