模糊逻辑与速度转换结合的电缆隧道巡检机器人防摆方法

摘要

本发明公开了属于高压输电的安全防控技术领域的一种模糊逻辑与速度转换结合的电缆隧道巡检机器人防摆方法，具体说是针对一类单悬臂隧道机器人在多坡度轨道上运行采用模糊控制法与速度转换法相结合的混杂控制方法。对平面轨道部分和斜坡轨道部分的摆动加以控制，其中模糊控制法用于平面轨道部分的防摆控制，速度转换控制法则用于斜坡部分的防摆控制。该控制方法是集结合平面轨道控制与斜坡轨道控制、结合了开环控制和闭环控制方法与一身的防摆混杂控制方法，能够准确的判断机器人所在位置状态，迅速作出控制决策，有效控制机器人摆角，消除余角。该方法克服了防摆控制环境单一的局限性，将隧道巡检机器人的应用推广到更复杂的环境中。

主权项

一种模糊逻辑与速度转换结合的电缆隧道巡检机器人防摆方法，当机器人处于轨道平面位置时，采用模糊控制法控制，根据反馈的摆角和速度值，并按照模糊规则推理得出所需的驱动力，施加到动力系统上；其特征在于，将机器人在平面轨道和斜坡轨道两部分控制有机的结合在一起的混杂控制方法；所述混杂控制方法是采用模糊控制法与速度转换法相结合对平面轨道部分和斜坡轨道部分的摆动加以控制，将模糊控制用于平面轨道部分的防摆控制，保证占据了大部分运动过程的平面轨道的稳定性；由于爬坡对电机转矩要求较高，防摆控制需要大阻尼和响应速度快的因素，因而轨道斜坡部分的防摆控制选择速度转换控制，电缆隧道巡检机器人防摆控制包括以下步骤：1)通过机器人机身所携带的陀螺仪传感器实时检测机器人悬臂当前偏离竖直方向的摆角θ，规定摆角沿运动方向为正是上坡，与运动方向相反为负是下坡；2)陀螺仪传感器将该摆角值反馈给滤波器；3)采样器以间隔小于等于1s的采样周期对滤波器输出的摆角值进行采样；4)处理器将输入的每两个相邻的采样值以及采样时间按由摆角方程的余弦函数形式推出的公式(1)计算出当前机器人的振幅A：$A=\frac{1}{2}{[\frac{{\left(\theta \right(t_1)-\theta (t_2\left)\right)}^2}{{\sin }^2(-\omega T/2)}+\frac{{\left(\theta \right(t_1)+\theta (t_2\left)\right)}^2}{{\cos }^2(-\omega T/2)}]}^{1/2}---\left(1\right)$其中T＝t₁‑t₂为采样时间，θ(t₁)、θ(t₂)分别为t₁、t₂时刻的摆角值；所述机器人的振幅A到达摆动最低位置时速度的增量v如式(2)所示：$v=\sqrt{2gl(1-\cos A)}---\left(2\right)$在进行速度转换控制时，若机器人当前摆角为正，则机器人处于上坡位置，机器人速度相应增加v；若机器人当前摆角为负，则机器人处于下坡位置，机器人速度相应减少v；5)将步骤4)所得振幅与临界振幅值进行比较，如果其值大于临界振幅值，则判断机器人处于轨道斜坡位置；如果其值小于临界振幅值，则判断机器人处于轨道平面位置；6)当机器人处于轨道斜坡位置时，再根据当前摆角的正负性判断机器人是处于上坡还是下坡；若当前摆角为正，则机器人处于上坡位置，采取机器人的速度增加v进行控制；若当前摆角为负，则机器人处于下坡位置，采取机器人的速度减少v进行控制。