一种巡检机器人和越障行走控制方法与流程

本发明涉及巡检机器人，特别涉及一种巡检机器人和越障行走控制方法。

背景技术：

1、现有输电线路及电力通道巡检技术主要包括人工巡检、无人机巡检、固定式或车载式激光扫描巡检，以及沿导线、地线或杆塔构件运行的挂载式巡检机器人巡检。常见的巡检机器人常设置两个抓取臂，两个抓取臂上均设置滚轮，滚轮用于抓取线缆，在巡检机器人遇到障碍物时，常需要通过两个抓取臂交替抓取线缆，以使得两个抓取臂的其中一个抓取线缆，其中另一个跨过障碍物。部分障碍物的尺寸较大，巡检机器人难以直接跨过，巡检机器人的跨障能力受限。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种巡检机器人和越障行走控制方法，旨在改善巡检机器人的跨障能力受限的问题。

2、为实现上述目的，本发明提出的巡检机器人，包括两个抓取机构和连接机构，所述连接机构连接两个所述抓取机构，各所述抓取机构包括：

3、安装座；

4、升降座，升降设于所述安装座；

5、第一驱动组件，用于驱使所述升降座移动并锁止；以及，

6、两个夹持组件，其中之一用于抓取线缆，其中之另一用于抓取障碍物的支撑构件，各所述夹持组件包括至少两个夹持部，至少两个所述夹持部的至少其中之一设于所述安装座，至少其中之另一设于所述升降座；

7、所述连接机构包括：

8、连接主体；以及，

9、两个第二驱动组件，设于所述连接主体，两个所述第二驱动组件分别驱动连接两个所述抓取机构，以驱使所述抓取机构相对所述连接主体沿上下方向延伸的轴线和沿第一水平方向延伸的轴线转动。

10、在一实施方式中，两个所述夹持组件包括用以夹持线缆的第一夹持组件，所述第一夹持组件的至少两个所述夹持部均设置为夹持轮，所述至少两个夹持轮共同限定出夹持口，用以容纳线缆；

11、所述至少两个夹持轮中的至少一个为主动轮，以驱动所述抓取机构沿线缆滚动行走。

12、在一实施方式中，所述第一夹持组件包括设于所述安装座上第一夹持轮和设于所述升降座的两个第二夹持轮，两个所述第二夹持轮的轴线均低于所述第一夹持轮的轴线，且沿所述第一夹持轮的周向间隔设置，以与所述第一夹持轮共同限定出所述夹持口；和/或，

13、设于所述安装座的夹持轮为主动轮，设于所述升降座的夹持轮为从动轮。

14、在一实施方式中，两个所述夹持组件包括用以夹持支撑构件的第二夹持组件，所述第二夹持组件的至少两个所述夹持部分别设置为夹持板和承托部，所述夹持板设于所述安装座的上端，所述升降座的上端面形成所述承托部，所述夹持板和所述承托部之间限位出夹持间隙，所述夹持间隙用于夹持支撑构件。

15、在一实施方式中，所述第一驱动组件包括：

16、第一驱动电机，设于所述安装座；

17、驱动丝杆，沿上下方向延伸，所述第一驱动电机的转子驱动连接所述驱动丝杆；以及，

18、螺套，设于所述升降座，所述螺套螺纹套设于所述驱动丝杆。

19、在一实施方式中，所述第二驱动组件包括第二驱动电机、活动座和第三驱动电机，所述第二驱动电机和所述第三驱动电机的其中之一的转子的轴线沿上下方向延伸，其中之另一的转子的轴线沿第一水平方向延伸；

20、所述连接主体和所述活动座之间通过所述第二驱动电机驱动连接，所述活动座和所述安装座之间通过所述第三驱动电机驱动连接。

21、本发明还提出一种巡检机器人的越障行走控制方法，用于所述的巡检机器人，所述巡检机器人包括两个抓取机构和连接机构，所述连接机构连接两个所述抓取机构，各所述抓取机构包括：

22、安装座；

23、升降座，升降设于所述安装座；

24、第一驱动组件，用于驱使所述升降座移动并锁止；以及，

25、两个夹持组件，其中之一用于抓取线缆，其中之另一用于抓取障碍物的支撑构件，各所述夹持组件包括至少两个夹持部，至少两个所述夹持部的至少其中之一设于所述安装座，至少其中之另一设于所述升降座；

26、所述连接机构包括：

27、连接主体；以及，

28、两个第二驱动组件，设于所述连接主体，两个所述第二驱动组件分别驱动连接两个所述抓取机构，以驱使所述抓取机构相对所述连接主体沿上下方向延伸的轴线和沿第一水平方向延伸的轴线转动。

29、所述越障行走控制方法包括以下步骤：

30、将两个所述抓取机构中沿行进方向位于前方的所述抓取机构确定为锚定侧抓取机构、位于后方的所述抓取机构确定为运动侧抓取机构，并在越障过程中保持所述锚定侧抓取机构处于夹持状态；

31、获取待跨越的障碍物类型；

32、根据所述障碍物的类型确定所述运动侧抓取机构的目标夹持点，其中，所述目标夹持点位于所述障碍物的可抓取区内、或者沿行进方向位于所述障碍物的另一侧；

33、按照释放动作参数控制所述运动侧抓取机构的第一驱动组件动作，以使所述运动侧抓取机构脱离其当前夹持的线缆或支撑构件；

34、按照绕越动作参数控制所述连接机构的第二驱动组件动作，以使所述运动侧抓取机构沿绕开所述障碍物的路径移动至所述目标夹持点；

35、按照抓取动作参数控制所述运动侧抓取机构的第一驱动组件动作，以使所述运动侧抓取机构夹持所述目标夹持点处的线缆或支撑构件；

36、在确定所述运动侧抓取机构夹持稳定后，将所述锚定侧抓取机构确定为新的运动侧抓取机构，将原始的所述运动侧抓取机构确定为新的锚定侧抓取机构，并重复执行所述根据所述障碍物的类型确定所述运动侧抓取机构的目标夹持点的步骤，直至两个所述抓取机构均越过所述障碍物。

37、在一实施方式中，所述障碍物类型包括可跨越障碍物或不可跨越障碍物；

38、所述根据所述障碍物的类型确定所述运动侧抓取机构的目标夹持点，包括：

39、在所述障碍物为所述不可跨越障碍物时，将所述不可跨越障碍物划分为可抓取区和不可抓取区，将所述目标夹持点确定于所述障碍物的可抓取区内；

40、在所述障碍物为所述可跨越障碍物时，将所述目标夹持点确定于沿行进方向位于所述障碍物另一侧的线缆上。

41、在一实施方式中，在所述按照释放动作参数控制所述运动侧抓取机构的第一驱动组件动作之前，还包括：

42、获取当前状态向量参数；

43、将所述当前状态向量参数输入预先构建的决策函数，得到输出动作参数，所述决策函数用于将所述当前状态向量参数映射为所述输出动作参数；

44、对所述输出动作参数进行安全约束处理，得到可执行动作参数；

45、将所述可执行动作参数作为当前任务阶段所对应的所述释放动作参数、所述绕越动作参数或所述抓取动作参数，以控制所述第一驱动组件和/或所述第二驱动组件动作。

46、在一实施方式中，所述当前状态向量参数包括所述运动侧抓取机构相对于所述锚定侧抓取机构的相对位姿、所述锚定侧抓取机构与所述运动侧抓取机构的夹持状态以及当前任务阶段；

47、所述当前状态向量参数还包括以下参数中的至少一项：所述巡检机器人各关节的关节角及关节角速度、所述锚定侧抓取机构与所述运动侧抓取机构的夹持力、所述运动侧抓取机构的碰撞包络与经安全膨胀后的最近障碍物表面之间的最小欧氏距离、所述运动侧抓取机构的所述夹持组件的参考点与所述目标夹持点之间的欧氏距离、目标夹持位姿、障碍物类型。

48、在一实施方式中，所述对所述输出动作参数进行安全约束处理，得到可执行动作参数，包括：

49、判断所述输出动作参数是否满足预设的安全约束层；

50、在所述输出动作参数不满足所述安全约束层时，将所述输出动作参数投影至所述安全约束层所允许的可行动作集合，并将所述可行动作集合中与所述输出动作参数偏差最小的动作参数作为所述可执行动作参数；

51、在所述输出动作参数满足所述安全约束层时，将所述输出动作参数作为所述可执行动作参数。

52、在一实施方式中，所述安全约束层包括禁入空间参数、处于有效夹持状态的抓取机构的最少数量阈值、关节允许活动范围参数和夹持力允许区间；

53、所述判断所述输出动作参数是否满足预设的安全约束层，包括：

54、根据所述输出动作参数，确定所述巡检机器人执行所述输出动作参数时的占据空间参数、处于有效夹持状态的抓取机构的数量、各关节的关节角范围以及夹持力；

55、在同时满足以下条件的情况下，判定所述输出动作参数满足所述安全约束层：所述占据空间参数与所述禁入空间参数的交集为空，处于有效夹持状态的抓取机构的数量不小于所述最少数量阈值，各关节的关节角范围位于所述关节允许活动范围参数内，且所述夹持力位于所述夹持力允许区间内。

56、在一实施方式中，在所述将所述输出动作参数作为所述可执行动作参数之后，还包括：

57、根据所述可执行动作参数、执行所述可执行动作参数后所述巡检机器人的状态向量参数、预设的目标动作参数和预先构建的奖励函数，确定进度奖励；

58、根据所述进度奖励，更新所述决策函数的参数。

59、在一实施方式中，所述进度奖励包括方向对准奖励，所述目标动作参数包括目标接近方向；

60、所述越障行走控制方法还包括：

61、在所述目标夹持点位于角铁时，获取所述角铁的两个板面朝向外部可接近空间的单位外法向量；

62、对两个所述单位外法向量求和并归一化，得到归一化合成方向，并将所述归一化合成方向作为所述目标接近方向，所述目标接近方向为所述运动侧抓取机构的所述夹持组件接近所述目标夹持点时的目标移动方向；

63、根据所述可执行动作参数，确定所述运动侧的所述夹持组件接近所述目标夹持点时的实际移动方向，并作为实际接近方向；

64、根据所述实际接近方向与所述目标接近方向之间的夹角和所述奖励函数，确定所述方向对准奖励。

65、在一实施方式中，所述运动侧抓取机构的至少两个夹持部分别为夹持板和承托部，所述夹持板与所述承托部构成夹爪；

66、所述进度奖励包括夹角对准奖励，所述目标动作参数包括目标夹角范围；

67、所述越障行走控制方法还包括：

68、在所述目标夹持点位于角铁时，获取所述角铁的长轴方向；

69、根据所述可执行动作参数，确定所述运动侧抓取机构中的所述夹爪的中心线方向；

70、将所述夹爪的中心线方向与所述角铁的长轴方向之间的夹角作为实际角度参数；

71、根据所述实际角度参数、所述目标夹角范围和所述奖励函数，确定夹角对准奖励。

72、在一实施方式中，还包括：

73、获取所述夹持部与线缆或支撑构件的接触界面的等效摩擦系数、所述夹持组件的等效法向夹持力以及沿线缆切向的等效扰动力；

74、在所述等效摩擦系数与所述等效法向夹持力之积小于所述等效扰动力与预设安全裕度之和的情况下，控制所述第一驱动组件增大所述等效法向夹持力，直至所述等效摩擦系数与所述等效法向夹持力之积不小于所述等效扰动力与所述预设安全裕度之和；

75、在所述等效法向夹持力增大至预设夹持力上限值、且所述等效摩擦系数与所述等效法向夹持力之积仍小于所述等效扰动力与所述预设安全裕度之和的情况下，保持所述锚定侧抓取机构处于夹持状态并停止所述运动侧抓取机构的动作。

76、本发明的技术方案中，在两个所述抓取机构的所述抓取组件抓取线缆后，能够实现所述巡检机器人在线缆上的移动；通过控制所述升降座移动，能够使得两个所述夹持部相对靠近或远离，以使得至少两个所述夹持部对线缆或支撑构件进行抓取或施放，从而实现了所述抓取组件对线缆或支撑构件的抓取或释放。

77、在所述巡检机器人遇到障碍物，将位于前方的所述抓取机构确定为锚定侧抓取机构、位于后方的所述抓取机构确定为运动侧抓取机构，通过控制所述运动侧抓取机构释放线缆，然后控制所述连接主体相对所述锚定侧抓取机构沿转动，能够使得所述运动侧抓取机构落到所述目标夹持点位，最后控制所述运动侧抓取机构抓取线缆或支撑构件。所述目标夹持点位于所述障碍物的可抓取区内、或者沿行进方向位于所述障碍物的另一侧。

78、在确定所述运动侧抓取机构夹持稳定后，将所述锚定侧抓取机构确定为新的运动侧抓取机构，将原始的所述运动侧抓取机构确定为新的锚定侧抓取机构，并重复执行所述根据所述障碍物的类型确定所述运动侧抓取机构的目标夹持点的步骤，能够将两个所述抓取机构均越过所述障碍物。在跨越所述障碍物的过程中，所述夹持组件能够抓取在所述障碍物的所述支撑构件上，能够实现对无法直接跨越的所述障碍物的跨障，整体上改善了巡检机器人的跨障能力受限的问题。