本發(fā)明涉及隧道機器人領域，尤其涉及一種隧洞清理機器人的弧面姿態(tài)調(diào)整方法。

背景技術：

現(xiàn)有技術中，核電站取水隧洞將清潔的海水從水源引入電站，在取水隧洞內(nèi)壁會附著貝類、藤壺等海生物。附著在內(nèi)壁上的海生物會使隧洞過流面積減小從而降低了隧洞的輸水能力，因此需要對附著的海生物進行清理。

傳統(tǒng)的人工清理方式存在工作環(huán)境差、工作效率低、有潛在的危險等問題，隧洞海生物清理機器人應運而生。現(xiàn)有的隧洞清理機器人的弧面姿態(tài)調(diào)整方法主要存在如下技術缺陷：

1、采用紅外測距的弧面姿態(tài)調(diào)整方法，精度低且方向性差。

2、采用激光測距的弧面姿態(tài)調(diào)整方法，制作成本高、耐污性差、光學系統(tǒng)需要保持干凈；空氣中有對激光吸收率較高的物質(zhì)時,容易導致精度低；激光可能對人造成傷害。此外，激光精密測量需要目標發(fā)射光，甚至需要全發(fā)射，隧洞表面不具備全反射能力，在隧洞表面安裝反光棱鏡不現(xiàn)實。

3、采用超聲波測距的弧面姿態(tài)調(diào)整方法，精度低，穩(wěn)定性和方向性差。

4、采用視覺測距的弧面姿態(tài)調(diào)整方法，當空氣中有較多灰塵或霧氣時，效果不佳。

綜上，聲波、光波的發(fā)射及反射需要一定時間，且適合于兩相對固定點的測量，若測量裝置處于運動（振動、抖動）狀態(tài)，無法滿足精密測量的要求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題在于，提供一種隧洞清理機器人的弧面姿態(tài)調(diào)整方法，能夠在末端執(zhí)行裝置偏離最佳姿態(tài)時根據(jù)反饋結(jié)果自動調(diào)整姿態(tài)；清理高效，穩(wěn)定性高，安全可靠。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明的實施例提供了一種隧洞清理機器人的弧面姿態(tài)調(diào)整方法，包括以下步驟：滾珠的最高觸點沿隧洞軸線方向投影落在隧洞的當量直徑上，滾珠設為多組；滾珠接觸隧洞圓弧內(nèi)壁且壓縮彈性元件產(chǎn)生形變，與彈性元件相連的導桿沿一套筒相對滑動，套筒內(nèi)的位移傳感器獲取導桿相對于套筒相對位移的測量值；根據(jù)位移傳感器獲取的測量值與存儲的參考值之間的偏離程度，獲取隧洞清理機器人的末端執(zhí)行裝置偏離隧洞壁面的方向和/或隧洞清理機器人的末端執(zhí)行裝置與隧洞圓弧壁面之間的相對狀態(tài)；根據(jù)位移傳感器獲取的測量值與參考值之間的偏離值，調(diào)整隧洞清理機器人末端執(zhí)行裝置的以使其恢復最佳姿態(tài)。

其中，根據(jù)位移傳感器獲取的測量值與參考值之間偏離值的步驟之后還包括：將偏離值通過一壓力傳感器傳遞至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)相應地調(diào)整清理機器人末端執(zhí)行裝置的姿態(tài)。

其中，調(diào)整隧洞清理機器人末端執(zhí)行裝置以使其恢復最佳姿態(tài)的步驟包括：滾珠與隧洞圓弧內(nèi)壁接觸點所在的圓柱面與隧洞的圓柱面重合，位移傳感器獲取的測量值與存儲的參考值相等的步驟。

其中,控制系統(tǒng)為閉環(huán)負反饋系統(tǒng)，用以將偏離值逐步減小直至位移傳感器獲取的測量值接近存儲的參考值。

其中，調(diào)整隧洞清理機器人末端執(zhí)行裝置連接在一基板上，壓力傳感器集成在基板上，位移傳感器的一端連接在導桿上，相對的另一端連接滾珠；彈性元件套接在導桿的外部，其相對的兩端分別抵壓在壓力傳感器和位移傳感器上。

其中，用以獲取導桿相對于套筒相對位移測量值的位移傳感器包括：第一位移傳感器、第二位移傳感器或第三位移傳感器，第一位移傳感器和第三位移傳感器布置在第二位移傳感器的兩側(cè)，其中：根據(jù)位移傳感器獲取的測量值與存儲的參考值之間的偏離程度，獲取的隧洞清理機器人的末端執(zhí)行裝置偏離隧洞壁面方向的步驟包括： 根據(jù)第一位移傳感器、第二位移傳感器或第三位移傳感器獲取的測量值與參考值之間的比較值，判斷隧洞清理機器人末端執(zhí)行裝置是否在俯仰方向或左右搖擺方向偏離了隧洞弧面。

其中，根據(jù)位移傳感器獲取的測量值與存儲的參考值之間的偏離程度，獲取的隧洞清理機器人的末端執(zhí)行裝置與隧洞圓弧壁面之間相對狀態(tài)的步驟包括：根據(jù)第一位移傳感器、第二位移傳感器或第三位移傳感器獲取的測量值與參考值之間的比較值，判斷隧洞清理機器人末端執(zhí)行裝置是否在隧洞的徑向方向上發(fā)生了旋轉(zhuǎn)或過于靠近隧洞圓弧壁面或過于遠離隧洞圓弧壁面。

其中，存儲的位移傳感器獲取的導桿相對于套筒相對位移的參考值可調(diào)整標定。

其中，滾球的最高觸點的周圍設有刮洗外殼，用以在滾球滾動時對滾球的表面進行刮洗。

本發(fā)明所提供的隧洞清理機器人的弧面姿態(tài)調(diào)整方法，具有如下有益效果：

第一、隧洞清理機器人能夠根據(jù)位移傳感器獲取的測量值與存儲的參考值之間的偏離程度，獲取隧洞清理機器人的末端執(zhí)行裝置偏離隧洞壁面的方向和/或隧洞清理機器人的末端執(zhí)行裝置與隧洞圓弧壁面之間的相對狀態(tài)；并能夠根據(jù)位移傳感器獲取的測量值與參考值之間的偏離值，調(diào)整隧洞清理機器人末端執(zhí)行裝置的以使其恢復最佳姿態(tài)。在末端執(zhí)行裝置的載體跑偏或抖動等原因?qū)е履┒藞?zhí)行裝置偏離理論最佳姿態(tài)時能自動調(diào)整末端執(zhí)行裝置的位姿使其向理論最佳姿態(tài)靠攏。

第二、滾珠與隧洞內(nèi)壁的之間的壓力會實時反饋至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)相應地調(diào)整清理機器人末端執(zhí)行裝置的姿態(tài)，通過上述接觸力能夠?qū)崿F(xiàn)過載保護，使末端執(zhí)行裝置與隧洞內(nèi)壁的接觸力保持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

第三，清理高效，穩(wěn)定性高，安全可靠。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例隧洞清理機器人弧面姿態(tài)調(diào)整方法的姿態(tài)調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例隧洞清理機器人弧面姿態(tài)調(diào)整方法的隧洞清理機器人末端執(zhí)行裝置清掃隧洞內(nèi)壁的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

結(jié)合參見圖1-圖2所示，為本發(fā)明隧洞清理機器人的弧面姿態(tài)調(diào)整方法的實施例一。

本實施例中的隧洞清理機器人的弧面姿態(tài)調(diào)整方法應用在隧洞清理機器人上，該隧洞清理機器人用以清理隧洞內(nèi)海生物、淤泥及其它雜質(zhì)。具體實施時，隧洞清理機器人包括：末端執(zhí)行裝置1和連接在末端執(zhí)行裝置1上的用以檢測末端執(zhí)行裝置1相對于隧洞內(nèi)壁姿態(tài)的姿態(tài)調(diào)整裝置2。

進一步的，姿態(tài)調(diào)整裝置2包括基板21，基板21上設置多組檢測觸點，本實施例中檢測觸點的結(jié)構(gòu)相同，設為三組，在基板21上呈三角狀布置。任一組檢測觸點包括：集成在基板21上的壓力傳感器22，連接在壓力傳感器22上的導桿23，一端套接在導桿23上，相對的另一端連接一滾珠24的套筒25以及套接在導桿23的外部，其相對的兩端分別抵壓在壓力傳感器22和套筒25上的彈性元件26。其中：套筒25的內(nèi)部設置位移傳感器，彈性元件26為壓縮彈簧。具體實施時，滾珠24接觸隧洞圓弧內(nèi)壁T且壓縮彈性元件26產(chǎn)生形變，套筒25內(nèi)的位移傳感器獲取導桿23相對于套筒相對位移的測量值。例如：當進行清理時，姿態(tài)檢測模塊2的滾珠24接觸并壓在清理干凈的隧洞圓弧內(nèi)壁T上，當滾珠24接觸隧洞圓弧內(nèi)壁T且壓縮彈性元件26變形到存儲的設置值時表明執(zhí)行器位姿正確，否則需要通過隧洞清理機器人的其它機構(gòu)，例如：清理機械臂、伸縮油缸等來調(diào)整末端執(zhí)行裝置的姿態(tài)。

優(yōu)選的，本實施例中用以獲取導桿23相對于套筒25相對位移測量值的位移傳感器包括：第一位移傳感器R1、第二位移傳感器R2或第三位移傳感器R3，第一位移傳感器R1和第三位移傳感器R3布置在第二位移傳感器R2的兩側(cè)。

本發(fā)明隧洞清理機器人的弧面姿態(tài)調(diào)整方法在具體實施時，包括以下步驟：

S10，滾珠24的最高觸點O沿隧洞軸線方向投影落在隧洞的當量直徑上，滾珠24對應檢測觸點的組量，為三個,該三個滾珠在作業(yè)時與不同的隧道截面相接觸。

S20，滾珠24接觸隧洞圓弧內(nèi)壁T且壓縮彈性元件26產(chǎn)生形變，與彈性元件26相連的導桿23沿套筒25相對滑動，套筒25內(nèi)的位移傳感器獲取導桿23相對于套筒25相對位移的測量值。

S30，根據(jù)位移傳感器獲取的測量值與存儲的參考值之間的偏離程度，獲取隧洞清理機器人的末端執(zhí)行裝置1偏離隧洞壁面T的方向和/或隧洞清理機器人的末端執(zhí)行裝置1與隧洞圓弧壁面T之間的相對狀態(tài)。

S40，根據(jù)位移傳感器獲取的測量值與參考值之間的偏離值，調(diào)整隧洞清理機器人末端執(zhí)行裝置1的以使其恢復最佳姿態(tài)。

具體實施時，調(diào)整隧洞清理機器人末端執(zhí)行裝置1連接在基板21上，當末端執(zhí)行裝置1因某些原因?qū)е挛蛔似x理論最佳位姿時，因基板21與末端執(zhí)行裝置1固連，基板21的位姿必然跟隨其改變。

步驟S30中，根據(jù)位移傳感器獲取的測量值與存儲的參考值之間的偏離程度，獲取的隧洞清理機器人的末端執(zhí)行裝置1偏離隧洞壁面方向的步驟包括： 根據(jù)第一位移傳感器R1、第二位移傳感器R2或第三位移傳感器R3獲取的測量值與參考值之間的比較值，判斷隧洞清理機器人末端執(zhí)行裝置1是否在俯仰方向或左右搖擺方向偏離了隧洞弧面。例如：第一位移傳感器R1的測量值明顯大于參考值，而第三位移傳感器R3的測量值明顯小于參考值，或者第三位移傳感器R3的測量值明顯大于參考值，而第一位移傳感器R1的測量值明顯小于參考值時，說明基板21在俯仰方向偏離了隧洞圓弧壁面，即末端執(zhí)行裝置1在俯仰方向上偏離了最佳姿態(tài)；

當?shù)谝晃灰苽鞲衅鱎1和第三位移傳感器R3的測量值明顯大于參考值，而第二位移傳感器R2的測量值明顯小于參考值，或者當?shù)谝晃灰苽鞲衅鱎1和第三位移傳感器R3的壓測量明顯小于參考值，而第二位移傳感器R2的測量值明顯大于參考值，說明基板21在左右搖擺方向偏離了最佳姿態(tài)，即末端執(zhí)行裝置1在俯仰方向上偏離了最佳姿態(tài)。

進一步的，根據(jù)位移傳感器獲取的測量值與存儲的參考值之間的偏離程度，獲取的隧洞清理機器人的末端執(zhí)行裝置1與隧洞圓弧壁面之間相對狀態(tài)的步驟包括：根據(jù)第一位移傳感器R1、第二位移傳感器R2或第三位移傳感器R3獲取的測量值與參考值之間的比較值，判斷隧洞清理機器人末端執(zhí)行裝置1是否在隧洞的徑向方向上發(fā)生了旋轉(zhuǎn)或過于靠近隧洞圓弧壁面或過于遠離隧洞圓弧壁面的情況。例如：當?shù)诙灰苽鞲衅鱎2的測量值接近參考值，而第一位移傳感器R1和第三位移傳感器R3的測量值都明顯大于或均明顯小于參考值，說明基板21在以隧洞徑向為軸的方向上發(fā)生了旋轉(zhuǎn)；當三個位移傳感器R1,R2,R3的測量值均明顯大于參考值時,說明末端執(zhí)行裝置1過于靠近隧洞圓弧壁面；反之，當三個位移傳感器R1,R2,R3的測量值均明顯小于參考值時，說明末端執(zhí)行裝置1過于遠離隧洞圓弧壁面。

步驟S30之后還包括：將偏離值通過壓力傳感器22傳遞至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)相應地調(diào)整清理機器人末端執(zhí)行裝置1的姿態(tài)。具體實施時，由于偏離最佳姿態(tài)的程度都可以通過位移傳感器的測量值偏離其參考值的程度量化，將偏離值通過壓力傳感器22傳遞到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)發(fā)出相應指令調(diào)整執(zhí)行器的姿態(tài)，該控制系統(tǒng)為閉環(huán)負反饋系統(tǒng)，逐漸將偏離值減小，直至三個位移傳感器的測量值都接近參考值時，說明末端執(zhí)行裝置1恢復了最佳姿態(tài)。與此同時，滾球24與隧洞壁面接觸時的壓力會實時反饋到上述控制系統(tǒng)，即使在運動中，測量的結(jié)果也實時跟隨末端執(zhí)行裝置1的姿態(tài)變化，可以通過接觸力實現(xiàn)過載保護的功能。

步驟S40中，調(diào)整隧洞清理機器人末端執(zhí)行裝置1以使其恢復最佳姿態(tài)的步驟包括：滾珠24與隧洞圓弧內(nèi)壁接觸點所在的圓柱面與隧洞的圓柱面重合，位移傳感器獲取的測量值與存儲的理論參考值相等的步驟。

其它實施方式中，滾球24的最高觸點O的周圍設有刮洗外殼241，用以在滾球24滾動時對滾球的表面進行刮洗。具體實施時，在滾球24與隧洞接觸的情況下，車體沿隧洞軸線方向移動時，滾球24會在摩擦力作用下滾動，若滾球24被隧洞表面污染，在滾動時滾球24表面與刮洗外殼241的相對運動會對滾球24表面進行刮洗，實現(xiàn)自清洗功能，較大的顆粒都能被清洗掉，剩余的微粒也不足以影響測量精度。

此外，若末端執(zhí)行裝置1的理論最佳姿態(tài)發(fā)生變化，不需改變機構(gòu)的安裝，只需重新標定位移傳感器的測量值的參考值即可。也就是說，存儲的位移傳感器獲取的導桿相對于套筒相對位移的參考值可調(diào)整標定。

實施本發(fā)明的隧洞清理機器人的弧面姿態(tài)調(diào)整方法，具有如下有益效果：

第一、隧洞清理機器人能夠根據(jù)位移傳感器獲取的測量值與存儲的參考值之間的偏離程度，獲取隧洞清理機器人的末端執(zhí)行裝置偏離隧洞壁面的方向和/或隧洞清理機器人的末端執(zhí)行裝置與隧洞圓弧壁面之間的相對狀態(tài)；并能夠根據(jù)位移傳感器獲取的測量值與參考值之間的偏離值，調(diào)整隧洞清理機器人末端執(zhí)行裝置的以使其恢復最佳姿態(tài)。在末端執(zhí)行裝置的載體跑偏或抖動等原因?qū)е履┒藞?zhí)行裝置偏離理論最佳姿態(tài)時能自動調(diào)整末端執(zhí)行裝置的位姿使其向理論最佳姿態(tài)靠攏。

第二、滾珠與隧洞內(nèi)壁的之間的壓力會實時反饋至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)相應地調(diào)整清理機器人末端執(zhí)行裝置的姿態(tài)，通過上述接觸力能夠?qū)崿F(xiàn)過載保護，使末端執(zhí)行裝置與隧洞內(nèi)壁的接觸力保持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

第三，清理高效，穩(wěn)定性高，安全可靠。