本發(fā)明涉及一種無(wú)動(dòng)力下坡速度控制方法，特別是涉及一種用于巡檢機(jī)器人的無(wú)動(dòng)力下坡速度控制方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的輸電線路巡檢方法主要以人工巡線為主，其巡線效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工人經(jīng)常野外工作，工作環(huán)境惡劣，并且跨越高山，密林，大河的輸電線路檔段的巡檢難度更大。采用直升機(jī)巡檢效率較高，但是其經(jīng)濟(jì)效益差，并且容易忽略輸電線路的細(xì)微損壞。采用巡線機(jī)器人巡檢可以克服以上的缺點(diǎn)，其巡檢效率高，成像效果好，是機(jī)器人技術(shù)與輸電線路巡檢技術(shù)發(fā)展相結(jié)合的必然趨勢(shì)。

如今，續(xù)航問(wèn)題是制約巡檢機(jī)器人在線路上長(zhǎng)距離運(yùn)行的一大問(wèn)題。目前解決的方法主要有兩大類，即“開(kāi)源”和“節(jié)流”?！伴_(kāi)源”的主要方法是感應(yīng)取電、太陽(yáng)能電池板、太陽(yáng)能基站等；“節(jié)流”主要是從新材料、優(yōu)化線路結(jié)構(gòu)、提高能量利用率等方面入手。然而這些方法對(duì)機(jī)器人的續(xù)航能力的提升幫助有限。機(jī)器人運(yùn)行的輸電線路有近一半是下坡，如果能夠在機(jī)器人下坡時(shí)斷開(kāi)電源，令機(jī)器人處于無(wú)動(dòng)力下坡?tīng)顟B(tài)，這樣可以大大提高機(jī)器人的續(xù)航能力。但是若不對(duì)機(jī)器人無(wú)動(dòng)力下坡時(shí)的速度進(jìn)行控制，那么機(jī)器人將會(huì)高速碰檢到防震錘，導(dǎo)致機(jī)器人和線路金具損壞。

傳統(tǒng)的速度控制方法是機(jī)器人在線路上正常運(yùn)行時(shí)的伺服驅(qū)動(dòng)控制。這種速度控制方法的速度控制準(zhǔn)確，抗干擾能力強(qiáng)，但是需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)處于工作狀態(tài)。為了節(jié)省更多的能量，需在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)斷開(kāi)的情況下實(shí)現(xiàn)速度控制。因此，本文提出的無(wú)動(dòng)力下坡速度控制方法有效地解決了這一問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了在巡檢機(jī)器人無(wú)動(dòng)力下坡時(shí)實(shí)現(xiàn)速度控制，本發(fā)明提出了一種無(wú)動(dòng)力下坡速度控制方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種用于巡檢機(jī)器人的無(wú)動(dòng)力下坡速度控制方法，其特征在于：

使用脈寬調(diào)制方法進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，并且將能耗制動(dòng)技術(shù)與脈寬調(diào)制方法相結(jié)合，能耗制動(dòng)可以提供機(jī)器人無(wú)動(dòng)力下坡時(shí)的制動(dòng)力矩，通過(guò)調(diào)節(jié)控制電路PWM波占空比的大小可以改變能耗制動(dòng)力矩，從而改變機(jī)器人下坡加速度的大小，實(shí)現(xiàn)速度控制，主要有以下步驟：

步驟A：通過(guò)機(jī)器人上的傾角傳感器可以檢測(cè)線路坡度，當(dāng)檢測(cè)到線路為下坡時(shí)，行走輪電機(jī)由電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)模式切換至能耗控速模式，此時(shí)下坡等效驅(qū)動(dòng)力矩大于電機(jī)能耗制動(dòng)力矩，機(jī)器人加速下坡，行走輪電機(jī)轉(zhuǎn)速增大；

步驟B：給機(jī)器人設(shè)定一個(gè)目標(biāo)下坡速度，該目標(biāo)下坡速度對(duì)應(yīng)的行走輪電機(jī)轉(zhuǎn)速為目標(biāo)轉(zhuǎn)速n0，當(dāng)行走輪電機(jī)轉(zhuǎn)速n小于目標(biāo)轉(zhuǎn)速n0時(shí)，減小PWM波占空比u，從而減小機(jī)器人下坡制動(dòng)力矩，使機(jī)器人保持加速下坡?tīng)顟B(tài)；

步驟C：當(dāng)行走輪電機(jī)轉(zhuǎn)速n大于目標(biāo)轉(zhuǎn)速n0時(shí)，增大PWM波占空比u，從而增大機(jī)器人下坡制動(dòng)力矩，使機(jī)器人減速；

步驟D：經(jīng)過(guò)步驟B、C，可使得無(wú)動(dòng)力下坡的電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在接近目標(biāo)轉(zhuǎn)速n0一定范圍內(nèi)，從而達(dá)到使機(jī)器人恒速下坡；

步驟E：當(dāng)傾角傳感器檢測(cè)到線路由下坡變?yōu)樗交蛏掀聽(tīng)顟B(tài)時(shí)，行走輪電機(jī)由能耗控速模式切換至伺服驅(qū)動(dòng)模式，至此無(wú)動(dòng)力下坡運(yùn)行狀態(tài)結(jié)束。

作為優(yōu)先，可以通過(guò)設(shè)定不同的目標(biāo)轉(zhuǎn)速n0來(lái)使機(jī)器人在巡檢線路上下坡時(shí)具有不同的恒定速度。

本發(fā)明提出的無(wú)動(dòng)力下坡速度控制方法有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、比較好地實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人無(wú)動(dòng)力下坡的速度控制，且速度控制較為準(zhǔn)確；

2、該速度控制方法較為簡(jiǎn)便，只需調(diào)節(jié)控制電路PWM波占空比即可調(diào)節(jié)速度；

3、該速度控制方法對(duì)機(jī)器人的改動(dòng)較小，便于實(shí)用化。

附圖說(shuō)明

圖1為無(wú)動(dòng)力下坡速度控方法制原理圖；

圖2為無(wú)動(dòng)力下坡速度控制方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合原理圖對(duì)該速度控制方法進(jìn)行更詳細(xì)的介紹。

如附圖1所示。根據(jù)脈寬調(diào)制方法，通過(guò)改變控制電路的PWM波占空比的大小，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變電路的開(kāi)關(guān)器件(如MOS管)的通斷的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該逆變電路的輸出電壓(即電路中的電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì))的控制。

對(duì)附圖1中的回路使用歐姆定律得

uE_a＝I_a(R_a+R_z) (1)

其中，u為PWM波占空比，E_a為電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，I_a為電樞電流，R_a為電樞電阻，R_z為能耗電阻；

由電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式

T＝K_tI_a (2)

其中，T為電磁轉(zhuǎn)矩，K_t為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，I_a為電樞電流；

根據(jù)電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)速的關(guān)系有

E_a＝K_en (3)

其中,E_a為電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，K_e為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速；

聯(lián)立(1)、(2)、(3)式可得

$n=\frac{(R_a+R_z)T}{{\mathrm{uK}}_t{K}_e}---\left(4\right)$

若設(shè)機(jī)器人下坡勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的占空比為u₀，則由(4)式可知：

當(dāng)u>u₀時(shí)，電機(jī)減速，機(jī)器人沿下坡做減速運(yùn)動(dòng)；

當(dāng)u<u₀時(shí)，電機(jī)加速，機(jī)器人沿下坡做加速運(yùn)動(dòng)。

故而，可以通過(guò)此方法來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的下坡速度控制。

下面結(jié)合附圖2所示的流程圖對(duì)該速度控制方法的具體步驟加以介紹。

步驟A：通過(guò)機(jī)器人上的傾角傳感器可以檢測(cè)線路坡度。當(dāng)檢測(cè)到線路為下坡時(shí)，行走輪電機(jī)由電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)模式切換至能耗控速模式。此時(shí)下坡等效驅(qū)動(dòng)力矩大于電機(jī)能耗制動(dòng)力矩，機(jī)器人加速下坡，行走輪電機(jī)轉(zhuǎn)速增大。

步驟B：給機(jī)器人設(shè)定一個(gè)目標(biāo)下坡速度，該目標(biāo)下坡速度對(duì)應(yīng)的行走輪電機(jī)轉(zhuǎn)速為目標(biāo)轉(zhuǎn)速n0，當(dāng)行走輪電機(jī)轉(zhuǎn)速n小于目標(biāo)轉(zhuǎn)速n0時(shí)，減小PWM波占空比u，從而減小機(jī)器人下坡制動(dòng)力矩，使機(jī)器人保持加速下坡?tīng)顟B(tài)。

步驟C：當(dāng)行走輪電機(jī)轉(zhuǎn)速n大于目標(biāo)轉(zhuǎn)速n0時(shí)，增大PWM波占空比u，從而增大機(jī)器人下坡制動(dòng)力矩，使機(jī)器人減速。

步驟D：經(jīng)過(guò)步驟B、C，可使得無(wú)動(dòng)力下坡的電機(jī)轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定在目標(biāo)轉(zhuǎn)速n0附近。若此時(shí)欲使機(jī)器人在線路上以另一轉(zhuǎn)速勻速運(yùn)動(dòng)，同樣只需相應(yīng)地調(diào)節(jié)PWM波占空比u，調(diào)節(jié)方法與步驟B、C類似。

步驟E：當(dāng)線路由下坡變?yōu)樗交蛏掀聽(tīng)顟B(tài)時(shí)，行走輪電機(jī)由能耗控速模式切換至伺服驅(qū)動(dòng)模式，至此無(wú)動(dòng)力下坡運(yùn)行狀態(tài)結(jié)束。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例作各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。

盡管本文較多地使用了行走輪、行走輪電機(jī)、傾角傳感器、線路坡度、無(wú)動(dòng)力下坡、伺服驅(qū)動(dòng)、能耗控速、下坡等效驅(qū)動(dòng)力矩、能耗制動(dòng)力矩等術(shù)語(yǔ)，但并不排除使用其他術(shù)語(yǔ)的可能性。使用這些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了更方便的描述本發(fā)明的本質(zhì)，把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。