0016]图1为本发明管道清洗机器人的一种实施例的结构示意图；
图2为本发明管道清洗机器人控制方法的第一实施例的流程图；
图3为本发明管道清洗机器人控制方法的第二实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0017]为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0018]本发明提供一种实施例的基于力矩控制的管道清洗机器人的控制方法，所述管道清洗机器人，如图1所示，包括喷杆I及与喷杆相连接的喷嘴2，其上还设有水平旋转轴3及竖直旋转轴4，所述喷杆I可绕水平旋转轴3在水平面上转动，从而带动喷嘴2沿着水平面转动，所述喷杆I可绕竖直旋转轴4在竖直面上转动，从而带动喷嘴2沿着水平面转动。利用其内设置的控制装置及驱动装置(图中未示出)控制驱动所述水平旋转轴及竖直旋转轴的转动，从而带动喷杆和喷嘴完成对管道的清洗工作。本实施例中，优选采用第一伺服电机驱动所述水平旋转轴3转动，第二伺服电机驱动所述竖直旋转轴4转动。
[0019]所述管道清洗机器人上还设有监控摄像头，用于实时监控机器人的行进情况及管道内的油污情况。
[0020]所述基于力矩控制的管道清洗机器人的控制方法包括以下步骤:
系统初始化，读取机器人参数配置文件，并开启监控摄像头，恢复默认值；机器人的运动控制卡初始化，串口开启，打开摄像头开启监控。
[0021]获取管道清洗信号，并根据所述管道清洗信号设定所述机器人的清洗参数； 输出对用于控制喷杆绕水平旋转轴水平旋转的第一伺服电机和用于控制喷杆绕竖直旋转轴竖直旋转的第二伺服电机的第一控制信号以带动所述机器人的喷嘴移动到管道清洗周期的运动原点；
输出对第一伺服电机和第二伺服电机的第二控制信号以控制所述喷杆的竖直旋转轴和所述喷杆的水平旋转轴的运行；
判断接收到喷杆水平旋转的返回速度是否为零且持续一定时间T ;
如果是，输出对第一伺服电机和第二伺服电机的第三控制信号以控制所述喷杆的竖直旋转轴和所述喷杆的水平旋转轴的运行；
判断接收到喷杆竖直旋转的返回速度是否为零且持续一定时间T ;如果是，输出对第一伺服电机和第二伺服电机的第四控制信号以控制所述喷杆的竖直旋转轴和所述喷杆的水平旋转轴的运行；
判断接收到喷杆水平旋转的返回速度是否为零且持续一定时间T ;
如果是，输出对第一伺服电机和第二伺服电机的第五控制信号以控制所述喷杆的竖直旋转轴和所述喷杆的水平旋转轴的运行；
判断接收到喷杆竖直旋转的返回速度是否为零且持续一定时间T;
如果是，所述机器人沿当前管道移动预设的行进距离；
判断机器人已经移动的距离是否大于等于设定的总距离，如果是，终止清洗工作，如果否，则进入下个周期的清洗步骤。
[0022]所述获取管道清洗信号，并根据所述管道清洗信号设定所述机器人的清洗参数的步骤具体为：
设定所述管道为方形管道，并设定清洗管道总长度L、每个清洗周期内的行进距离A、清洗阻力F，清洗动力S，以及喷嘴在管道壁面上的行走速度V ;
根据监控摄像头采集的管道视频信号设定清洗模式为轻油污清洗模式或重油污清洗模式；
清油污清洗模式下，控制喷嘴与喷杆的夹角为0 ;
重油污清洗模式下，控制喷嘴与喷杆的夹角为设定角度a，使喷嘴始终与所清洗的管道壁面垂直。
[0023]在0-90度范围内，喷嘴与管道壁面的夹角越大，意味着喷嘴喷出的高温蒸汽射流对管道壁面的冲击力越大。因此对于较清油污，即轻油污清洗模式下，只需要使喷嘴2与喷杆1保持在同一直线上，即夹角为0度，此时喷杆的与壁面的夹角即为喷嘴与管道壁面的夹角。而对于重油污，需要转换为重油污清洗模式，因此针对重油污区，为了获得更好的清洗效果，需增大喷嘴与喷杆的夹角，此时喷嘴与壁面的实际夹角为喷杆与壁面的夹角加上喷杆与喷嘴的夹角。
[0024]增大喷嘴与喷杆的夹角，虽然能够增强对油污的冲击力，但同时也会减小蒸汽射流的作用面积，使得清洗宽度更窄。更重要的是，当喷嘴与喷杆不处于一条直线时，喷嘴与喷杆(等效成两条直线）所构成的平面必须时刻与要清洗的管道壁面垂直，因此在诸如清洗管道上壁面切换到管道左壁面的情况时，必须使平面以喷杆为轴逆时针旋转90度，为了使旋转90度的动作顺利完成，还必须使喷杆水平向右旋转一定角度，否则喷嘴的运动将与左壁面发生干涉。
[0025]因此，基于上述情况，本发明所述的基于力矩控制的管道清洗机器人的控制方法分为重油污清洗模式和轻油污清洗模式，以下分别对两种控制模式进行详述。
[0026]如图2所示，本实施例中的基于力矩控制的管道清洗机器人的控制方法包括以下步骤：
步骤S1001，系统初始化，读取参数配置文件，恢复默认值，各个串口开启，打开摄像头开启监控，选择方形管道清洗，并设定以下参数：清洗管道总长度、每个清洗周期内的行进距离、清洗阻力F (即喷嘴对管道壁面的压力)，清洗动力S (即为使喷嘴在壁面移动的驱动力)，以及喷嘴在管道壁面上的行走速度V (即清洗速度)。如果对上述参数有尚未设定的，则采取默认值； 步骤S1002，根据监控摄像头采集的管道视频信号及人机交互界面，用户选择是否开启重油污清洁模式，若否进入步骤SllOl ;若是，则控制管道清洗机器人进入重油污清洁模式。实际应用中，判断所述管道壁上是否为重油污的方法及分界限因人而异，具体可以管道壁上是否有油滴为界限，若有油滴，则可以设定机器人的清洗模式为重油污清洗模式。当然，为了增强对任何管道的清洗力度及清洗效果，可以设定机器人一直工作在重油污模式。
[0027]步骤S1101，喷杆水平旋转轴以及竖直旋转轴均采用力矩模式，设定所述喷杆竖直旋转轴和喷杆水平旋转轴的力矩大小为空走力矩，所述喷杆竖直旋转轴和喷杆水平旋转轴的最大速度设定为空走速度；开启对第一伺服电机和第二伺服电机的第一控制信号以带动所述机器人的喷嘴移动到管道清洗周期的运动原点；
其中，本实施例中所述运动原点优选位于方形管道上壁面上与右壁面相连接处，即右上角。
[0028]步骤S1102，准备开始清洗方管的上壁面，此时喷杆水平旋转轴为动力轴，竖直旋转轴为阻力轴。设定喷杆竖直旋转轴力矩为清洗阻F力矩与喷杆重力G力矩(常量)之和，这是由于在清洗上壁时，竖直旋转轴为了提供足够的压力，应克服喷杆固有的重力矩影响；设定水平旋转轴的力矩为清洗动力S的力矩，设定其最大速度为清洗速度V，设定完成后，对这两个轴发出第二控制信号，驱动水平旋转轴和竖直旋转轴开始运行。
[0029]步骤S1103，判断喷嘴是否到达管道的左上角，即管道上壁面清洗是否已经完成。判定的依据是喷杆水平旋转轴伺服驱动器返回的电机速度在一段时间T内为零，则说明水平轴已经停止转动，也就是说已经到达管道左壁。以一段时间T内的速度作为判定依据，是为了防止信号的扰动将导致的误判。如果已经到达管道左壁面(水平轴停止转动)则继续执行步骤SI 104，否则返回继续监测。
[0030]步骤S1104，准备开始清洗方管的左壁面，此时喷杆水平旋转轴为阻力轴，竖直旋转轴为动力轴，设定喷杆竖直旋转轴的力矩为清洗动力S的力矩与喷杆重力G的力矩矩(常量)之差，这是由于在清洗左壁时，喷杆的重力能够提供一部分动力，设定其最大速度为清洗速度V，同时设定水平旋转轴的力矩为清洗阻F的力矩，设定完成后，对这两个轴发出第三控制信号，驱动水平旋转轴和竖直旋转轴开始运行。
[0031]步骤S1105，判断喷嘴是否到达管道的左下角，即左壁清洗是否已经完成。判定的依据是喷杆竖直旋转轴伺服驱动器返回的电机速度在一段时间T内为零，则说明竖直旋转轴已经停止转动，也就是说已经到达管道下壁面，如果已经到达下壁面(竖直轴停止转动)则继续执行步骤SI 106，否则返回继续监测。
[0032]步骤S1106，准备开始清洗方管的下壁面，此时喷杆水平旋转轴为动力轴，竖直旋转轴为阻力轴。设定喷杆竖直旋转轴的力矩为清洗阻力F的力矩与喷杆重力G的力矩(常量)之差，这是由于在清洗下壁时，喷杆的重力已经提供了一部分压力，设定水平旋转轴的力矩为清洗动力S的力矩，设定其最大速度为清洗速度V。设定完成后，对这两个轴发出第四控制信号，驱动水平旋转轴和竖直旋转轴开始运行，带动喷嘴对管道下壁面进行清洗。
[0033]步骤S1107，判断喷嘴是否到达管道的右下角，即下壁面清洗是否已经完成，判定的依据是喷杆水平旋转轴伺服驱动器返回的电机速度在一段时间T内都为零，则说明水平旋转轴已经停止转动，也就是说喷嘴已经到达管道右壁面，如果已经到达右壁面(水平轴停止转动)则继续执行步骤S1108，否则返回继续监测。
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