本发明涉一种智能攀爬机器人用智能电气控制系统及其控制方法，属机器人技术领域。
背景技术
在当今社会，虽然电梯已经用得比较普遍了，但是，也还有很多地方，如层数不高的楼房、老旧的住宅楼房、还有许多旅游景点以及一些山路阶梯等等，基本上没有安装电梯。这对于这些地方的人们、特别是老年人、腿部有残疾的人出行非常不便，而且运送重物也非常困难。因此攀爬机器人成为了解决这一系列问题的重要手段和设备，并导致当前各类攀爬机器人设备和技术得到了快速的推广和应用，但在对攀爬机器人实际的应用中发现，当前的各类攀爬机器人在运行过程中，所采用的控制系统均为基于传统的激光测距装置、超声波测距装置及卫星导航系统作为路径上障碍物及台阶信息数据识别装置的控制系统，同时另通过人工现场操控，从而实现机器人在一定范围内平移及攀爬作业的需要，这种方式虽然可以满足使用的需要，但在使用中也发现激光测距装置、超声波测距装置均不同程度存在设备运行成本高，运行过程中易受到环境因素干扰而影响测距精度，同时也极易因恶劣工作环境而发生故障，因此导致当前的攀爬机器人在运行控制中的可靠性、稳定性和使用成本均受到了极大的影响，无法有效满足实际使用的需要，除此之外，当前的攀爬机器人在运行中，数据采集能力和通讯交互能力均相对较差，在无法通过激光测距装置、超声波测距装置及卫星导航系统等获取精确的障碍物或台阶结构的结构数据信息的同时，也存在机器人运行过程中获取的信息与远程控制终端设备间进行信息交互能力相对低下，从而也导致了当前攀爬机器人运行控制的控制精度受到了极大的影响，因此极易以上这些问题，导致当前的攀爬机器人设备的控制系统在对攀爬机器人驱动运行时均不同程度存在控制精度，运行自动化程度低且运行可靠性和稳定性不足的弊端。
针对以上问题，迫切需要开发设计一种基于触觉、视觉，受智能化控制并具有优秀数据通讯能力的的智能攀爬机器人自动控制电路，用于实现攀爬楼道、坡地，其工作过程中不需人工辅助，能够自行上下阶梯，以满足实际使用的需要，并创造出极大的社会效益和经济效益。
技术实现要素：
为了解决现有分类技术上的一些不足，本发明提供一种智能攀爬机器人用智能电气控制系统及其控制方法。
为了实现上面提到的效果，提出了一种智能攀爬机器人用智能电气控制系统及其控制方法，其包括以下步骤：
一种智能攀爬机器人用智能电气控制系统，包括视觉传感器、触觉传感器及控制电路，视觉传感器、触觉传感器均若干个，且一个视觉传感器和一个触觉传感器构成一个工作组，工作组至少两个，各工作组均通过转台结构与机器人机体外表面相互连接，且其中一个工作组位于机器人机体前端面，另至少一个工作组位于机器人机体下端面，其中位于机器人机体前端面工作组中的各视觉传感器、触觉传感器轴线与水平面呈0°-60°夹角，位于机器人机体下端面工作组中的各视觉传感器、触觉传感器轴线与水平面呈30°—90°夹角，且各工作组间相互并联，并分别与控制电路电气连接，控制电路嵌于机器人机体内，并与机器人机体的操控电路和转动机构电气连接。
进一步的，所述的视觉传感器为ccd图像传感器、测距装置、光敏传感器中的任意一种或几种共同使用，且当视觉传感器为ccd图像传感器、测距装置、光敏传感器中任意两个及两个以上时，同一视觉传感器的ccd图像传感器、测距装置、光敏传感器间光轴相互平行分布。
进一步的，所述的触觉传感器为微动开关结构、导电橡胶式结构、含碳海绵式结构、碳素纤维式结构、气动复位式结构及压力传感器中的任意一种或几种共同使用。
进一步的，所述的转动机构为二维转台及三维转台中的任意一种，且所述的转动机构上均设至少一个角度传感器，所述的角度传感器与控制电路电气连接。
进一步的，所述的控制电路包括数据处理模块、图形加速器模块、驱动模块、现场总线模块、晶振电路模块、地址编码译码模块、数据缓存模块、无线通讯模块、串口通讯模块、射频通讯模块、gnss卫星定位模块及数据存储模块，其中所述的现场总线模块通过数据缓存模块分别与数据处理模块、图形加速器模块、驱动模块、晶振电路模块、地址编码译码模块、无线通讯模块、串口通讯模块、射频通讯模块、gnss卫星定位模块及数据存储模块电气连接，所述的数据处理模块和图形加速器模块间另通过数据缓存模块相互连接，所述的驱动模块另与无线通讯模块、串口通讯模块、射频通讯模块、gnss卫星定位模块、数据存储模块及视觉传感器、触觉传感器和转动机构电气连接。
进一步的，所述的无线通讯模块为蓝牙模块、wifi通讯模块及zigbee通讯模块中的任意一种或几种共同使用，且无线通讯模块为蓝牙模块、wifi通讯模块及zigbee通讯模块中两种及两种以上共同使用时，则蓝牙模块、wifi通讯模块及zigbee通讯模块中间相互并联。
一种智能攀爬机器人用智能电气控制系统及其控制方法，包括以下步骤：
第一步，设备组装，根据使用需要，首先将控制电路安装到机器人机体内，并一方面与机器人机体的操控电路间电气连接，另一方面分别与各工作组的转动机构和视觉传感器、触觉传感器电气连接，完成设备装配。
第二步，运行控制，在机器人设备运行过程中，分别通过安装在机器人机体前端面和下端面的各工作组内的视觉传感器检测对机器人前端面与正前方障碍物间的距离和机器人底部与地平面间的距离进行持续检测，判断机器人运行路径的坡度及运行路径上台阶凸台位置，并根据检测数据由控制电路驱动人机体的操控电路运行，使机器人按照路径进行运行，并在运行过程中，通过无线通讯模块、串口通讯模块、射频通讯模块实现对机器人运行状态进行远程操控和对机器人运行参数进行远程监控及调整，同时通过gnss卫星定位模块对机器人运行路径及轨迹进行监控调整，从而实现对机器人运行状态进行控制；
第三步，攀爬控制，在第二步运行过程中，当位于机器人前端面工作组中的视觉传感器检测到台阶凸台结构出现在行进路径上时，一方面通过视觉传感器对机器人与台阶凸台结构间距离进行持续检测，并直至机器人前端面工作组中的触觉传感器与台阶凸台结构相抵，同时停止机器人水平方向上的运行状态，然后在保持机器人前端面工作组运行状态保持不变，持续对台阶凸台结构进行检测的同时，由控制电路驱动机器人机体的操控电路和位于机器人下端面的工作组运行，一方面通过机器人机体的操控电路驱动机器人自身机械部件对机器人进行抬升驱动，另一方面通过位于机器人下端面的工作组对机器人下端面与地平面间的间距进行持续检测，并与同步获得的机器人前端面工作组检测的台阶凸台结构数据一同输送到控制电路内，由控制电路进行运算处理，并在确保机器人下端面与地平面间距离大于台阶凸台结构最大高度的同时，另确保机器人前端面无影响机器人平移运行的障碍物后，然后由驱动电路驱动人机体的操控电路运行，通过机器人自身机械结构实现机器人从当前路径上升到台阶凸台结构上，同时由机器人下端面的工作组对机器人下端面与地平面间的间距进行持续检测，确保机器人平移时机身高度与地平面间保持稳定并防止碰撞事故反生，从而实现机器人进行攀爬作业的目的。
进一步的，所述的第二步中，工作组在对机器人前端面与正前方障碍物及地平面与机器人底部间的距离进行测距时，均通过转动机构对工作组轴线与水平面间夹角进行灵活调整，增加各工作组中的视觉传感器、触觉传感器的检测范围。
进一步的，所述的工作组在进行对机器人前端面与正前方障碍物及地平面与机器人底部间的距离进行测距运行时，各工作组的中视觉传感器、触觉传感器的有效检测范围在水平面上为±120°，在竖直面上为±90°。
本发明结构简单，成本低，安装使用方便，集成化、自动化程度高，运行可靠性和抗干扰能力强，数据采集、获取量全面，并具有良好的自主运行能力和远程通讯能力，一方面实现有效的提高攀爬机器人运行过程中控制系统的环境适应性和抗干扰能力，从而极大的提高数据采集的工作效率和精度，避免因采集数据精度和全面性差及采集设备故障等造成的控制精度下降，设置控制系统失效现象发生，另一方面在进行数据采集中，可分别直接获取机器人行进路径上障碍物及台阶等的视频信息，和通过非接触性测量和接触性测量同步进行的方式获取机器人与行进路径上的障碍物与地平面间的间距信息，从而达到在提高信息获取全面性的同时，另提高信息获取过程的可靠性和抗干扰性，提高控制系统运行精度，于此同时，另可通过多种通讯方式实现运行数据及控制数据间的远程信息通讯交互，实现自主运行与远程操控相结合的控制方式，从而进一步提高攀爬机器人设备控制运行的可靠性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明侧面示意图；
图2为本发明正面结构示意图；
图3为本发明d向结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1—3所述的一种智能攀爬机器人用智能电气控制系统，包括视觉传感器1、触觉传感器2及控制电路3，视觉传感器1、触觉传感器2均若干个，且一个视觉传感器1和一个触觉传感器2构成一个工作组，工作组至少两个，各工作组均通过转台结构4与机器人机体5外表面相互连接，且其中一个工作组位于机器人机体5前端面，另至少一个工作组位于机器人机体5下端面，其中位于机器人机体5前端面工作组中的各视觉传感器1、触觉传感器2轴线与水平面呈0°—60°夹角，位于机器人机体5下端面工作组中的各视觉传感器1、触觉传感器2轴线与水平面呈30°—90°夹角，且各工作组间相互并联，并分别与控制电路3电气连接，控制电路3嵌于机器人机体5内，并与机器人机体5的操控电路3和转动机构4电气连接。
本实施例中，所述的视觉传感器1为ccd图像传感器、测距装置、光敏传感器中的任意一种或几种共同使用，且当视觉传感器1为ccd图像传感器、测距装置、光敏传感器中任意两个及两个以上时，同一视觉传感器1的ccd图像传感器、测距装置、光敏传感器间光轴相互平行分布。
本实施例中，所述的触觉传感器2为微动开关结构、导电橡胶式结构、含碳海绵式结构、碳素纤维式结构、气动复位式结构及压力传感器中的任意一种或几种共同使用。
本实施例中，所述的转动机构4为二维转台及三维转台中的任意一种，且所述的转动机构上均设至少一个角度传感器6，所述的角度传感器6与控制电路3电气连接。
本实施例中，所述的控制电路包括数据处理模块、图形加速器模块、驱动模块、现场总线模块、晶振电路模块、地址编码译码模块、数据缓存模块、无线通讯模块、串口通讯模块、射频通讯模块、gnss卫星定位模块及数据存储模块，其中所述的现场总线模块通过数据缓存模块分别与数据处理模块、图形加速器模块、驱动模块、晶振电路模块、地址编码译码模块、无线通讯模块、串口通讯模块、射频通讯模块、gnss卫星定位模块及数据存储模块电气连接，所述的数据处理模块和图形加速器模块间另通过数据缓存模块相互连接，所述的驱动模块另与无线通讯模块、串口通讯模块、射频通讯模块、gnss卫星定位模块、数据存储模块及视觉传感器1、触觉传感器2和转动机构4电气连接。
本实施例中，所述的无线通讯模块为蓝牙模块、wifi通讯模块及zigbee通讯模块中的任意一种或几种共同使用，且无线通讯模块为蓝牙模块、wifi通讯模块及zigbee通讯模块中两种及两种以上共同使用时，则蓝牙模块、wifi通讯模块及zigbee通讯模块中间相互并联。
一种智能攀爬机器人用智能电气控制系统及其控制方法，包括以下步骤：
第一步，设备组装，根据使用需要，首先将控制电路安装到机器人机体内，并一方面与机器人机体的操控电路间电气连接，另一方面分别与各工作组的转动机构和视觉传感器、触觉传感器电气连接，完成设备装配。
第二步，运行控制，在机器人设备运行过程中，分别通过安装在机器人机体前端面和下端面的各工作组内的视觉传感器检测对机器人前端面与正前方障碍物间的距离和机器人底部与地平面间的距离进行持续检测，判断机器人运行路径的坡度及运行路径上台阶凸台位置，并根据检测数据由控制电路驱动人机体的操控电路运行，使机器人按照路径进行运行，并在运行过程中，通过无线通讯模块、串口通讯模块、射频通讯模块实现对机器人运行状态进行远程操控和对机器人运行参数进行远程监控及调整，同时通过gnss卫星定位模块对机器人运行路径及轨迹进行监控调整，从而实现对机器人运行状态进行控制；
第三步，攀爬控制，在第二步运行过程中，当位于机器人前端面工作组中的视觉传感器检测到台阶凸台结构出现在行进路径上时，一方面通过视觉传感器对机器人与台阶凸台结构间距离进行持续检测，并直至机器人前端面工作组中的触觉传感器与台阶凸台结构相抵，同时停止机器人水平方向上的运行状态，然后在保持机器人前端面工作组运行状态保持不变，持续对台阶凸台结构进行检测的同时，由控制电路驱动机器人机体的操控电路和位于机器人下端面的工作组运行，一方面通过机器人机体的操控电路驱动机器人自身机械部件对机器人进行抬升驱动，另一方面通过位于机器人下端面的工作组对机器人下端面与地平面间的间距进行持续检测，并与同步获得的机器人前端面工作组检测的台阶凸台结构数据一同输送到控制电路内，由控制电路进行运算处理，并在确保机器人下端面与地平面间距离大于台阶凸台结构最大高度的同时，另确保机器人前端面无影响机器人平移运行的障碍物后，然后由驱动电路驱动人机体的操控电路运行，通过机器人自身机械结构实现机器人从当前路径上升到台阶凸台结构上，同时由机器人下端面的工作组对机器人下端面与地平面间的间距进行持续检测，确保机器人平移时机身高度与地平面间保持稳定并防止碰撞事故反生，从而实现机器人进行攀爬作业的目的。
本实施例中，所述的第二步中，工作组在对机器人前端面与正前方障碍物及地平面与机器人底部间的距离进行测距时，均通过转动机构对工作组轴线与水平面间夹角进行灵活调整，增加各工作组中的视觉传感器、触觉传感器的检测范围。
本实施例中，所述的工作组在进行对机器人前端面与正前方障碍物及地平面与机器人底部间的距离进行测距运行时，各工作组的中视觉传感器、触觉传感器的有效检测范围在水平面上为±120°，在竖直面上为±90°。
本发明结构简单，成本低，安装使用方便，集成化、自动化程度高，运行可靠性和抗干扰能力强，数据采集、获取量全面，并具有良好的自主运行能力和远程通讯能力，一方面实现有效的提高攀爬机器人运行过程中控制系统的环境适应性和抗干扰能力，从而极大的提高数据采集的工作效率和精度，避免因采集数据精度和全面性差及采集设备故障等造成的控制精度下降，设置控制系统失效现象发生，另一方面在进行数据采集中，可分别直接获取机器人行进路径上障碍物及台阶等的视频信息，和通过非接触性测量和接触性测量同步进行的方式获取机器人与行进路径上的障碍物与地平面间的间距信息，从而达到在提高信息获取全面性的同时，另提高信息获取过程的可靠性和抗干扰性，提高控制系统运行精度，于此同时，另可通过多种通讯方式实现运行数据及控制数据间的远程信息通讯交互，实现自主运行与远程操控相结合的控制方式，从而进一步提高攀爬机器人设备控制运行的可靠性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。