本发明属于智能机器人技术领域，特别是一种基于电子凸轮离轨算法的巡检机器人及控制方法。
背景技术：
AGV技术简称无人搬运车，指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，以轮式移动为特征，较之步行、爬行或其它非轮式的移动机器人具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。采用有轨寻迹自主行走方式的AGV小车、轮式移动机器人，包括循迹传感器、地面导轨或磁条、驱动器、电机、控制器等，由于AGV小车、轮式移动机器人都是按照循迹传感器反馈回的导轨或磁条地标信息，走到需要停止、转弯、再行走的地方，根据导轨上的不同标记，比如“T”、“十”“7”等形状组成的导轨或磁条进行停止、转弯、再行走。目前的AGV小车及轮式移动机器人都存在正反两方向交替性差，行走的方式基本采用寻找到导轨或磁条信息AGV小车、轮式移动机器人就会永不停止的单向行走，脱离轨道则无法行走，正向行走时需要反向行走比较困难；停车方法比较单一，仅靠不同形状的标记停车再行走。对于某些特殊位置，比如脱离轨道的曲线形状、自由前进后退，完成任务后回到原轨道的位置继续按循迹路线重新行走都难以实现。目前市场上的轮式移动机器人还有采用地图构建激光导航方式无轨行走的智能机器人。这种机器人通过雷达扫描环境构建当前场景地图，按照地图上指定点进行指定位置到达。此种机器人不适合对于行走路径重复性高，停止位要求精确的巡检环境。
机械凸轮是机器在运转过程中到达某一位置时，相应机械结构按预定的运动规律产生动作。电子凸轮是指通过位置编码器获得当前驱动轴的位移，然后与凸轮程序中的凸轮轨迹起始点或时间的设定值进行实时比较，从而确定凸轮轨迹状态并输出相同机械凸轮动作的软件系统。电子凸轮可用控制器直接控制伺服，通过调整凸轮曲线循环时间的长短，给伺服驱动器发送命令使伺服电机运行各种曲线。目前电子凸轮技术广泛应用于工业机械领域，如印刷、瓦楞纸包装、机械加工等只需通过调整电子凸轮，使设备实现高速反映变速动作的场合。通过检索我们没有发现将电子凸轮技术应用于控制机器人脱离轨道运行的技术方案。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种基于电子凸轮离轨算法的巡检机器人及控制方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于电子凸轮离轨算法的巡检机器人，包括为两轴的机器人铺设的轨道或磁条、安装于机器人内部的循迹传感器及控制器，循迹传感器实时采集轨道或磁条反馈的信息，并将信息传输给控制器的IO处理模块，IO处理模块将采集到信息传输给控制器的运算控制模块，由运算控制模块进行形状分辨处理后，运算控制模块将与形状标记相对应的机器人轨道运行程序发送给控制器的通信处理模块，通信处理模块发出脉冲和方向信号通过驱动器控制实现机器人行走的两个电机的运行，所述两个电机为带有编码器的两个伺服电机，所述驱动器采用支持电子凸轮功能的伺服驱动器，控制器与伺服驱动器相连接，向伺服驱动器发送脉冲和方向的信号，伺服驱动器与负责机器人行走的两个伺服电机相连接的同时，与伺服电机的编码器通过信号线连接，伺服驱动器接收来自于控制器的脉冲和方向信号，控制伺服电机的启动、停止、及方向。
而且，在伺服驱动器上存放有凸轮表。
而且，所述机器人在正常行走方式时为有轨循迹行走，当满足触发条件时，机器人变为以电子凸轮方式行走。
一种如上所述基于电子凸轮离轨算法的巡检机器人的控制方法，其特征在于包括步骤如下：
(1)首先在轨道或磁条的特定位置设定循迹传感器能够识别的多个特定标记；
(2)建立多个凸轮表，通过调用运算控制模块中的不同中断来调用不同的凸轮表，每个凸轮表和特定标记触发条件具有一一对应关系；
建立电子凸轮离轨算法，具体内容包括：
①定义凸轮表：每个凸轮表由不少于500组数据的二维数组构成，作为机器人的两个伺服电机的位置信息构成凸轮表，凸轮表作为凸轮曲线的存储空间，存放在伺服驱动器上，通过发送指令的方式批量写入二维数组将位置数据存入凸轮表；
②采集信息：手动让机器人按实际行走的方向、路线行走，在线监控起始位置、辅助位置、结束位置并记录机器人的两轴位置数据；
③定义凸轮曲线：凸轮曲线在预先行走规划时进行构建，以机器人的两个伺服电机构建凸轮曲线，将记录的两个伺服电机各自的起始位置、辅助位置、结束位置、速度、加减速时间作为参数，启动插补功能，使机器人的两个轴在相互配合中形成凸轮曲线，在确定每个曲线的起始位置、结束位置、辅助位置后，确定每条曲线循环时间的长短作为凸轮曲线运行的时间周期；
④数据存入凸轮表：将形成的凸轮曲线以多组二维数据进行微分运算分解，以Δy＝f(x0+Δx)-f(x0)作为基本公式，得到多组二维数据后，将数据、时间周期写入凸轮表空间进行存储，完成凸轮曲线定义，其中，Δx是曲线y＝f(x)上的点M的在横坐标上的增量，Δy是曲线在某点对应Δx在纵坐标上的增量；
⑤多个凸轮表调用：伺服驱动器存储有多个凸轮表，每个凸轮表具有自己的电子标签，通过不同的中断地址进行调用；
⑥位置一致性：通过判别凸轮表起始位置数据和结束位置数据是否一致来辨别机器人是否回到调用凸轮曲线前的原位置，从而实现机器人脱离轨道的快速正反向前进后退、停止并再次按循迹路线行走；
(3)在伺服电机上安装编码器，编码器实时采集伺服电机的运转数据，将机器人的位置数据反馈给控制器的运算控制模块和伺服驱动器；
(4)机器人运行模式转换，具体包括步骤如下：
①机器人在铺设的导轨或磁条循迹行走；
②机器人的循迹传感器在导轨上行走时遇到特定标记时，将标记信息反馈给IO模块，运算控制模块分辨形状处理后，调用不同形状的轨道运行数据发送给通信模块，通信模块发出相应的脉冲和方向后，机器人执行相应的行走操作；
③凸轮表形成的凸轮曲线在预先的行走规划时进行构建，构建完成后将曲线存入凸轮表，当调用凸轮表的中断触发后，运算控制模块开始调用凸轮表程序，机器人按凸轮曲线行走，行走位置完成后中断结束，运算控制模块继续按原循迹程序进行行走；
④凸轮表的调用，由特定标记来触发，不同的凸轮表调用，根据不同的电子信号触发由运算控制模块进行判别，调用不同凸轮表的标签实现调用不同凸轮表；
⑤通过判别凸轮表起始位置数据和结束位置数据是否一致来辨别机器人是否回到调用凸轮曲线前的原位置，从而实现机器人脱离轨道的快速正反向前进后退，停止并再次按循迹路线行走。
而且，所述步骤(1)以及所述步骤(4)的②中的特定标记为T、十及7标记，其中，T表示停止、十表示转弯、7表示触发凸轮表；
而且，所述步骤(2)的④步中多组二维数据具体为500组二维数据。
而且，所述凸轮表的周期是计时器，即每次定时器中断填充计时值，这样在中断时发送一次命令，同时根据内部计数索引在凸轮表中取出定时值修改时间周期，以时间周期作为行走的节拍，周期时间越短，凸轮表变化越快，机器人采用电子凸轮方式行走并返回的速度越快，当凸轮表完成一个周期的变化后，机器人完成脱离轨道并返回原轨迹原位置后继续按照循迹的方式行走。
本发明的优点效果
1、本发明由于采用电子凸轮行走方式，AGV小车、轮式行走机器人可以根据设定好的凸轮表，当外部触发条件满足时，方便的实现转向，可以按照电子凸轮的曲线和节拍进行脱离轨道后重新返回原位，解决AGV小车、轮式行走机器人正反两方向交替性差的问题，可以自由的实现换向、脱离轨道并返回。
2、本发明由于采用电子凸轮行走方式，使AGV小车、轮式行走机器人可按要求到达指定位置并转向，保证机器人的稳定行走，提高了控制可靠性。
附图说明
图1是本发明装置的系统结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明实施例做进一步详述：需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其它实施方式，同样属于本发明保护的范围。
一种基于电子凸轮离轨算法的巡检机器人，如图1所示，包括为两轴的机器人铺设的轨道或磁条、安装于机器人内部的循迹传感器及控制器，循迹传感器实时采集轨道或磁条反馈的信息，并将信息传输给控制器的IO处理模块，IO处理模块将采集到信息传输给控制器的运算控制模块，由运算控制模块进行形状分辨处理后，运算控制模块将与形状标记相对应的机器人轨道运行程序发送给控制器的通信处理模块，通信处理模块发出脉冲和方向信号通过驱动器控制实现机器人行走的两个电机的运行，本发明的创新点是，所述两个电机采用带有编码器的两个伺服电机，所述驱动器采用支持电子凸轮功能的伺服驱动器，控制器与伺服驱动器相连接，向伺服驱动器发送脉冲和方向的信号，伺服驱动器与负责机器人行走的两个伺服电机相连接的同时，与伺服电机的编码器通过信号线连接，伺服驱动器接收来自于控制器的脉冲和方向信号，控制伺服电机的启动、停止、及方向。
在本发明的具体实施中，在伺服驱动器上存放有凸轮表。
在本发明的具体实施中，所述机器人在正常行走方式时为有轨循迹行走，当满足触发条件时，机器人变为以电子凸轮方式行走。
一种上述基于电子凸轮离轨算法的巡检机器人的控制方法，包括步骤如下，
(1)首先在轨道或磁条的特定位置设定循迹传感器能够识别的多个特定标记；
(2)建立多个凸轮表，通过调用运算控制模块中的不同中断来调用不同的凸轮表，每个凸轮表和特定标记触发条件具有一一对应关系；
建立电子凸轮离轨算法，具体内容包括：
①定义凸轮表：每个凸轮表由不少于500组数据的二维数组构成，作为机器人的两个伺服电机的位置信息构成凸轮表，凸轮表作为凸轮曲线的存储空间，存放在伺服驱动器上，通过发送指令的方式批量写入二维数组将位置数据存入凸轮表；
②采集信息：手动让机器人按实际行走的方向、路线行走，在线监控起始位置、辅助位置、结束位置并记录机器人的两轴位置数据；
③定义凸轮曲线：凸轮曲线在预先行走规划时进行构建，以机器人的两个伺服电机构建凸轮曲线，将记录的两个伺服电机各自的起始位置、辅助位置、结束位置、速度、加减速时间作为参数，启动插补功能，使机器人的两个轴在相互配合中形成凸轮曲线，在确定每个曲线的起始位置、结束位置、辅助位置后，确定每条曲线循环时间的长短作为凸轮曲线运行的时间周期；
④数据存入凸轮表：将形成的凸轮曲线以多组二维数据进行微分运算分解，以Δy＝f(x0+Δx)-f(x0)作为基本公式，得到多组二维数据后，将数据、时间周期写入凸轮表空间进行存储，完成凸轮曲线定义，其中，Δx是曲线y＝f(x)上的点M的在横坐标上的增量，Δy是曲线在某点对应Δx在纵坐标上的增量；
⑤多个凸轮表调用：伺服驱动器存储有多个凸轮表，每个凸轮表具有自己的电子标签，通过不同的中断地址进行调用；
⑥位置一致性：通过判别凸轮表起始位置数据和结束位置数据是否一致来辨别机器人是否回到调用凸轮曲线前的原位置，从而实现机器人脱离轨道的快速正反向前进后退、停止并再次按循迹路线行走；
(3)在伺服电机上安装编码器，编码器实时采集伺服电机的运转数据，将机器人的位置数据反馈给控制器的运算控制模块和伺服驱动器；
(4)机器人运行模式转换，具体包括步骤如下：
①机器人在铺设的导轨或磁条循迹行走；
②机器人的循迹传感器在导轨上行走时遇到特定标记时，将标记信息反馈给IO模块，运算控制模块分辨形状处理后，调用不同形状的轨道运行数据发送给通信模块，通信模块发出相应的脉冲和方向后，机器人执行相应的行走操作；
③凸轮表形成的凸轮曲线在预先的行走规划时进行构建，构建完成后将曲线存入凸轮表，当调用凸轮表的中断触发后，运算控制模块开始调用凸轮表程序，机器人按凸轮曲线行走，行走位置完成后中断结束，运算控制模块继续按原循迹程序进行行走；
④凸轮表的调用，由特定标记来触发，不同的凸轮表调用，根据不同的电子信号触发由运算控制模块进行判别，调用不同凸轮表的标签实现调用不同凸轮表；
⑤通过判别凸轮表起始位置数据和结束位置数据是否一致来辨别机器人是否回到调用凸轮曲线前的原位置，从而实现机器人脱离轨道的快速正反向前进后退，停止并再次按循迹路线行走。
在本发明的具体实施中，所述步骤(1)以及所述步骤(4)的②中的特定标记为T、十及7标记，T表示停止、十表示转弯、7表示触发凸轮表；
在本发明的具体实施中，所述步骤(2)的④步中多组二维数据具体为500组二维数据。
在本发明的具体实施中，所述凸轮表的周期是计时器，即每次定时器中断填充计时值，这样在中断时发送一次命令，同时根据内部计数索引在凸轮表中取出定时值修改时间周期，以时间周期作为行走的节拍，周期时间越短，凸轮表变化越快，机器人采用电子凸轮方式行走并返回的速度越快，当凸轮表完成一个周期的变化后，机器人完成脱离轨道并返回原轨迹原位置后继续按照循迹的方式行走。