管道机器人的伸缩支脚的控制方法、系统和管道机器人与流程

本发明涉及管道机器人控制，尤其是涉及一种管道机器人的伸缩支脚的控制方法、系统和管道机器人。

背景技术：

1、管道机器人是一种能够进入管道内部进行检测、维护和清理的特种机器人，目前管道机器人主要以可自适应管道直径的为主，自适应伸缩支脚是管道机器人的一个重要组成部分，其主要作用是支撑和调节机器人在管道内部的姿态和高度。自适应伸缩支架可以根据管道内部的形状和尺寸进行自动调节，使机器人始终保持正确的姿态和高度，以确保作业的准确性和效率。

2、管道机器人的自适应伸缩支架由电机控制，通过电机轴旋转舵角控制伸缩长度，根据管道内部尺寸，准确地控制伸缩长度，保证作业的准确性和效率。目前管道机器人的自适应伸缩支架主要采用pid控制方法，pid控制方法能够实现在无干扰条件下能够准确地控制管道机器人的伸缩支脚的伸缩长度，但在复杂的管道内，现有的pid控制方法无法保证管道机器人的伸缩支脚的伸缩长度控制的准确性，更不能保证管道机器人作业的准确性和效率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种管道机器人的伸缩支脚的控制方法、系统和管道机器人，从而提升管道机器人的伸缩支脚的伸缩长度控制的准确性，进而提升管道机器人作业的准确性和效率。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种管道机器人的伸缩支脚的控制方法，包括：基于管道机器人的伸缩支脚的目标伸缩长度和实时伸缩长度，计算目标伸缩长度与实时伸缩长度的伸缩长度差值；根据伸缩长度差值和改进螳螂搜索算法，整定管道机器人的pid参数，确定管道机器人的最优pid参数；将最优pid参数输入预先搭建的管道机器人伸缩支脚控制仿真模型，输出伸缩支脚的伸缩控制量，以使管道机器人根据伸缩控制量调整伸缩支脚。

3、进一步的，基于管道机器人的伸缩支脚的目标伸缩长度和实时伸缩长度，计算目标伸缩长度与实时伸缩长度的伸缩长度差值的步骤之前，方法还包括：获取管道机器人的电机的实时旋转舵角；根据实时旋转舵角和预设的转换数学模型计算实时伸缩长度；转换数学模型为：

4、；其中，为实时伸缩长度，为预先设置的多项式总项数，为当前项数，为预先设置的转换系数，为实时旋转舵角。

5、进一步的，改进螳螂搜索算法通过下述方法设置：通过随机分布函数调整标准螳螂搜索算法的距离因子，得到调整后的距离因子；调整后的距离因子为：；其中，为调整后的距离因子，为0和1两个数值之间的随机数，为标准螳螂搜索算法当前迭代次数，为标准螳螂搜索算法的总迭代次数，为预设速度因子，为随机分布函数，为随机数的下限，为随机数的上限，为随机数的个数，为随机数的维度；获取标准螳螂搜索算法的当前最优适应度值和当前最差适应度值，根据预设循环系统优化器、当前最优适应度值和当前最差适应度值调整标准螳螂搜索算法的寻优机制，得到调整后的寻优机制；调整后的寻优机制为：；其中，为螳螂种群更新后的最佳位置，为螳螂的位置，、和为当前种群适应度中最小前三名的螳螂的位置，为适应度权重系数，为第个螳螂个体位置的适应度值，为当前最差适应度值，为当前最优适应度值，为螳螂种群最大规模。

6、进一步的，根据伸缩长度差值和改进螳螂搜索算法整定管道机器人的pid参数，确定管道机器人的最优pid参数的步骤，包括：s1：获取管道机器人的pid控制器对应的绝对误差积分指标和时间误差积分性能指标；s2：基于伸缩长度差值、绝对误差积分指标、时间误差积分性能指标生成pid控制器对应的目标函数；s3：初始化改进螳螂搜索算法的参数和螳螂种群中每只螳螂的初始位置；其中，每个pid参数对应一只螳螂的个体位置；改进螳螂搜索算法的参数中包括最大迭代次数；s4：构建螳螂种群的位置更新数学模型，根据位置更新数学模型更新每只螳螂的初始位置，得到更新后的每只螳螂的个体位置；s5：根据目标函数计算更新后的每只螳螂的个体位置的适应度值，并将迭代次数加1；迭代次数的初始值为0；s6：确定适应度值最小的适应度值为当前最小适应度值，判断当前最小适应度值是否小于最优最小适应度值；s7：如果当前最小适应度值小于最优最小适应度值，根据当前最小适应度值更新最优最小适应度值；s8：重复步骤s4-s7直至迭代次数等于最大迭代次数；s9：对最优最小适应度值对应的每只螳螂的个体位置进行解码，得到管道机器人的最优pid参数。

7、进一步的，目标函数为：；其中，为第一预设权重系数，为第二预设权重系数，为伸缩长度差值，为伸缩支脚从目标伸缩长度到实时伸缩长度的时间。

8、进一步的，改进螳螂搜索算法的参数中包括循环控制因子和开发因子；构建螳螂种群的位置更新数学模型，根据位置更新数学模型更新每只螳螂的个体位置的步骤，包括：获取循环控制因子和预先设置的随机扰动，判断循环控制因子是否大于或等于随机扰动；如果是，根据预先设置的第一全局勘探模型更新每只螳螂的初始位置，得到第一更新个体位置；如果不是，根据预先设置的第二全局勘探模型更新每只螳螂的个体位置，得到第一更新个体位置；获取第二随机数和第四随机数，判断第四随机数是否大于第二随机数；如果是，根据预先设置的第一局部开发模型更新第一更新个体位置，得到更新后的每只螳螂的个体位置；如果不是，根据预先设置的第二局部开发模型更新第一更新个体位置，得到第二更新个体位置；判断开发因子是否大于第四随机数；如果开发因子大于第四随机数，根据改进螳螂搜索算法的寻优机制更新第二更新个体位置，得到更新后的每只螳螂的个体位置；如果开发因子小于或等于第四随机数，确定第二更新个体位置为更新后的每只螳螂的个体位置。

9、进一步的，伸缩控制量中包括伸缩支脚的目标伸缩长度和管道机器人的电机的目标旋转舵角。

10、第二方面，本发明实施例提供了一种管道机器人的伸缩支脚的控制系统，包括：伸缩长度获取?？?，用于基于管道机器人的伸缩支脚的目标伸缩长度和实时伸缩长度，计算目标伸缩长度与实时伸缩长度的伸缩长度差值；最优pid参数计算?？?，用于根据伸缩长度差值和改进螳螂搜索算法，整定管道机器人的pid参数，确定管道机器人的最优pid参数；伸缩控制量输出?？?，用于将最优pid参数输入预先搭建的管道机器人伸缩支脚控制仿真模型，输出伸缩支脚的伸缩控制量，以使管道机器人根据伸缩控制量调整伸缩支脚。

11、第三方面，本发明实施例提供了电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法。

12、第四方面，本发明实施例提供了一种管道机器人，包括机器人本体、摄像头、伸缩支脚、电机和轮子；还包括上述的管道机器人的伸缩支脚的控制系统；控制系统通过电机控制伸缩支脚伸缩运动；伸缩支脚用于连接机器人本体和轮子。

13、本发明实施例提供了一种管道机器人的伸缩支脚的控制方法、系统和管道机器人，包括：基于管道机器人的伸缩支脚的目标伸缩长度和实时伸缩长度，计算目标伸缩长度与实时伸缩长度的伸缩长度差值；根据伸缩长度差值和改进螳螂搜索算法，整定管道机器人的pid参数，确定管道机器人的最优pid参数；将最优pid参数输入预先搭建的管道机器人伸缩支脚控制仿真模型，输出伸缩支脚的伸缩控制量，以使管道机器人根据伸缩控制量调整伸缩支脚。该方式中，通过改进螳螂搜索算法确定管道机器人的最优pid参数，并根据最优pid参数和管道机器人伸缩支脚控制仿真模型确定管道机器人的伸缩支脚的伸缩控制量，以使管道机器人根据伸缩控制量调整管道机器人的伸缩支脚，从而提升管道机器人的伸缩支脚的伸缩长度控制的准确性，进而提升管道机器人作业的准确性和效率。

14、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

15、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。