一種管道檢修機(jī)器人控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人控制領(lǐng)域，特別是涉及一種管道檢修機(jī)器人控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國際工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，機(jī)器人已越來越多的被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程中，其中一類機(jī)器人就是管外機(jī)器人。管外機(jī)器人是用于檢查管道是否有故障或是否存在安全隱患?，F(xiàn)有工業(yè)用管道的特點是管徑多變，轉(zhuǎn)向復(fù)雜，具有三通、四通等管接頭設(shè)計，法蘭、閥門或檢測儀表在管道各處布置，且管道由各類吊裝或地面支持架支撐。運行在此類管道外的檢測或維修的機(jī)器人首先要具備隨管道前進(jìn)或轉(zhuǎn)向的功能，也要具備翻越各類管道外障礙物的功能，同時，為了提高管道檢測與維修的效率，管外機(jī)器人還應(yīng)該具有一定速度的運動能力。
[0003]中國發(fā)明專利申請公布號為CN104972460 A，公開了一種多關(guān)節(jié)全向式管外機(jī)器人，該機(jī)器人包括用于承載檢測設(shè)備的承載梁、多關(guān)節(jié)前夾持機(jī)構(gòu)、多關(guān)節(jié)后夾持機(jī)構(gòu)、前翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、后翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、夾持開合機(jī)構(gòu)、軸向驅(qū)動機(jī)構(gòu)和周向驅(qū)動機(jī)構(gòu)。該機(jī)器人在理論上可實現(xiàn)全向輪式運動和翻轉(zhuǎn)越障運動，全向輪式運動包括軸向移動、周向移動和360螺旋運動。
[0004]上述機(jī)器人是在光滑的管道上運行工作，并且管道的外徑、分布以及光滑程度差異大，上述機(jī)器人在管道外運動時易出現(xiàn)驅(qū)動輪打滑、夾持機(jī)構(gòu)夾持不穩(wěn)、翻轉(zhuǎn)越障不到位等現(xiàn)象，不僅影響機(jī)器人工作效率和檢測精度，且易出現(xiàn)機(jī)器人摔毀現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種管道檢修機(jī)器人控制系統(tǒng)，用于提高多關(guān)節(jié)全向式管外機(jī)器人的運動穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
[0007]—種管道檢修機(jī)器人控制系統(tǒng)，所述機(jī)器人包括設(shè)備承載梁、前夾持機(jī)構(gòu)、后夾持機(jī)構(gòu)和夾持開合機(jī)構(gòu)，前夾持機(jī)構(gòu)通過前翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)鉸接于設(shè)備承載梁的一端，后夾持機(jī)構(gòu)通過后翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)鉸接于設(shè)備承載梁的另一端，所述前夾持機(jī)構(gòu)或后夾持機(jī)構(gòu)上設(shè)置有軸向驅(qū)動機(jī)構(gòu)，設(shè)備承載梁上設(shè)置有周向驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述夾持開合機(jī)構(gòu)通過蝸輪傳動結(jié)構(gòu)和鋼絲繩驅(qū)動如夾持機(jī)構(gòu)和后夾持機(jī)構(gòu)的各關(guān)節(jié)；
[0008]所述控制系統(tǒng)包括夾持力控制單元、整機(jī)運動狀態(tài)控制單元、驅(qū)動舵機(jī)控制單元、無線傳輸單元、組網(wǎng)單元和跌落控制單元；
[0009]所述夾持力控制單元包括安裝于夾持開合機(jī)構(gòu)的蝸桿軸上的力傳感器，夾持力控制單元用于通過所述力傳感器檢測前夾持機(jī)構(gòu)和后夾持機(jī)構(gòu)的驅(qū)動鋼絲繩的張緊程度，并與預(yù)設(shè)的最大夾持力以及預(yù)先標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)力值比較，判斷機(jī)器人夾持機(jī)構(gòu)的夾持力是否足夠，以及對夾持開合機(jī)構(gòu)輸出進(jìn)行調(diào)整，使前夾持機(jī)構(gòu)和后夾持機(jī)構(gòu)的夾持力在設(shè)定范圍內(nèi)；
[0010]所述整機(jī)運動狀態(tài)控制單元包括9軸姿態(tài)傳感器，整機(jī)運動狀態(tài)控制單元用于輸出驅(qū)動控制信號，使機(jī)器人完成翻轉(zhuǎn)、軸向運行、周向運行、螺旋運行，以及通過所述9軸姿態(tài)傳感器采集機(jī)器人的運動狀態(tài)信息，并與機(jī)器人當(dāng)前運動狀態(tài)對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)信息比較，判斷機(jī)器人當(dāng)前運動是否正常，當(dāng)機(jī)器人運動異常時，控制機(jī)器人進(jìn)行運動自適應(yīng)調(diào)整；
[0011]跌落控制單元包括電磁吸盤、重力傳感器和緩沖氣囊，跌落控制單元通過重力傳感器檢測機(jī)器人是否發(fā)生跌落，并在發(fā)生跌落時控制電磁吸盤上電以及控制向緩沖氣囊充
Ho
[0012]進(jìn)一步的，整機(jī)運動狀態(tài)控制單元通過所述9軸姿態(tài)傳感器采集到的運動狀態(tài)信息包括:軸向運動速度、周向運動速度、螺旋運動速度與方向、翻轉(zhuǎn)方位和翻轉(zhuǎn)速度。
[0013]進(jìn)一步的，整機(jī)運動狀態(tài)控制單元控制機(jī)器人進(jìn)行軸向運動時的運動自適應(yīng)調(diào)整包括:
[0014]整機(jī)運動狀態(tài)控制單元獲取機(jī)器人的當(dāng)前運動速度，并根據(jù)9軸姿態(tài)傳感器采集的信息判斷機(jī)器人的當(dāng)前空間姿態(tài)；
[0015]通過夾持力控制單元獲取前夾持機(jī)構(gòu)與后夾持機(jī)構(gòu)的當(dāng)前夾持力度；
[0016]對比機(jī)器人的當(dāng)前運動速度與預(yù)設(shè)的機(jī)器人軸向標(biāo)準(zhǔn)運動速度，以及對比當(dāng)前夾持力度與預(yù)設(shè)的軸向運動的標(biāo)準(zhǔn)夾持力度；
[0017]若當(dāng)前運動速度低于軸向標(biāo)準(zhǔn)運動速度，且當(dāng)前夾持力度與標(biāo)準(zhǔn)夾持力度在預(yù)設(shè)的誤差范圍內(nèi)，則增大前夾持機(jī)構(gòu)與后夾持機(jī)構(gòu)的夾持力度；
[0018]若當(dāng)前運動速度高于軸向標(biāo)準(zhǔn)運動速度，且當(dāng)前夾持力度與標(biāo)準(zhǔn)夾持力度在預(yù)設(shè)的誤差范圍內(nèi)，則減小前夾持機(jī)構(gòu)與后夾持機(jī)構(gòu)的夾持力度。
[0019]進(jìn)一步的，整機(jī)運動狀態(tài)控制單元控制機(jī)器人進(jìn)行翻轉(zhuǎn)時的運動自適應(yīng)調(diào)整包括:
[0020]增大前夾持機(jī)構(gòu)或后夾持機(jī)構(gòu)的夾持力度；
[0021]整機(jī)運動狀態(tài)控制單元采集機(jī)器人的當(dāng)前翻轉(zhuǎn)速度和軸向運動速度；
[0022]比較當(dāng)前翻轉(zhuǎn)速度與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)翻轉(zhuǎn)速度；
[0023]若當(dāng)前翻轉(zhuǎn)速度大于標(biāo)準(zhǔn)翻轉(zhuǎn)速度或軸向運動速度不為零，則再次增大前夾持機(jī)構(gòu)或后夾持機(jī)構(gòu)的夾持力度。
[0024]進(jìn)一步的，所述組網(wǎng)單元包括TCP/IP硬件通訊協(xié)議棧，用于兩臺以上機(jī)器人之間，以及機(jī)器人與上位機(jī)之間通訊，實現(xiàn)作業(yè)區(qū)域分配與協(xié)調(diào)；
[0025]所述無線傳輸單元包括RS232串行通訊總線和RS485串行通訊總線，所述RS232串行通訊總線用于機(jī)器人與上位機(jī)之間信號傳輸，RS485串行通訊總線用于機(jī)器人主控單元與各驅(qū)動舵機(jī)之間信號傳輸。
[0026]進(jìn)一步的，所述設(shè)備承載梁為長度可變式伸縮梁，所述整機(jī)運動狀態(tài)控制單元還包括雷達(dá)測距機(jī)構(gòu)；
[0027]整機(jī)運動狀態(tài)控制單元在控制機(jī)器人翻轉(zhuǎn)時，先通過所述雷達(dá)測距機(jī)構(gòu)檢測障礙物距離與方位或待翻躍的兩個管道的距離與方位；
[0028]整機(jī)運動狀態(tài)控制單元根據(jù)所述障礙物距離或兩個管道的距離調(diào)整長度可變式伸縮梁的長度，以及根據(jù)障礙物方位或兩個管道的方位確定機(jī)器人的翻轉(zhuǎn)角度。
[0029]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明管道檢修機(jī)器人控制系統(tǒng)包括夾持力控制單元、整機(jī)運動狀態(tài)控制單元、驅(qū)動舵機(jī)控制單元、無線傳輸單元和組網(wǎng)單元，可實現(xiàn)機(jī)器人之間組網(wǎng)協(xié)調(diào)，實現(xiàn)作業(yè)區(qū)域合理分配與協(xié)調(diào)，避免重復(fù)作業(yè)以提高作業(yè)效率，所述夾持力控制單元和整機(jī)運動狀態(tài)控制單元可實時檢測機(jī)器人夾持力度，以及機(jī)器人在做各樣運動時的運動狀態(tài)信息，并結(jié)合機(jī)器人各運動狀態(tài)判斷機(jī)器人運動是否異常，并在運動異常及時進(jìn)行調(diào)整，從而大大提高了機(jī)器人運動的穩(wěn)定性;進(jìn)一步的，本發(fā)明還設(shè)置了跌落控制單元，在發(fā)生跌落時開啟電磁吸盤和向緩沖氣囊充氣，從而有效降低機(jī)器人跌落時的撞擊損傷。
【附圖說明】
[0030]圖1為多關(guān)節(jié)全向式管外機(jī)器人在管道上某時刻的運行狀態(tài)圖；
[0031 ]圖2為本發(fā)明機(jī)器人在管道上翻轉(zhuǎn)時的狀態(tài)圖；
[0032]圖3為機(jī)器人夾持開合機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖4為機(jī)器人夾持機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖5為機(jī)器人硬件控制系統(tǒng)層級架構(gòu)圖；
[0035]圖6為機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件框圖；
[0036]圖7為機(jī)器人各類運動的控制策略圖；
[0037]圖8為機(jī)器人控制系統(tǒng)的控制單元框圖。
[0038]標(biāo)號說明:
[0039 ]1、設(shè)備承載梁;2、前翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié);3、后翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；
[0040]4、軸向驅(qū)動機(jī)構(gòu);5、周向驅(qū)動機(jī)構(gòu);6、前夾持機(jī)構(gòu)；
[0041 ]7、后夾持機(jī)構(gòu);8、夾持開合機(jī)構(gòu)，1、小管徑管道；
[0042]11、大管徑管道;14、夾持開合舵機(jī);18、主機(jī)架；
[0043 ]19、左向活動機(jī)架;20、右向活動機(jī)架;27、夾持開合舵機(jī)舵盤；
[0044]28、蝸輪軸軸承座;29、鋼絲繩繞線盤;30、蝸桿;31、蝸輪；
[0045]32、蝸輪軸;33、線盤套筒;34、蝸輪套筒;35、鋼絲繩；
[0046]36、滑輪;39、夾持機(jī)構(gòu)末節(jié)機(jī)架。
【具體實施方式】
[0047]為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實施方式并配合附圖詳予說明。
[0048]本發(fā)明實施方式公開了一種管道檢修機(jī)器人控制系統(tǒng)。請參閱圖1以及圖2，該多關(guān)節(jié)全向式管外機(jī)器人主要用于汽車生產(chǎn)線管道檢修，包括設(shè)備承載梁、前夾持機(jī)構(gòu)、后夾持機(jī)構(gòu)和夾持開合機(jī)構(gòu)，所述設(shè)備承載梁用于安裝檢修設(shè)備如攝像機(jī)、X射線儀、超聲波探傷儀等等，前夾持機(jī)構(gòu)通過前翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)鉸接于設(shè)備承載梁的一端，后夾持機(jī)構(gòu)通過后翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)鉸接于設(shè)備承載梁的另一端，所述前夾持機(jī)構(gòu)或后夾持機(jī)構(gòu)上設(shè)置有軸向驅(qū)動機(jī)構(gòu)，設(shè)備承載梁上設(shè)置有周向驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所