智能墻面抹灰機(jī)器人的專(zhuān)用控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種建筑機(jī)器人專(zhuān)用控制器領(lǐng)域，具體設(shè)及一種智能墻面抹灰機(jī)器 人的專(zhuān)用控制器，其特征是能通過(guò)激光測(cè)距傳感器和磁編碼器獲取測(cè)量數(shù)據(jù)，采用控制算 法控制智能墻面抹灰機(jī)器人各個(gè)電機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，使得智能墻面抹灰機(jī)器人粉刷墻面精確平 整。
【背景技術(shù)】
[0002] 在如今蓬勃發(fā)展的建筑行業(yè)中，墻面抹灰該道工序大部分由手工完成，該道工序 占據(jù)了整個(gè)建筑工程總工期的30% -40%，耗費(fèi)資金多且質(zhì)量難W達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)的要求。墻 面抹灰機(jī)器人將有助于節(jié)省將近85%的勞動(dòng)力成本，提高10-15倍的生產(chǎn)力，能在較短的 時(shí)間內(nèi)完成作業(yè)任務(wù)，減少寶貴的時(shí)間和項(xiàng)目成本。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)抹灰機(jī)進(jìn)行了大量的研 究，已經(jīng)制造出純機(jī)械的抹灰機(jī)并在市場(chǎng)上銷(xiāo)售，但是由于功能不完善，且達(dá)不到滿(mǎn)意的抹 灰效果。
[0003] 機(jī)械墻面抹灰機(jī)是利用兩根平行的撐桿，將墻面抹灰機(jī)軌道固定于天花板與地面 之間，抹灰機(jī)順著撐桿由下往上進(jìn)行抹灰，到達(dá)頂部之后抹灰板翻轉(zhuǎn)，再由上往下進(jìn)行抹平 抹光。所W，兩平行撐桿固定的空間位置，決定了墻面抹灰的上下厚度是否均勻。但是由于 地面不平整或者撐桿連接處不緊密，就有可能導(dǎo)致?lián)螚U不是完全豎直，即兩撐桿構(gòu)成的平 面不能完全平行于待粉刷的墻面。若在抹灰機(jī)作業(yè)過(guò)程中不能及時(shí)的進(jìn)行測(cè)量調(diào)整，就有 可能導(dǎo)致粉刷后的墻面厚度不均勻，造成返工。所W，依靠單純的機(jī)械設(shè)計(jì)，是無(wú)法準(zhǔn)確的 完成抹灰該道工序的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了完善墻面抹灰機(jī)的功能，使得墻面抹灰機(jī)能夠快速準(zhǔn)確的完成抹灰作業(yè)，本 發(fā)明為純機(jī)械的墻面抹灰機(jī)提供了一種專(zhuān)用控制器，使得抹灰機(jī)自動(dòng)的測(cè)量處理數(shù)據(jù)，并 根據(jù)處理結(jié)果，自動(dòng)的對(duì)抹灰機(jī)的相應(yīng)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整，補(bǔ)償產(chǎn)生的誤差。本發(fā)明采用ARM處 理器作為核屯、控制器，所有的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理化及電機(jī)控制全部由它完成。WARM處理 器為中屯、，外圍模塊配合，加之控制算法，使得前面抹灰機(jī)更加智能，作業(yè)更加精確。
[0005] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種智能墻面抹灰機(jī)器人專(zhuān)用控制器，該控制 器包括ARM處理器W及外圍模塊，其控制流程中包含自動(dòng)工作模式和手動(dòng)工作模式，所述 外圍模塊包括電源模塊，激光測(cè)距傳感數(shù)據(jù)接收模塊、直流推進(jìn)電機(jī)調(diào)速模塊、直流提升電 機(jī)控制模塊、直流撐緊電機(jī)控制模塊、步進(jìn)電機(jī)角度控制模塊、電機(jī)電流反饋模塊、磁編碼 器接口模塊、人機(jī)交互模塊W及手自動(dòng)切換電路；所述手自動(dòng)切換電路分別與對(duì)應(yīng)的電源 模塊、ARM處理器、外圍模塊連接，用于為ARM處理器、外圍模塊及直流推進(jìn)電機(jī)、直流提升 電機(jī)、直流撐緊電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)供電回路進(jìn)行切換；所述ARM處理器分別與對(duì)應(yīng)的激光測(cè)距 傳感數(shù)據(jù)接收模塊、直流推進(jìn)電機(jī)調(diào)速模塊、直流提升電機(jī)控制模塊、直流撐緊電機(jī)控制模 塊、步進(jìn)電機(jī)角度控制模塊、電機(jī)電流反饋模塊、磁編碼器接口模塊、人機(jī)交互模塊連接，其 中：
[0006] 所述激光測(cè)距傳感數(shù)據(jù)接收模塊，用于接收并向ARM處理器發(fā)送激光測(cè)距傳感器 測(cè)量智能墻面抹灰機(jī)器人與待粉刷墻面之間的距離數(shù)據(jù)；
[0007] 所述磁編碼接口模塊，用于發(fā)送直流推進(jìn)電機(jī)、直流提升電機(jī)對(duì)應(yīng)磁編碼器的直 流推進(jìn)速度脈沖數(shù)據(jù)、直流提升速度脈沖數(shù)據(jù)；
[000引所述ARM處理器，對(duì)智能墻面抹灰機(jī)器人與待粉刷墻面之間的距離數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù) 濾波，對(duì)智能墻面抹灰機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行插值計(jì)算，獲得插值計(jì)算結(jié)果，得到提升速度 和推進(jìn)速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系；所述ARM處理器，對(duì)磁編碼器的直流推進(jìn)速度脈沖數(shù)據(jù)、直流提 升速度脈沖數(shù)據(jù)、步進(jìn)脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)數(shù)處理計(jì)算得到速度值，并將速度值與插值計(jì)算結(jié) 果所對(duì)應(yīng)的速度進(jìn)行比較，再根據(jù)PID控制算法，得到推進(jìn)速度控制信號(hào)、提升速度控制信 號(hào)、旋轉(zhuǎn)角度或位置控制信號(hào)；所述ARM處理器，接收測(cè)量撐緊電機(jī)電流量信號(hào)，若測(cè)量撐 緊電機(jī)電流量信號(hào)大于所設(shè)定的闊值，則發(fā)出撐緊電機(jī)停止控制信號(hào)；若測(cè)量撐緊電機(jī)電 流量信號(hào)小于所設(shè)定的闊值，則發(fā)出撐緊電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制信號(hào)；
[0009] 所述直流推進(jìn)電機(jī)調(diào)速模塊，將ARM處理器產(chǎn)生的推進(jìn)速度控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流 推進(jìn)電機(jī)的電壓量信號(hào)，用于調(diào)整驅(qū)動(dòng)直流推進(jìn)電機(jī)控制智能墻面抹灰機(jī)器人抹灰板的前 后推進(jìn)速度，保證智能墻面抹灰機(jī)器人作業(yè)上下厚度的均勻性；
[0010] 所述直流提升電機(jī)控制模塊，將ARM處理器產(chǎn)生的提升速度控制信號(hào)轉(zhuǎn)化輸出提 升速度電壓量信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)直流提升電機(jī)做提升運(yùn)動(dòng)；
[0011] 所述步進(jìn)電機(jī)角度控制模塊，將ARM處理器產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)角度控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn) 角度電壓量信號(hào)，進(jìn)一步控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，使步進(jìn)電機(jī)達(dá)到控制智能墻面抹灰機(jī) 器人的抹灰板的旋轉(zhuǎn)角度；
[0012] 所述直流撐緊電機(jī)控制模塊，將撐緊電機(jī)停止、轉(zhuǎn)動(dòng)控制信號(hào)生成撐緊電平信號(hào)， 用于驅(qū)動(dòng)直流撐緊電機(jī)通斷并做撐緊動(dòng)作；
[0013] 所述電機(jī)電流反饋模塊，利用霍爾效應(yīng)原理將通過(guò)直流推進(jìn)電機(jī)的大電流轉(zhuǎn)化為 0-5V電壓信號(hào)，濾波后送入ARM處理器內(nèi)部進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化，計(jì)算出通過(guò)直流推進(jìn)電機(jī)的電 流；通過(guò)撐緊電機(jī)的電流在直流撐緊電機(jī)控制模塊中的功率巧片內(nèi)部轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，再 通過(guò)電機(jī)電流反饋模塊中的基準(zhǔn)電阻進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，通過(guò)線(xiàn)性光禪送入ARM處理 器內(nèi)部進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化，計(jì)算出通過(guò)撐緊電機(jī)的電流；
[0014] 所述人機(jī)交互模塊與ARM處理器連接，用于控制ARM處理器對(duì)系統(tǒng)異常情況、急停 處理，顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)；
[0015] 所述人機(jī)交互模塊配合限位開(kāi)關(guān)接口模塊，根據(jù)智能墻面抹灰機(jī)器人的運(yùn)行情 況，隨時(shí)進(jìn)行手動(dòng)模式和自動(dòng)模式的相互切換；將自動(dòng)控制工作模式切換到手動(dòng)控制工作 模式，同時(shí)ARM處理器、直流提升電機(jī)控制模塊、直流撐緊電機(jī)控制模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模 塊、激光測(cè)距傳感數(shù)據(jù)接收模塊、電機(jī)電流反饋模塊、磁編碼器接口模塊處于停止工作狀 態(tài)，智能墻面抹灰機(jī)器人完全由操作員控制；
[0016] 所述限位開(kāi)關(guān)接口模塊，用于采集限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作狀態(tài)，判斷智能墻面抹灰機(jī)器人 上升高度、抹灰板推進(jìn)位置和旋轉(zhuǎn)位置是否達(dá)到極限位置；
[0017] 所述人機(jī)交互模塊的按鍵，對(duì)直流推進(jìn)電機(jī)和直流提升電機(jī)進(jìn)行手動(dòng)控制，用于 調(diào)整智能墻面抹灰機(jī)器人的位置狀態(tài)或者處理重大異常情況；在手動(dòng)模式下，利用人機(jī)交 互模塊的按鍵狀態(tài)直接控制直流推進(jìn)電機(jī)和直流撐緊電機(jī)工作，使得即使在ARM處理器W及外圍模塊損壞的情況下仍能將智能墻面抹灰機(jī)器人調(diào)整到安全位置。
[0018] 本發(fā)明的有益效果；本發(fā)明能夠在智能面墻面抹灰機(jī)器人的作業(yè)過(guò)程中，實(shí)時(shí)的 采集測(cè)量數(shù)據(jù)并對(duì)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)做出調(diào)整，實(shí)時(shí)的補(bǔ)償偏差。此種專(zhuān)用控制器的使用，相比于 純機(jī)械的墻面抹灰機(jī)，能夠大大提高抹灰作業(yè)質(zhì)量，使智能墻面抹灰機(jī)器人智能準(zhǔn)確的完 成抹灰作業(yè)。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1是本發(fā)明控制原理框圖。
[0020] 圖2是本發(fā)明直流推進(jìn)電機(jī)模塊控制框圖。
[0021] 圖3是本發(fā)明直流撐緊電機(jī)模塊控制框圖。
[0022] 圖4是本發(fā)明自動(dòng)控制模式和手動(dòng)控制模式切換電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0024] 請(qǐng)參閱圖1-圖4示出本發(fā)明一種智能墻面抹灰機(jī)器人專(zhuān)用控制器，包括ARM處理 器1和