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)； 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)定的閾值，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)定的閾值，則發(fā)出撐緊電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制信號(hào)； 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； 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)； 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； 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； 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)控制模塊中的功率芯片內(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)線性光耦送入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； 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)； 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； 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； 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處理器以及外 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。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能墻面抹灰機(jī)器人專(zhuān)用控制器，其特征在于，所述直流推 進(jìn)電機(jī)調(diào)速模塊、直流撐緊電機(jī)控制模塊均采用功率芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能墻面抹灰機(jī)器人專(zhuān)用控制器，其特征在于，所述激光測(cè) 距傳感數(shù)據(jù)接收模塊采用單向信號(hào)傳遞的通信方式。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能墻面抹灰機(jī)器人專(zhuān)用控制器，其特征在于，所述電源模 塊采用外部24V直流電源為輸入源，電源模塊包括：線性穩(wěn)壓器件、穩(wěn)壓芯片、開(kāi)關(guān)型電源 轉(zhuǎn)換芯片、穩(wěn)壓芯片、基準(zhǔn)電壓芯片，其中：采用線性穩(wěn)壓器件產(chǎn)生另一路+5V電壓，為電機(jī) 驅(qū)動(dòng)回路提供電源；采用穩(wěn)壓芯片產(chǎn)生一路+3. 3V電壓，為ARM處理器提供電源；采用開(kāi) 關(guān)型電源轉(zhuǎn)換芯片產(chǎn)生一路+5V電壓，為控制回路提供電源；采用基準(zhǔn)電壓芯片產(chǎn)生一路 3. 3V電壓，作為ARM處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換的參考電壓。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能墻面抹灰機(jī)器人專(zhuān)用控制器，其特征在于，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)與限位開(kāi)關(guān)的高電平和低電平信 號(hào)做邏輯運(yùn)算的結(jié)果通過(guò)高速光耦器傳遞給直流提升電機(jī)控制模塊內(nèi)部的功率芯片，用于 控制直流提升電機(jī)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能墻面抹灰機(jī)器人專(zhuān)用控制器，其特征在于，ARM處理器的 撐緊電機(jī)停止、轉(zhuǎn)動(dòng)控制信號(hào)通過(guò)光耦器控制直流撐緊電機(jī)控制模塊中的功率芯片，用于 控制直流撐緊電機(jī)通斷。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能墻面抹灰機(jī)器人專(zhuān)用控制器，其特征在于，當(dāng)智能墻面 抹灰機(jī)器人專(zhuān)用控制器為自動(dòng)控制工作模式時(shí)，所述人機(jī)交互模塊通過(guò)I2C總線與ARM處 理器連接并自動(dòng)進(jìn)行通信，操作人員通過(guò)人機(jī)交互模塊的數(shù)碼管實(shí)時(shí)了解當(dāng)前智能墻面抹 灰機(jī)器人的工作狀態(tài)，通過(guò)人機(jī)交互模塊的手自動(dòng)切換按鍵，操作人員根據(jù)智能墻面抹灰 機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)智能墻面抹灰機(jī)器人的工作模式進(jìn)行切換。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的智能墻面抹灰機(jī)器人專(zhuān)用控制器，其特征在于，ARM處 理器采用中值濾波算法對(duì)采集到的智能墻面抹灰機(jī)器人與待粉刷墻面之間距離測(cè)量數(shù)據(jù) 進(jìn)行濾波去噪，通過(guò)對(duì)距離測(cè)量數(shù)據(jù)處理并進(jìn)行軌跡插值計(jì)算得到相應(yīng)的每個(gè)所述電機(jī)控 制量，并采用增量式PID算法對(duì)每個(gè)所述電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)雙閉環(huán)控制；所述中值 濾波算法將每組需要濾波的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，以排序后最中間的位置作為此組數(shù)據(jù)的濾波結(jié) 果； 所述增量式PID算法表達(dá)式是ARM處理器的第k個(gè)采樣時(shí)刻的輸出值與第k-1個(gè)采樣 時(shí)刻的輸出值之差A(yù) uk對(duì)直流推進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速：
其中，Uk是ARM處理器的第k個(gè)采樣時(shí)刻的輸出值，u ^是ARM處理器的第k-1個(gè)采樣 時(shí)刻的輸出值，ek為第k個(gè)采樣時(shí)刻輸出值與目標(biāo)值之間的偏差，e k_i為第k-1個(gè)采樣時(shí)刻 輸出值與目標(biāo)值之間的偏差，為第k-2個(gè)采樣時(shí)刻輸出值與目標(biāo)值之間的偏差，T為采 樣周期，K p為比例增益，T i為積分時(shí)間，T d為微分時(shí)間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的智能墻面抹灰機(jī)器人專(zhuān)用控制器，其特征在于，所述 磁編碼器接口模塊采用差分線性接收電路。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明是一種智能墻面抹灰機(jī)器人的專(zhuān)用控制器，分為自動(dòng)和手動(dòng)控制模式?？刂破靼ˋRM處理器和外圍模塊，外圍模塊包括電源模塊，激光測(cè)距傳感器數(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、步進(jìn)電機(jī)角度控制模塊、直流撐緊電機(jī)控制模塊、電機(jī)電流反饋模塊、磁編碼器接口模塊、限位開(kāi)關(guān)接口模塊以及人機(jī)交互模塊；控制器中采用中值濾波算法對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波去噪，并進(jìn)行軌跡插值計(jì)算，采用增量式PID算法對(duì)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)雙閉環(huán)控制。通過(guò)激光測(cè)距傳感器和磁編碼器得到實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，由ARM控制器控制墻面抹灰機(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，誤差厚度達(dá)到抹灰作業(yè)要求。
【IPC分類(lèi)】H02P5-68, G05D1-02, H02K11-00, H02P8-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104821754
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510266681
【發(fā)明人】李恩, 梁自澤, 龍騰, 方灶軍, 譚民, 湯盈忠, 范俊峰, 趙偉青
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所, 杭州瑞凱機(jī)電有限公司
【公開(kāi)日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年5月22日