一種多關(guān)節(jié)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，特別是涉及一種多關(guān)節(jié)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(diǎn)是管徑多變，轉(zhuǎn)向復(fù)雜，具有三通、四通等管接頭設(shè)計(jì)，法蘭、閥門或檢測(cè)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(yùn)行在此類管道外的檢測(cè)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(shí)，為了提高管道檢測(cè)與維修的效率，管外機(jī)器人還應(yīng)該具有一定速度的運(yùn)動(dòng)能力。
[0003]中國發(fā)明專利申請(qǐng)公布號(hào)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(cè)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(dòng)機(jī)構(gòu)和周向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。該機(jī)器人在理論上可實(shí)現(xiàn)全向輪式運(yùn)動(dòng)和翻轉(zhuǎn)越障運(yùn)動(dòng)，全向輪式運(yùn)動(dòng)包括軸向移動(dòng)、周向移動(dòng)和360螺旋運(yùn)動(dòng)。
[0004]上述機(jī)器人是在光滑的管道上運(yùn)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(yùn)動(dòng)時(shí)易出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)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(cè)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)明提供一種多關(guān)節(jié)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(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種多關(guān)節(jié)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)，BU夾持機(jī)構(gòu)通過肖U翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)I父接于設(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(dòng)機(jī)構(gòu)，設(shè)備承載梁上設(shè)置有周向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述夾持開合機(jī)構(gòu)通過蝸輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和鋼絲繩驅(qū)動(dòng)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制單元、驅(qū)動(dòng)舵機(jī)控制單元、無線傳輸單元、電量控制單元和組網(wǎng)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(cè)前夾持機(jī)構(gòu)和后夾持機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)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(duì)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制單元包括9軸姿態(tài)傳感器，整機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制單元用于輸出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，使機(jī)器人完成翻轉(zhuǎn)、軸向運(yùn)行、周向運(yùn)行、螺旋運(yùn)行，以及通過所述9軸姿態(tài)傳感器采集機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，并與機(jī)器人當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)信息比較，判斷機(jī)器人當(dāng)前運(yùn)動(dòng)是否正常，當(dāng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)異常時(shí)，控制機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)調(diào)整；
[0011]所述電量控制單元包括電量檢測(cè)模塊、定位模塊和安全返回模塊，電量檢測(cè)模塊用于檢測(cè)機(jī)器人內(nèi)置鋰電池的剩余電量;所述定位模塊用于確定機(jī)器人的當(dāng)前位置；
[0012]安全返回模塊根據(jù)機(jī)器人當(dāng)前位置計(jì)算安全返回所需的電量，并在剩余電量小于或等于安全返回所需的電量之前控制機(jī)器人返回。
[0013]進(jìn)一步的，整機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制單元通過所述9軸姿態(tài)傳感器采集到的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息包括:軸向運(yùn)動(dòng)速度、周向運(yùn)動(dòng)速度、螺旋運(yùn)動(dòng)速度與方向、翻轉(zhuǎn)方位和翻轉(zhuǎn)速度。
[0014]進(jìn)一步的，整機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制單元控制機(jī)器人進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)調(diào)整包括:
[0015]整機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制單元獲取機(jī)器人的當(dāng)前運(yùn)動(dòng)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)；
[0016]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；
[0017]對(duì)比機(jī)器人的當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度與預(yù)設(shè)的機(jī)器人軸向標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)速度，以及對(duì)比當(dāng)前夾持力度與預(yù)設(shè)的軸向運(yùn)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)夾持力度；
[0018]若當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度低于軸向標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)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；
[0019]若當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度高于軸向標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)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。
[0020]進(jìn)一步的，整機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制單元控制機(jī)器人進(jìn)行翻轉(zhuǎn)時(shí)的運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)調(diào)整包括:
[0021 ]增大前夾持機(jī)構(gòu)或后夾持機(jī)構(gòu)的夾持力度；
[0022]整機(jī)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)速度；
[0023]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；
[0024]若當(dāng)前翻轉(zhuǎn)速度大于標(biāo)準(zhǔn)翻轉(zhuǎn)速度或軸向運(yùn)動(dòng)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。
[0025]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(tái)以上機(jī)器人之間，以及機(jī)器人與上位機(jī)之間通訊，實(shí)現(xiàn)作業(yè)區(qū)域分配與協(xié)調(diào)；
[0026]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(hào)傳輸，RS485串行通訊總線用于機(jī)器人主控單元與各驅(qū)動(dòng)舵機(jī)之間信號(hào)傳輸。
[0027]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(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制單元還包括雷達(dá)測(cè)距機(jī)構(gòu)；
[0028]整機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制單元在控制機(jī)器人翻轉(zhuǎn)時(shí)，先通過所述雷達(dá)測(cè)距機(jī)構(gòu)檢測(cè)障礙物距離與方位或待翻躍的兩個(gè)管道的距離與方位；
[0029]整機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制單元根據(jù)所述障礙物距離或兩個(gè)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(gè)管道的方位確定機(jī)器人的翻轉(zhuǎn)角度。
[0030]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明多關(guān)節(jié)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制單元、驅(qū)動(dòng)舵機(jī)控制單元、無線傳輸單元、電量控制單元和組網(wǎng)單元，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人之間組網(wǎng)協(xié)調(diào)，實(shí)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制單元可實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)器人夾持力度，以及機(jī)器人在做各樣運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，并結(jié)合機(jī)器人各運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷機(jī)器人運(yùn)動(dòng)是否異常，并在運(yùn)動(dòng)異常及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，從而大大提高了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性;進(jìn)一步的，電量控制單元可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)剩余電量，確保機(jī)器人能安全返回，避免了因電量不夠而造成的摔機(jī)事故。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為多關(guān)節(jié)全向式管外機(jī)器人在管道上某時(shí)刻的運(yùn)行狀態(tài)圖；
[0032]圖2為本發(fā)明機(jī)器人在管道上翻轉(zhuǎn)時(shí)的狀態(tài)圖；
[0033]圖3為機(jī)器人夾持開合機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4為機(jī)器人夾持機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖5為機(jī)器人硬件控制系統(tǒng)層級(jí)架構(gòu)圖；
[0036]圖6為機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件框圖；
[0037]圖7為機(jī)器人各類運(yùn)動(dòng)的控制策略圖；
[0038]圖8為機(jī)器人控制系統(tǒng)的控制單元框圖。
[0039]標(biāo)號(hào)說明:
[0040]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)；
[0041 ]4、軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu);5、周向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu);6、前夾持機(jī)構(gòu)；
[0042 ]7、后夾持機(jī)構(gòu);8、夾持開合機(jī)構(gòu)，1、小管徑管道；
[0043]11、大管徑管道;14、夾持開合舵機(jī);18、主機(jī)架；
[0044]19、左向活動(dòng)機(jī)架;20、右向活動(dòng)機(jī)架;27、夾持開合舵機(jī)舵盤；
[0045]28、蝸輪軸軸承座;29、鋼絲繩繞線盤;30、蝸桿;31、蝸輪；
[0046]32、蝸輪軸;33、線盤套筒;34、蝸輪套筒;35、鋼絲繩；
[0047]36、滑輪;39、夾持機(jī)構(gòu)末節(jié)機(jī)架。
【具體實(shí)施方式】
[0048]為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖詳予說明。
[0049]本發(fā)明實(shí)施方式公開了一種多關(guān)節(jié)管道檢修機(jī)器人控制系統(tǒng)。請(qǐng)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