專利名稱：柔索自主越障機器人控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柔索自主檢測設(shè)備的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
柔性線路在日常生活中經(jīng)?？梢?，例如橋索、索道和電力線路等。這些柔 性線路長期暴露在野外經(jīng)受風吹、日曬、雨淋，因受到持續(xù)的機械張力、材料 老化的影響而產(chǎn)生磨損、腐蝕等損傷，如果得不到及時的發(fā)現(xiàn)并進行修復(fù)更換， 原本微小的破損和缺陷就可能擴大，最終導(dǎo)致嚴重事故，造成巨大的經(jīng)濟損失。 因此，需要對其進行定期的巡査和維護。目前，柔索的巡查和維護越來越多地 通過巡線機器人完成，然而設(shè)計一種能夠控制巡線機器人的系統(tǒng)便成了當務(wù)之 急。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種柔索自主越障機器人控制系統(tǒng)，其主要用于控制 機器人在柔索上實現(xiàn)自主行走和自主越障的功能。
其技術(shù)解決方案是柔索自主越障機器人控制系統(tǒng)，包括 主控單元，用于負責機器人任務(wù)的分解和行為的協(xié)調(diào)；
執(zhí)行單元，用于接收主控單元發(fā)送的動作命令并控制關(guān)節(jié)電機和/或驅(qū)動電 機完成相應(yīng)的動作；
遠程監(jiān)控單元，用于接收和存儲主控單元傳送的巡檢圖像，向主控單元發(fā)出 控制命令。
上述主控單元包括兩種控制方式遠程控制方式和自主運行方式；遠程控制 方式時，主控單元接收遠程監(jiān)控單元發(fā)送的控制命令，解釋為電機動作序列發(fā) 送給執(zhí)行單元；自主運行方式時，主控單元根據(jù)傳感器反饋的信息，判斷障礙物類型和自身位置姿態(tài)，進行機器人動作規(guī)劃，生成電機動作序列發(fā)送給執(zhí)行 單元。
上述遠程監(jiān)控單元包括監(jiān)控主機和無線通訊模塊。
本發(fā)明的有益效果是可控制巡線機器人在各種柔性繩索上實現(xiàn)自主行走 和自主跨越障礙的功能。例如，可以控制巡線機器人跨越高壓電線上的防震錘 和索道上的桿塔等。


圖1為本發(fā)明所述執(zhí)行單元單片機系統(tǒng)的電路原理圖； 圖2為本發(fā)明電機控制驅(qū)動模塊的電路原理圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明，本發(fā)明柔索自主越障機器人控 制系統(tǒng)包括基于遞階式三級控制結(jié)構(gòu)的主控單元、執(zhí)行單元和遠程監(jiān)控單元。 主控單元以基于PC104-PLUS總線標準的工控計算機系統(tǒng)為核心，包括研華PC104 主板以及與之相連的圖像采集卡、調(diào)試檢修控制面板、數(shù)據(jù)采集卡、超聲波測 距傳感器、CCD高清晰工業(yè)攝像機、無線網(wǎng)卡和電源模塊。主控單元主要負責任 務(wù)的分解和行為的協(xié)調(diào)，包括遠程控制方式和自主運行方式。在遠程控制方式 時，它接收遠程監(jiān)控單元發(fā)送的控制命令，并解釋為電機動作序列發(fā)送給執(zhí)行 單元；在自主運行方式下，它根據(jù)所連接傳感器反饋的信息，判斷障礙物類型 和自身位姿，進行機器人動作規(guī)劃，生成電機動作序列發(fā)送給執(zhí)行單元。另外， 它還采集機器人的巡檢圖像，并通過無線網(wǎng)卡將圖像實時地傳輸給遠程監(jiān)控單 元。執(zhí)行單元具有較低的智能，但要求有較高的精度，主要負責電機的運動控 制和傳感器信息的處理。遠程監(jiān)控單元包括監(jiān)控主機和無線通訊模塊。監(jiān)控主 機用來顯示和存儲巡檢機器人采集的圖像，它利用無線網(wǎng)卡組成的網(wǎng)絡(luò)進行遠程圖像傳輸。無線通訊模塊用于特殊情況下對機器人的控制。地面人員通過無 線通訊模塊遙控協(xié)助機器人完成越障動作和機器人位姿調(diào)整。
執(zhí)行單元根據(jù)主控單元發(fā)出的指令和傳感器信息，控制各個電機的運動和 協(xié)調(diào)，由單片機系統(tǒng)及其輸入輸出接口、視覺傳感器、測距傳感器電機控制驅(qū)
動模塊組成。本執(zhí)行單元選用了STC89C52RC單片機，封裝形式為DIP-40,外部 晶振12MHz。對單片機I/O進行如下分配Pl、 P3全部用于信號輸入口； P0、 P2用于信號輸出控制電機；管腳29、 30懸空，31接高電平，9接上電復(fù)位電路。 輸入輸出信號都是開關(guān)量信號，因而，設(shè)計了統(tǒng)一的光電隔離電路。電源采用 5V，由于系統(tǒng)使用+12V電池供電，因而使用LM7805穩(wěn)壓模塊提供穩(wěn)定的5V電 源。為了防止外部干擾信號傳入單片機，單片機與傳感器和電機驅(qū)動模塊并不 直接相連，而是通過光電耦合器，進行電氣隔離。選用的光電耦合器的型號為 TLP521-4，封裝形式選用DIP-16。利用單片機的TXD和RXD引腳，采用RS-232
串行接口標準進行串口通訊。為了實現(xiàn)與單片機的連接，采用常用的集成芯片 MAX232,完成TTL與RS-232雙向電平轉(zhuǎn)換。電機控制驅(qū)動模塊主要由MC33035 和MPM3003組成。MC33035內(nèi)部的轉(zhuǎn)子位置譯碼器主要用于監(jiān)控三個傳感器輸入， 以便系統(tǒng)能夠正確提供高端和低端驅(qū)動輸入的正確時序。傳感器輸入可直接與 集電極開路型霍爾效應(yīng)開關(guān)或者光電耦合器相連接。此外，該電路還內(nèi)含上拉 電阻，其輸入與門限典型值為2.2V的TTL電平兼容。用MC33035系列產(chǎn)品控制 的三相電機可在最常見的四種傳感器相位下工作。MC33035所提供的60度/120 度選擇可使MC33035很方便地控制具有60度、120度、240度或300度的傳感 器相位電機。其三個傳感器輸入有八種可能的輸入編碼組合，其中六種是有效 的轉(zhuǎn)子位置，另外兩種編碼組合無效。通過六個有效輸入編碼可使譯碼器在使 用60度電氣相位的窗口內(nèi)分辨出電機轉(zhuǎn)子的位置。電機的正/反向控制由MC33035的正向/反向輸出通過翻轉(zhuǎn)定子繞組上的電 壓來實現(xiàn)。當輸入狀態(tài)改變時，指定的傳感器輸入編碼將從高電平變?yōu)榈碗娖剑?從而改變整流時序，以使電機改變旋轉(zhuǎn)方向。
電機通/斷控制可由輸出使能來實現(xiàn)。當該管腳開路時，連接到正電源的內(nèi) 置上拉電阻將會啟動頂部和底部驅(qū)動輸出時序。而當該腳接地時，頂端驅(qū)動輸 出將關(guān)閉，并將底部驅(qū)動強制為低，從而使電動機停轉(zhuǎn)。
如圖2所示，電機驅(qū)動部分采用六個功率MOSFET管組成三相橋式電路。采 用這些分立元件增加的電路板的復(fù)雜性，且可靠性不高。所以使用集成橋式電 路代替。MPM3003是一種三相逆變橋功能模塊，其內(nèi)部集成了 6個MOSFET管， 包括三個P溝道和三個N溝道功率M0SFET。它采用直列12腳塑料封裝，可理想 地應(yīng)用在磁盤驅(qū)動、伺服電機驅(qū)動器中。MPM3003管腳7、 10、 3為上側(cè)三個P 溝道功率MOSFET的柵極，管腳2、 5、 8則為下側(cè)三個N溝道功率MOSFET的柵 極。上側(cè)功率MOSFET由低電平驅(qū)動，下側(cè)功率MOSFET由高電平驅(qū)動。每次各 有一個上側(cè)功率MOSFET和一個下側(cè)功率MOSFET導(dǎo)通。正常工作時，上下兩個 導(dǎo)通的功率MOSFET應(yīng)不在同一橋臂上。其連接方式為MPM3003的管腳7、 10、 3依次與MC33035的管腳1、 2、 24相連，MPM3003的管腳2、 5、 8依次與MC33035 的管腳19、 20、 21相連。MPM3003的管腳11為上側(cè)三個功率M0SFET的源極， 接電源18 30V。管腳1為下側(cè)三個功率M0SFET的源極，與電流檢測電路相連。 管腳4、 6、 9為各管的漏極，依次與電動機繞組A、 B、 C相連。在應(yīng)用時，MPM3003 應(yīng)按實際情況加合適的散熱片。
當然，本發(fā)明的保護范圍并不局限于上述實施例，只要是本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員，根據(jù)本發(fā)明所作出的未經(jīng)創(chuàng)造性地改進，就應(yīng)在本發(fā)明的保護范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 柔索自主越障機器人控制系統(tǒng)，其特征在于包括主控單元，用于負責機器人任務(wù)的分解和行為的協(xié)調(diào)；執(zhí)行單元，用于接收主控單元發(fā)送的動作命令并控制關(guān)節(jié)電機和/或驅(qū)動電機完成相應(yīng)的動作；遠程監(jiān)控單元，用于接收和存儲主控單元傳送的巡檢圖像，向主控單元發(fā)出控制命令。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的柔索自主越障機器人控制系統(tǒng)，其特征在于所述主控 單元包括兩種控制方式遠程控制方式或自主運行方式；遠程控制方式時，主 控單元接收遠程監(jiān)控單元發(fā)送的控制命令，解釋為電機動作序列發(fā)送給執(zhí)行單 元；自主運行方式時，主控單元根據(jù)傳感器反饋的信息，判斷障礙物類型和自 身位置姿態(tài)，進行機器人動作規(guī)劃，生成電機動作序列發(fā)送給執(zhí)行單元。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的柔索自主越障機器人控制系統(tǒng)，其特征在于所述 遠程監(jiān)控單元包括監(jiān)控主機和無線通訊模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開一種柔索自主越障機器人控制系統(tǒng)，包括主控單元，用于負責機器人任務(wù)的分解和行為的協(xié)調(diào)；執(zhí)行單元，用于接收主控單元發(fā)送的動作命令并控制關(guān)節(jié)電機和/或驅(qū)動電機完成相應(yīng)的動作；遠程監(jiān)控單元，用于接收和存儲主控單元傳送的巡檢圖像，向主控單元發(fā)出控制命令。本控制系統(tǒng)主要用于控制機器人在柔索上實現(xiàn)自主行走和自主越障的功能。
文檔編號G05B19/418GK101286070SQ20081001631
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者丁鴻昌, 盧坤媛, 孫愛芹, 張華宇, 徐淑芬, 慶 李, 李維贊, 王吉岱, 胡效東, 鄭燦東, 雷云云, 魏軍英 申請人:山東科技大學