專利名稱：高壓輸電線自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及110kv高壓輸電線路自動(dòng)巡檢機(jī)器人的控制系統(tǒng)，是根據(jù)分層遞階控制技術(shù)組成了由多個(gè)控制單元組成的控制器，形成了自動(dòng)巡檢機(jī)器人的可自主越障的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
輸電線路是電力系統(tǒng)的大動(dòng)脈，它的安全穩(wěn)定運(yùn)行直接影響到電力系統(tǒng)的可靠性，必須投入大量的人力物力去開(kāi)展線路的巡檢工作。目前普遍采用人工巡檢方法進(jìn)行巡檢，不僅工作量大、危險(xiǎn)性高，而且很多危險(xiǎn)的地方檢測(cè)不到，造成一定隱患。為此，有必要開(kāi)發(fā)一種能取代人工巡檢的輸電線路自動(dòng)巡檢機(jī)器人，以期達(dá)到減輕輸電線路巡檢的工作量，提高工作效益，達(dá)到確保輸電線路安全運(yùn)行的目的。而要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)巡檢功能，就有必要開(kāi)發(fā)一套針對(duì)自動(dòng)巡檢機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主越障功能，完成自動(dòng)巡檢任務(wù)。自動(dòng)巡檢機(jī)器人不同于工業(yè)機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人等，其機(jī)械機(jī)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)多，傳感器信息多樣，若采用工業(yè)機(jī)器人控制中的多軸運(yùn)動(dòng)卡控制方式則不易實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)巡檢機(jī)器人的實(shí)時(shí)控制。因此有必要開(kāi)發(fā)一種可實(shí)現(xiàn)多自由度控制，處理多種傳感器信息的機(jī)器人控制系統(tǒng)，作為自動(dòng)巡檢機(jī)器人的專用控制器，確保實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主越障功能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供110kv輸電線路自動(dòng)巡檢機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制器，使自動(dòng)巡檢機(jī)器人能夠自主地跨越高壓線路上的各種障礙，自主在線路上行走，進(jìn)而代替人類進(jìn)行輸電線路的巡檢工作，不僅減輕輸電線路巡檢的工作量，還提高工作效益和精度，達(dá)到確保輸電線路安全運(yùn)行的目的。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種高壓輸電線自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器，是按照分層遞階控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，為三級(jí)自動(dòng)巡檢機(jī)器人專用控制器，由三個(gè)控制層次管理層、組織協(xié)調(diào)層和執(zhí)行層組成，其中，管理層由遠(yuǎn)程主機(jī)構(gòu)成，遠(yuǎn)程主機(jī)含有無(wú)線網(wǎng)卡；組織協(xié)調(diào)層由組織協(xié)調(diào)層主機(jī)構(gòu)成，組織協(xié)調(diào)層主機(jī)含有無(wú)線網(wǎng)卡、切換開(kāi)關(guān)、圖像采集卡和串口；執(zhí)行層由單片下位機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、信號(hào)處理器和傳感器構(gòu)成；管理層的遠(yuǎn)程主機(jī)與組織協(xié)調(diào)層主機(jī)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡進(jìn)行通訊，無(wú)線網(wǎng)卡分別通過(guò)相應(yīng)轉(zhuǎn)接卡掛接在遠(yuǎn)程主機(jī)的PCI插槽和組織協(xié)調(diào)層主機(jī)的總線上；組織協(xié)調(diào)層主機(jī)以串口與執(zhí)行層的單片下位機(jī)電連接，執(zhí)行層的單片下位機(jī)設(shè)于自動(dòng)巡檢機(jī)器人上，其電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別與自動(dòng)巡檢機(jī)器人的各驅(qū)動(dòng)電機(jī)電連接，其傳感器經(jīng)由信號(hào)處理器和單片下位機(jī)電連接。
所述的自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器a.管理層的遠(yuǎn)程主機(jī)通過(guò)無(wú)線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議與組織協(xié)調(diào)層主機(jī)通訊，組織協(xié)調(diào)層主機(jī)通過(guò)串口采用全雙工異步方式與執(zhí)行層的單片下位機(jī)通訊；遠(yuǎn)程主機(jī)與組織協(xié)調(diào)層主機(jī)之間能夠傳輸控制命令，并實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)從組織協(xié)調(diào)層主機(jī)到遠(yuǎn)程主機(jī)的無(wú)線傳輸；組織協(xié)調(diào)層主機(jī)與執(zhí)行層的單片下位機(jī)之間能夠傳輸控制命令和傳感器信息；b.遠(yuǎn)程主機(jī)提供友好人機(jī)交互界面，提供操作人員開(kāi)機(jī)、停止的宏觀操作命令，能夠接收顯示組織協(xié)調(diào)層主機(jī)傳輸來(lái)的視頻圖像，并能夠?qū)D像做分析和存儲(chǔ)；組織協(xié)調(diào)層主機(jī)主要完成越障動(dòng)作規(guī)劃、圖像采集、圖像壓縮傳輸、圖像壓縮存儲(chǔ)、圖像處理分析、障礙物識(shí)別；執(zhí)行層的單片下位機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)底層機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制，并能夠讀取傳感器的信息。
所述的自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器，其所述執(zhí)行層，其信號(hào)處理器，由地址譯碼器、輸出鎖存器、數(shù)個(gè)輸入緩沖器組成；執(zhí)行層的單片下位機(jī)、地址譯碼器、輸出鎖存器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第一輸入緩沖器、第二輸入緩沖器和第三輸入緩沖器均安裝在同一塊電路印刷板上；單片下位機(jī)通過(guò)串口與組織協(xié)調(diào)層主機(jī)相連，單片下位機(jī)的A口與地址譯碼器的I口相連，輸出鎖存器、第一輸入緩沖器、第二輸入緩沖器和第三輸入緩沖器的D口與單片下位機(jī)的D口相連，輸出鎖存器、第一輸入緩沖器、第二輸入緩沖器和第三輸入緩沖器的A口與地址譯碼器的O口相連；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的I口與輸出鎖存器的O口相連，O口與機(jī)器人的一個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)相連；第一輸入緩沖器、第二輸入緩沖器和第三輸入緩沖器的I口與傳感器相連。
所述的自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器，其所述輸出鎖存器為復(fù)數(shù)個(gè)，與復(fù)數(shù)個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)相連接；第一、第二、第三輸入緩沖器均為復(fù)數(shù)個(gè)，與復(fù)數(shù)個(gè)傳感器相連接。
所述的自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器，其所述切換開(kāi)關(guān)為手動(dòng)/自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)，其由一三態(tài)雙擲開(kāi)關(guān)和一二選一選擇開(kāi)關(guān)組成，其中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的O口與選擇開(kāi)關(guān)的I1口相連，雙擲開(kāi)關(guān)的輸出與選擇開(kāi)關(guān)的I2相連，選擇開(kāi)關(guān)的O口與電機(jī)M相連；選擇開(kāi)關(guān)設(shè)有選擇按鍵。
所述的自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器，其所述傳感器為復(fù)數(shù)個(gè)，包括電機(jī)碼盤(pán)、超聲傳感器、紅外傳感器和攝像頭，超聲傳感器、紅外傳感器和攝像頭分別固設(shè)于自動(dòng)巡檢機(jī)器人的手臂上；電機(jī)碼盤(pán)、超聲傳感器、紅外傳感器與執(zhí)行層單片下位機(jī)電連接，CMOS攝像頭通過(guò)圖像采集卡與組織協(xié)調(diào)層主機(jī)電連接。
所述的自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器，其能夠?qū)崟r(shí)控制10個(gè)以上電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，完成自動(dòng)巡檢機(jī)器人越障所需的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)過(guò)程；能夠檢測(cè)處理20路以上多種傳感器信號(hào)，確定機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的當(dāng)前狀態(tài)和外部環(huán)境。
本發(fā)明基于工程實(shí)用性和可靠性考慮，設(shè)計(jì)了可靠的手動(dòng)/自動(dòng)可切換的自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器系統(tǒng)。手動(dòng)系統(tǒng)用于機(jī)器人的上線、下線，障礙情況異常復(fù)雜段線路的巡檢，機(jī)器人出現(xiàn)故障情況下的運(yùn)動(dòng)控制等，而自動(dòng)控制系統(tǒng)可以保證機(jī)器人在無(wú)需人類干預(yù)的情況下，自主的實(shí)現(xiàn)越障動(dòng)作，完成設(shè)定的巡檢任務(wù)。
本發(fā)明的顯著特點(diǎn)在于把自動(dòng)巡檢機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與機(jī)器人本體的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)有機(jī)的結(jié)合在一起，充分發(fā)揮了專用控制器的特點(diǎn)，利用機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上的優(yōu)勢(shì)，降低實(shí)時(shí)控制的難度，同時(shí)通過(guò)合理的控制方式，彌補(bǔ)機(jī)器人機(jī)構(gòu)上的不足。
本發(fā)明的技術(shù)核心在于將分層遞階控制引入到控制器的設(shè)計(jì)中，通過(guò)將控制任務(wù)合理的分配，使機(jī)器人可以快速準(zhǔn)確的完成運(yùn)動(dòng)控制和巡檢任務(wù)。
本發(fā)明采用分層遞階技術(shù)組成的自動(dòng)巡檢機(jī)器人專用控制器，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的手動(dòng)/自動(dòng)切換控制，完成了自動(dòng)跨越輸電線路上的防震錘、懸垂線夾等典型障礙。該發(fā)明使機(jī)器人具有更強(qiáng)的自主性，可以實(shí)現(xiàn)在無(wú)人類干預(yù)的情況下的越障動(dòng)作。因此，該發(fā)明可以有效的減輕輸電線路巡檢的工作量，節(jié)省線路巡檢所需的人力物力，對(duì)于線路巡檢的工作效益、確保輸電質(zhì)量具有重要的作用。
本發(fā)明提出的分級(jí)遞階自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器的主要優(yōu)點(diǎn)如下控制器由多個(gè)控制層次單元組成，每個(gè)單元完成對(duì)自動(dòng)巡檢機(jī)器人越障運(yùn)動(dòng)控制的一部分任務(wù)，在運(yùn)動(dòng)控制中具有很大的靈活性，可以完成各種復(fù)雜的動(dòng)作控制，并能實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和外部環(huán)境信息。對(duì)于操作人員一方而言，只需在遠(yuǎn)程主機(jī)上進(jìn)行簡(jiǎn)單的控制操作，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)巡檢機(jī)器人復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過(guò)程的控制，具有簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)；內(nèi)部越障程序采用知識(shí)庫(kù)方式進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)于輸電線路上的幾種典型障礙，都存儲(chǔ)了相應(yīng)的跨越知識(shí)庫(kù)，可以實(shí)現(xiàn)輸電線路中的常見(jiàn)障礙的跨越行為；控制器具有手動(dòng)/自動(dòng)切換功能，在正常運(yùn)行時(shí)，采用自動(dòng)行為功能，實(shí)現(xiàn)在無(wú)需人類干預(yù)的情況下的線路巡檢任務(wù)，在上下線及意外情況時(shí)，采用手動(dòng)控制功能，使機(jī)器人完成一些很難自主完成的動(dòng)作過(guò)程。
圖1為自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器體系的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器中執(zhí)行層的下位機(jī)的控制接線示意圖；圖3是自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器中組織協(xié)調(diào)層的自動(dòng)/手動(dòng)控制接線示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為該控制器的結(jié)構(gòu)組成圖，控制器由三部分組成，即三個(gè)控制層次管理層、組織協(xié)調(diào)層和執(zhí)行層。其中，管理層由遠(yuǎn)程主機(jī)構(gòu)成，遠(yuǎn)程主機(jī)含有無(wú)線網(wǎng)卡；組織協(xié)調(diào)層由PC104主機(jī)構(gòu)成，組織協(xié)調(diào)層的PC104主機(jī)含有無(wú)線網(wǎng)卡、切換開(kāi)關(guān)、圖像采集卡和串口；執(zhí)行層由單片下位機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、信號(hào)處理器和傳感器構(gòu)成。
管理層的遠(yuǎn)程主機(jī)與組織協(xié)調(diào)層的PC104主機(jī)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡進(jìn)行Socket通訊，組織協(xié)調(diào)層由PC104主機(jī)以串口與執(zhí)行層的單片下位機(jī)電連接，執(zhí)行層的單片下位機(jī)設(shè)于自動(dòng)巡檢機(jī)器人(圖中沒(méi)示出)上，其電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別與自動(dòng)巡檢機(jī)器人的各驅(qū)動(dòng)電機(jī)(圖中沒(méi)示出)電連接，其傳感器經(jīng)由信號(hào)處理器和單片下位機(jī)電連接。傳感器包括電機(jī)碼盤(pán)、超聲傳感器、紅外傳感器和攝像頭，超聲傳感器、紅外傳感器和攝像頭分別固設(shè)于自動(dòng)巡檢機(jī)器人的手臂(圖中沒(méi)示出)上。
管理層的遠(yuǎn)程主機(jī)，為自動(dòng)巡檢機(jī)器人設(shè)定相應(yīng)的巡檢任務(wù)，也可以遠(yuǎn)程控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，還可以接收到攝像頭從巡檢現(xiàn)場(chǎng)傳回的巡檢圖像。組織協(xié)調(diào)層的PC104主機(jī)，完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析與路徑規(guī)劃，視頻圖像的采集、處理、壓縮、存儲(chǔ)、傳輸，障礙的分析與識(shí)別，巡檢目標(biāo)的檢測(cè)與分析等。執(zhí)行層的單片下位機(jī)處理傳感器所檢測(cè)到的信息并將之反饋給組織協(xié)調(diào)層的PC104主機(jī)，并執(zhí)行組織協(xié)調(diào)層的PC104主機(jī)所下發(fā)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)命令，控制自動(dòng)巡檢機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。遠(yuǎn)程主機(jī)與組織協(xié)調(diào)層的PC104主機(jī)之間由無(wú)線網(wǎng)卡建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行Socket通訊，遠(yuǎn)程主機(jī)向組織協(xié)調(diào)層的PC 104主機(jī)發(fā)送控制命令，組織協(xié)調(diào)層的PC104主機(jī)向遠(yuǎn)程主機(jī)發(fā)送視頻圖像和機(jī)器人外部環(huán)境信息。組織協(xié)調(diào)層的PC104主機(jī)和執(zhí)行層的下位機(jī)采用全雙工異步串口通訊，8位數(shù)據(jù)與累加和校驗(yàn)方式，組織協(xié)調(diào)層的PC104主機(jī)向執(zhí)行層的下位機(jī)發(fā)送運(yùn)動(dòng)命令，執(zhí)行層的下位機(jī)向組織協(xié)調(diào)層的PC104主機(jī)發(fā)送傳感器信息。而當(dāng)需要對(duì)機(jī)器人進(jìn)行手動(dòng)控制時(shí)，則將組織協(xié)調(diào)層PC104主機(jī)的切換開(kāi)關(guān)打到手動(dòng)模式，這樣就可以對(duì)機(jī)器人進(jìn)行直接的手動(dòng)控制。
圖1的工作原理如下遠(yuǎn)程主機(jī)和組織協(xié)調(diào)層的PC104主機(jī)通過(guò)Orinoco無(wú)線網(wǎng)卡形成無(wú)線通信局域網(wǎng)絡(luò)，其中Orinoco無(wú)線網(wǎng)卡分別通過(guò)相應(yīng)轉(zhuǎn)接卡掛接在遠(yuǎn)程主機(jī)的PCI插槽和組織協(xié)調(diào)層的PC104主機(jī)總線上。操作人員利用遠(yuǎn)程主機(jī)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向組織協(xié)調(diào)層的PC104主機(jī)發(fā)送開(kāi)機(jī)控制命令并設(shè)定相應(yīng)的巡檢任務(wù)；組織協(xié)調(diào)層的PC 104主機(jī)接收到開(kāi)機(jī)控制命令后，啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制程序，并開(kāi)始采集實(shí)時(shí)圖像，用于視覺(jué)伺服運(yùn)動(dòng)控制，并將圖像進(jìn)行壓縮、存儲(chǔ)，并根據(jù)遠(yuǎn)程主機(jī)的命令確定是否進(jìn)行視頻遠(yuǎn)程傳輸；機(jī)器人的行走輪在執(zhí)行層的下位機(jī)的控制下前行，當(dāng)安裝在機(jī)器人上的超聲和紅外等傳感器檢測(cè)到前方有障礙物時(shí)，執(zhí)行層的下位機(jī)將傳感器信息發(fā)送給組織協(xié)調(diào)層的PC104主機(jī)；組織協(xié)調(diào)層的PC104主機(jī)再利用圖像分析確定障礙物的類型和前方線路的具體情況，并由此進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的規(guī)劃，得到機(jī)器人各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)序列與運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并把這些命令發(fā)送給執(zhí)行層的下位機(jī)；執(zhí)行層的下位機(jī)接收到這些命令，并逐條進(jìn)行順序執(zhí)行，完成機(jī)器人的越障動(dòng)作。在執(zhí)行過(guò)程中，傳感器還將檢測(cè)到一些信息，執(zhí)行層的下位機(jī)在執(zhí)行命令的過(guò)程中仍要將這些信息傳送給組織協(xié)調(diào)層的PC104主機(jī)，組織協(xié)調(diào)層的PC104主機(jī)要對(duì)這些信息進(jìn)行分析與處理，來(lái)判斷所進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃是否正確，是否需要調(diào)整，形成了一種基于傳感器的運(yùn)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)。在組織協(xié)調(diào)層的PC104主機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃中，采用基于知識(shí)庫(kù)的控制方法，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)得到了控制所需的知識(shí)規(guī)則庫(kù)，并利用這些規(guī)則庫(kù)形成運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的控制系統(tǒng)。這種控制方式克服了由于線路柔性引起線路變形所帶來(lái)的不確定性因素，克服了機(jī)器人懸掛系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)中不可避免的擺動(dòng)所帶來(lái)的不穩(wěn)定因素，比較有效的完成了對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的控制設(shè)計(jì)。
圖2是自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器執(zhí)行層的下位機(jī)的控制接線示意圖。圖中，執(zhí)行層的信號(hào)處理器，由地址譯碼器C2、輸出鎖存器C3、數(shù)個(gè)輸入緩沖器C4、C5和C6組成；C1為執(zhí)行層的單片下位機(jī)AT89S51，它通過(guò)串口與組織協(xié)調(diào)層的PC104主機(jī)相連，C2為地址譯碼器74LS138，C3為輸出鎖存器74LS373，C4、C5及C6為輸入緩沖器74LS244，C1、C2、C3、C4、C5和C6均安裝在同一塊電路印刷板上；C1的A口與C2的I口相連，C3、C4、C5和C6的D口與C1的D口相連，A口與C2的O口相連；C7為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，M為機(jī)器人的一個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)，E為電機(jī)碼盤(pán)信號(hào)輸出單元，S為超聲傳感器，I為紅外傳感器，C7的I口與C2的O口相連，O口與M相連，C4的I口與E相連，C5的I口與S相連，C6的I口與I相連。
其中，輸出鎖存器C3、第一輸入緩沖器C4、第二輸入緩沖器C5、第三輸入緩沖器C6均為復(fù)數(shù)個(gè)(圖中沒(méi)有示出)，與輸出鎖存器C3連接的關(guān)節(jié)電機(jī)有14個(gè)，與第一輸入緩沖器C4連接的傳感器有13個(gè)，與第二輸入緩沖器C5連接的傳感器有12個(gè)，與第三輸入緩沖器C6連接的傳感器有6個(gè)。
圖2的工作原理如下通過(guò)組織協(xié)調(diào)層的PC104主機(jī)的串口下發(fā)給C1所需執(zhí)行的命令，C1通過(guò)A口選擇控制對(duì)象C3，并通過(guò)D口將控制命令發(fā)出給C3，C3再將信號(hào)放大傳送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器C7，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)器C7驅(qū)動(dòng)電機(jī)M完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)命令。C1通過(guò)內(nèi)部定時(shí)器定時(shí)通過(guò)A口分別選擇查詢對(duì)象C4、C5、C6，碼盤(pán)輸出信號(hào)、超聲傳感器狀態(tài)信號(hào)、紅外傳感器狀態(tài)信號(hào)就分別通過(guò)C4、C5、C6的I口進(jìn)入到C1的D口，然后C1再根據(jù)所查詢到的狀態(tài)值由內(nèi)部程序來(lái)決定執(zhí)行相應(yīng)的操作。
圖3是自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器中組織協(xié)調(diào)層的自動(dòng)/手動(dòng)控制的接線示意圖。圖中C7為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(同圖2中的C7)，C8為三態(tài)雙擲開(kāi)關(guān)，C9為二選一選擇開(kāi)關(guān)，C7的O口與C9的I1口相連，C8的輸出與C9的I2相連，C9的C為選擇開(kāi)關(guān)的選擇按鍵；C9的O口與電機(jī)M相連。
其工作原理如下按下C9的C按鍵，使C9的O與I1接通，計(jì)算機(jī)的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)C7的O口到達(dá)C9的O口，與電機(jī)M相接，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的自動(dòng)控制功能；將C9的C按鍵彈出，使C9的O與I2相接，三態(tài)開(kāi)關(guān)C8的輸出信號(hào)到達(dá)C9的O，進(jìn)而與電機(jī)M相接，從而通過(guò)手動(dòng)控制三態(tài)開(kāi)關(guān)C8，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的手動(dòng)控制。
由圖1所示的控制結(jié)構(gòu)所搭建的控制系統(tǒng)完成了自動(dòng)巡檢機(jī)器人的自主跨越防震錘、懸垂線夾、手動(dòng)上下線的控制。搭建了有十三個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的三臂仿生的自動(dòng)巡檢機(jī)器人，機(jī)器人由三個(gè)行走輪、三個(gè)手臂開(kāi)合關(guān)節(jié)、三個(gè)手臂伸縮關(guān)節(jié)、二個(gè)手臂俯仰關(guān)節(jié)(前后臂各一個(gè))、二個(gè)手臂擺動(dòng)關(guān)節(jié)(前后臂各一個(gè))等十三個(gè)關(guān)節(jié)組成，每個(gè)手臂上都裝有超聲傳感器用來(lái)探測(cè)防震錘和懸垂線夾等障礙物，并裝有紅外傳感器用來(lái)檢測(cè)輸電線在手臂中的位置，手臂上裝有CMOS攝像頭用來(lái)采集線路圖片。
本發(fā)明是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢機(jī)器人手動(dòng)上下線與自主越障的控制裝置。
手動(dòng)上下線時(shí)，由于機(jī)器人采用手臂開(kāi)合抱線方式，在上線前將控制方式打到手動(dòng)控制模式，手動(dòng)控制三個(gè)機(jī)器手手掌全部打開(kāi)，利用上線附近裝置將機(jī)器人掛到輸電線路上，使輸電線路進(jìn)入三只手臂的手掌之中，然后手動(dòng)控制三個(gè)機(jī)器手掌全部閉合，就完成了機(jī)器人的手動(dòng)上線功能。手動(dòng)下線過(guò)程與上線過(guò)程類似，反方向進(jìn)行。
自主越障是在自動(dòng)巡檢機(jī)器人自動(dòng)控制模式下完成對(duì)防震錘和懸垂線夾的自主跨越功能的。操作人員通過(guò)遠(yuǎn)程主機(jī)，控制機(jī)器人的開(kāi)機(jī)、停止、前進(jìn)、后退等簡(jiǎn)單操作，機(jī)器人啟動(dòng)后，通過(guò)安裝在機(jī)器人手臂上超聲傳感器，控制器檢測(cè)到機(jī)器人前方的障礙物情況，通過(guò)CMOS攝像頭采集障礙物圖片，經(jīng)過(guò)圖像處理分析，辨別出障礙物類型，然后調(diào)用存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的越障知識(shí)庫(kù)，由組織協(xié)調(diào)層的PC104主機(jī)根據(jù)當(dāng)前的機(jī)器人狀態(tài)和外部環(huán)境情況，向執(zhí)行層的下位單片機(jī)發(fā)送執(zhí)行命令，下位單片機(jī)對(duì)底層電機(jī)進(jìn)行直接控制?？刂破鞲鶕?jù)知識(shí)庫(kù)完成越障動(dòng)作，直到實(shí)現(xiàn)障礙物跨越的整個(gè)動(dòng)作過(guò)程。
權(quán)利要求
1.一種高壓輸電線自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器，是按照分層遞階控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，由三個(gè)控制層次管理層、組織協(xié)調(diào)層和執(zhí)行層組成，其特征在于其中，管理層由遠(yuǎn)程主機(jī)構(gòu)成，遠(yuǎn)程主機(jī)含有無(wú)線網(wǎng)卡；組織協(xié)調(diào)層由組織協(xié)調(diào)層主機(jī)構(gòu)成，組織協(xié)調(diào)層主機(jī)含有無(wú)線網(wǎng)卡、切換開(kāi)關(guān)、圖像采集卡和串口；執(zhí)行層由單片下位機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、信號(hào)處理器和傳感器構(gòu)成；管理層的遠(yuǎn)程主機(jī)與組織協(xié)調(diào)層主機(jī)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡進(jìn)行通訊，無(wú)線網(wǎng)卡分別通過(guò)相應(yīng)轉(zhuǎn)接卡掛接在遠(yuǎn)程主機(jī)的PCI插槽和組織協(xié)調(diào)層主機(jī)的總線上；組織協(xié)調(diào)層主機(jī)以串口與執(zhí)行層的單片下位機(jī)電連接，執(zhí)行層的單片下位機(jī)設(shè)于自動(dòng)巡檢機(jī)器人上，其電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別與自動(dòng)巡檢機(jī)器人的各驅(qū)動(dòng)電機(jī)電連接，其傳感器經(jīng)由信號(hào)處理器和單片下位機(jī)電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器，其特征在于a.管理層的遠(yuǎn)程主機(jī)通過(guò)無(wú)線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議與組織協(xié)調(diào)層主機(jī)通訊，組織協(xié)調(diào)層主機(jī)通過(guò)串口采用全雙工異步方式與執(zhí)行層的單片下位機(jī)通訊；遠(yuǎn)程主機(jī)與組織協(xié)調(diào)層主機(jī)之間能夠傳輸控制命令，并實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)從組織協(xié)調(diào)層主機(jī)到遠(yuǎn)程主機(jī)的無(wú)線傳輸；組織協(xié)調(diào)層主機(jī)與執(zhí)行層的單片下位機(jī)之間能夠傳輸控制命令和傳感器信息；b.遠(yuǎn)程主機(jī)提供友好人機(jī)交互界面，提供操作人員開(kāi)機(jī)、停止的宏觀操作命令，能夠接收顯示組織協(xié)調(diào)層主機(jī)傳輸來(lái)的視頻圖像，并能夠?qū)D像做分析和存儲(chǔ)；組織協(xié)調(diào)層主機(jī)主要完成越障動(dòng)作規(guī)劃、圖像采集、圖像壓縮傳輸、圖像壓縮存儲(chǔ)、圖像處理分析、障礙物識(shí)別；執(zhí)行層的單片下位機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)底層機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制，并能夠讀取傳感器的信息。
3.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器，其特征在于所述執(zhí)行層，其信號(hào)處理器，由地址譯碼器、輸出鎖存器、數(shù)個(gè)輸入緩沖器組成；執(zhí)行層的單片下位機(jī)、地址譯碼器、輸出鎖存器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第一輸入緩沖器、第二輸入緩沖器和第三輸入緩沖器均安裝在同一塊電路印刷板上；單片下位機(jī)通過(guò)串口與組織協(xié)調(diào)層主機(jī)相連，單片下位機(jī)的A口與地址譯碼器的I口相連，輸出鎖存器、第一輸入緩沖器、第二輸入緩沖器和第三輸入緩沖器的D口與單片下位機(jī)的D口相連，輸出鎖存器、第一輸入緩沖器、第二輸入緩沖器和第三輸入緩沖器的A口與地址譯碼器的O口相連；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的I口與輸出鎖存器的O口相連，O口與機(jī)器人的一個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)相連；第一輸入緩沖器、第二輸入緩沖器和第三輸入緩沖器的I口與傳感器相連。
4.如權(quán)利要求3所述的自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器，其特征在于所述輸出鎖存器為復(fù)數(shù)個(gè)，與復(fù)數(shù)個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)相連接；第一、第二、第三輸入緩沖器均為復(fù)數(shù)個(gè)，與復(fù)數(shù)個(gè)傳感器相連接。
5.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器，其特征在于所述切換開(kāi)關(guān)為手動(dòng)/自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)，其由一三態(tài)雙擲開(kāi)關(guān)和一二選一選擇開(kāi)關(guān)組成，其中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的O口與選擇開(kāi)關(guān)的I1口相連，雙擲開(kāi)關(guān)的輸出與選擇開(kāi)關(guān)的I2相連，選擇開(kāi)關(guān)的O口與電機(jī)M相連；選擇開(kāi)關(guān)設(shè)有選擇按鍵。
6.如權(quán)利要求1、2或3所述的自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器，其特征在于所述傳感器為復(fù)數(shù)個(gè)，包括電機(jī)碼盤(pán)、超聲傳感器、紅外傳感器和攝像頭，超聲傳感器、紅外傳感器和攝像頭分別固設(shè)于自動(dòng)巡檢機(jī)器人的手臂上；電機(jī)碼盤(pán)、超聲傳感器、紅外傳感器與執(zhí)行層單片下位機(jī)電連接，CMOS攝像頭通過(guò)圖像采集卡與組織協(xié)調(diào)層主機(jī)電連接。
7.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器，其特征在于能夠?qū)崟r(shí)控制10個(gè)以上電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，完成自動(dòng)巡檢機(jī)器人越障所需的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)過(guò)程；能夠檢測(cè)處理20路以上多種傳感器信號(hào)，確定機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的當(dāng)前狀態(tài)和外部環(huán)境。
全文摘要
本發(fā)明高壓輸電線自動(dòng)巡檢機(jī)器人控制器，涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，是根據(jù)分層遞階控制技術(shù)組成多個(gè)控制單元的控制器。該控制器將控制任務(wù)合理劃分到各個(gè)控制單元，各控制單元間通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)或串口進(jìn)行通訊，通過(guò)傳感器和攝像頭采集的信息，自主判斷識(shí)別障礙物類型，并結(jié)合存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的越障動(dòng)作序列知識(shí)庫(kù)控制機(jī)器人各關(guān)節(jié)進(jìn)行動(dòng)作，完成自動(dòng)巡檢機(jī)器人的自主越障功能。且具有手動(dòng)控制功能，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。該控制器可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢機(jī)器人上下線、自主在輸電線路上行走、自主跨越防震錘、懸垂線夾等常見(jiàn)障礙，減輕了輸電線路巡檢的工作量，節(jié)省了人力物力，提高了線路巡檢的工作效益。
文檔編號(hào)B25J13/08GK1727129SQ200410071059
公開(kāi)日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2004年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月28日
發(fā)明者梁自澤, 譚民, 李恩, 熊曉明, 張運(yùn)楚, 王吉岱, 周鳳余, 葉文波, 練波 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所