一種多關節管道檢修機器人控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及機器人控制領域，特別是涉及一種多關節管道檢修機器人控制系統。
【背景技術】
[0002]隨著國際工業生產技術的不斷發展與進步，機器人已越來越多的被應用于工業生產過程中，其中一類機器人就是管外機器人。管外機器人是用于檢查管道是否有故障或是否存在安全隱患。現有工業用管道的特點是管徑多變，轉向復雜，具有三通、四通等管接頭設計，法蘭、閥門或檢測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。運行在此類管道外的檢測或維修的機器人首先要具備隨管道前進或轉向的功能，也要具備翻越各類管道外障礙物的功能，同時，為了提高管道檢測與維修的效率，管外機器人還應該具有一定速度的運動能力。
[0003]中國發明專利申請公布號為CN104972460 A，公開了一種多關節全向式管外機器人，該機器人包括用于承載檢測設備的承載梁、多關節前夾持機構、多關節后夾持機構、前翻轉關節、后翻轉關節、夾持開合機構、軸向驅動機構和周向驅動機構。該機器人在理論上可實現全向輪式運動和翻轉越障運動，全向輪式運動包括軸向移動、周向移動和360螺旋運動。
[0004]上述機器人是在光滑的管道上運行工作，并且管道的外徑、分布以及光滑程度差異大，上述機器人在管道外運動時易出現驅動輪打滑、夾持機構夾持不穩、翻轉越障不到位等現象，不僅影響機器人工作效率和檢測精度，且易出現機器人摔毀現象。
【發明內容】
[0005]為解決上述技術問題，本發明提供一種多關節管道檢修機器人控制系統，用于提高多關節全向式管外機器人的運動穩定性。
[0006]本發明是這樣實現的:
[0007]—種多關節管道檢修機器人控制系統，所述機器人包括設備承載梁、前夾持機構、后夾持機構和夾持開合機構，BU夾持機構通過肖U翻轉關節I父接于設備承載梁的一端，后夾持機構通過后翻轉關節鉸接于設備承載梁的另一端，所述前夾持機構或后夾持機構上設置有軸向驅動機構，設備承載梁上設置有周向驅動機構，所述夾持開合機構通過蝸輪傳動結構和鋼絲繩驅動如夾持機構和后夾持機構的各關節；
[0008]所述控制系統包括夾持力控制單元、整機運動狀態控制單元、驅動舵機控制單元、無線傳輸單元、電量控制單元和組網單元；
[0009]所述夾持力控制單元包括安裝于夾持開合機構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前夾持機構和后夾持機構的驅動鋼絲繩的張緊程度，并與預設的最大夾持力以及預先標定的標準力值比較，判斷機器人夾持機構的夾持力是否足夠，以及對夾持開合機構輸出進行調整，使前夾持機構和后夾持機構的夾持力在設定范圍內；
[0010]所述整機運動狀態控制單元包括9軸姿態傳感器，整機運動狀態控制單元用于輸出驅動控制信號，使機器人完成翻轉、軸向運行、周向運行、螺旋運行，以及通過所述9軸姿態傳感器采集機器人的運動狀態信息，并與機器人當前運動狀態對應的標準狀態信息比較，判斷機器人當前運動是否正常，當機器人運動異常時，控制機器人進行運動自適應調整；
[0011]所述電量控制單元包括電量檢測模塊、定位模塊和安全返回模塊，電量檢測模塊用于檢測機器人內置鋰電池的剩余電量;所述定位模塊用于確定機器人的當前位置；
[0012]安全返回模塊根據機器人當前位置計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器人返回。
[0013]進一步的，整機運動狀態控制單元通過所述9軸姿態傳感器采集到的運動狀態信息包括:軸向運動速度、周向運動速度、螺旋運動速度與方向、翻轉方位和翻轉速度。
[0014]進一步的，整機運動狀態控制單元控制機器人進行軸向運動時的運動自適應調整包括:
[0015]整機運動狀態控制單元獲取機器人的當前運動速度，并根據9軸姿態傳感器采集的信息判斷機器人的當前空間姿態；
[0016]通過夾持力控制單元獲取前夾持機構與后夾持機構的當前夾持力度；
[0017]對比機器人的當前運動速度與預設的機器人軸向標準運動速度，以及對比當前夾持力度與預設的軸向運動的標準夾持力度；
[0018]若當前運動速度低于軸向標準運動速度，且當前夾持力度與標準夾持力度在預設的誤差范圍內，則增大前夾持機構與后夾持機構的夾持力度；
[0019]若當前運動速度高于軸向標準運動速度，且當前夾持力度與標準夾持力度在預設的誤差范圍內，則減小前夾持機構與后夾持機構的夾持力度。
[0020]進一步的，整機運動狀態控制單元控制機器人進行翻轉時的運動自適應調整包括:
[0021 ]增大前夾持機構或后夾持機構的夾持力度；
[0022]整機運動狀態控制單元采集機器人的當前翻轉速度和軸向運動速度；
[0023]比較當前翻轉速度與預設的標準翻轉速度；
[0024]若當前翻轉速度大于標準翻轉速度或軸向運動速度不為零，則再次增大前夾持機構或后夾持機構的夾持力度。
[0025]進一步的，所述組網單元包括TCP/IP硬件通訊協議棧，用于兩臺以上機器人之間，以及機器人與上位機之間通訊，實現作業區域分配與協調；
[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器人與上位機之間信號傳輸，RS485串行通訊總線用于機器人主控單元與各驅動舵機之間信號傳輸。
[0027]進一步的，所述設備承載梁為長度可變式伸縮梁，所述整機運動狀態控制單元還包括雷達測距機構；
[0028]整機運動狀態控制單元在控制機器人翻轉時，先通過所述雷達測距機構檢測障礙物距離與方位或待翻躍的兩個管道的距離與方位；
[0029]整機運動狀態控制單元根據所述障礙物距離或兩個管道的距離調整長度可變式伸縮梁的長度，以及根據障礙物方位或兩個管道的方位確定機器人的翻轉角度。
[0030]本發明的有益效果為:本發明多關節管道檢修機器人控制系統包括夾持力控制單元、整機運動狀態控制單元、驅動舵機控制單元、無線傳輸單元、電量控制單元和組網單元，可實現機器人之間組網協調，實現作業區域合理分配與協調，避免重復作業以提高作業效率，所述夾持力控制單元和整機運動狀態控制單元可實時檢測機器人夾持力度，以及機器人在做各樣運動時的運動狀態信息，并結合機器人各運動狀態判斷機器人運動是否異常，并在運動異常及時進行調整，從而大大提高了機器人運動的穩定性;進一步的，電量控制單元可實時監測剩余電量，確保機器人能安全返回，避免了因電量不夠而造成的摔機事故。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為多關節全向式管外機器人在管道上某時刻的運行狀態圖；
[0032]圖2為本發明機器人在管道上翻轉時的狀態圖；
[0033]圖3為機器人夾持開合機構結構示意圖；
[0034]圖4為機器人夾持機構結構示意圖；
[0035]圖5為機器人硬件控制系統層級架構圖；
[0036]圖6為機器人控制系統硬件框圖；
[0037]圖7為機器人各類運動的控制策略圖；
[0038]圖8為機器人控制系統的控制單元框圖。
[0039]標號說明:
[0040]1、設備承載梁;2、前翻轉關節;3、后翻轉關節；
[0041 ]4、軸向驅動機構;5、周向驅動機構;6、前夾持機構；
[0042 ]7、后夾持機構;8、夾持開合機構，1、小管徑管道；
[0043]11、大管徑管道;14、夾持開合舵機;18、主機架；
[0044]19、左向活動機架;20、右向活動機架;27、夾持開合舵機舵盤；
[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、夾持機構末節機架。
【具體實施方式】
[0048]為詳細說明本發明的技術內容、構造特征、所實現目的及效果，以下結合實施方式并配合附圖詳予說明。
[0049]本發明實施方式公開了一種多關節管道檢修機器人控制系統。請參閱圖1以及圖2，該多關節全向式管外機器人主要用于汽車生產線管道檢修，包括設備承載梁、前夾持機構、后夾持機構和夾持開合機構，所述設備承