專利名稱：柔索自主越障機器人控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種柔索自主檢測設備的控制系統。
背景技術：
柔性線路在日常生活中經常可見，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受風吹、日曬、雨淋，因受到持續的機械張力、材料 老化的影響而產生磨損、腐蝕等損傷，如果得不到及時的發現并進行修復更換， 原本微小的破損和缺陷就可能擴大，最終導致嚴重事故，造成巨大的經濟損失。 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，然而設計一種能夠控制巡線機器人的系統便成了當務之 急。
發明內容
本發明的任務在于提供一種柔索自主越障機器人控制系統，其主要用于控制 機器人在柔索上實現自主行走和自主越障的功能。
其技術解決方案是柔索自主越障機器人控制系統，包括 主控單元，用于負責機器人任務的分解和行為的協調；
執行單元，用于接收主控單元發送的動作命令并控制關節電機和/或驅動電 機完成相應的動作；
遠程監控單元，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控單元發送的控制命令，解釋為電機動作序列發 送給執行單元；自主運行方式時，主控單元根據傳感器反饋的信息，判斷障礙物類型和自身位置姿態，進行機器人動作規劃，生成電機動作序列發送給執行 單元。
上述遠程監控單元包括監控主機和無線通訊模塊。
本發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為本發明所述執行單元單片機系統的電路原理圖； 圖2為本發明電機控制驅動模塊的電路原理圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明，本發明柔索自主越障機器人控 制系統包括基于遞階式三級控制結構的主控單元、執行單元和遠程監控單元。 主控單元以基于PC104-PLUS總線標準的工控計算機系統為核心，包括研華PC104 主板以及與之相連的圖像采集卡、調試檢修控制面板、數據采集卡、超聲波測 距傳感器、CCD高清晰工業攝像機、無線網卡和電源模塊。主控單元主要負責任 務的分解和行為的協調，包括遠程控制方式和自主運行方式。在遠程控制方式 時，它接收遠程監控單元發送的控制命令，并解釋為電機動作序列發送給執行 單元；在自主運行方式下，它根據所連接傳感器反饋的信息，判斷障礙物類型 和自身位姿，進行機器人動作規劃，生成電機動作序列發送給執行單元。另外， 它還采集機器人的巡檢圖像，并通過無線網卡將圖像實時地傳輸給遠程監控單 元。執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。遠程監控單元包括監控主機和無線通訊模塊。監控主 機用來顯示和存儲巡檢機器人采集的圖像，它利用無線網卡組成的網絡進行遠程圖像傳輸。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 線通訊模塊遙控協助機器人完成越障動作和機器人位姿調整。
執行單元根據主控單元發出的指令和傳感器信息，控制各個電機的運動和 協調，由單片機系統及其輸入輸出接口、視覺傳感器、測距傳感器電機控制驅
動模塊組成。本執行單元選用了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接上電復位電路。 輸入輸出信號都是開關量信號，因而，設計了統一的光電隔離電路。電源采用 5V，由于系統使用+12V電池供電，因而使用LM7805穩壓模塊提供穩定的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雙向電平轉換。電機控制驅動模塊主要由MC33035 和MPM3003組成。MC33035內部的轉子位置譯碼器主要用于監控三個傳感器輸入， 以便系統能夠正確提供高端和低端驅動輸入的正確時序。傳感器輸入可直接與 集電極開路型霍爾效應開關或者光電耦合器相連接。此外，該電路還內含上拉 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分辨出電機轉子的位置。電機的正/反向控制由MC33035的正向/反向輸出通過翻轉定子繞組上的電 壓來實現。當輸入狀態改變時，指定的傳感器輸入編碼將從高電平變為低電平， 從而改變整流時序，以使電機改變旋轉方向。
電機通/斷控制可由輸出使能來實現。當該管腳開路時，連接到正電源的內 置上拉電阻將會啟動頂部和底部驅動輸出時序。而當該腳接地時，頂端驅動輸 出將關閉，并將底部驅動強制為低，從而使電動機停轉。
如圖2所示，電機驅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 地應用在磁盤驅動、伺服電機驅動器中。MPM3003管腳7、 10、 3為上側三個P 溝道功率MOSFET的柵極，管腳2、 5、 8則為下側三個N溝道功率MOSFET的柵 極。上側功率MOSFET由低電平驅動，下側功率MOSFET由高電平驅動。每次各 有一個上側功率MOSFET和一個下側功率MOSFET導通。正常工作時，上下兩個 導通的功率MOSFET應不在同一橋臂上。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為上側三個功率M0SFET的源極， 接電源18 30V。管腳1為下側三個功率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。在應用時，MPM3003 應按實際情況加合適的散熱片。
當然，本發明的保護范圍并不局限于上述實施例，只要是本領域的普通技 術人員，根據本發明所作出的未經創造性地改進，就應在本發明的保護范圍之 內。
權利要求
1. 柔索自主越障機器人控制系統，其特征在于包括主控單元，用于負責機器人任務的分解和行為的協調；執行單元，用于接收主控單元發送的動作命令并控制關節電機和/或驅動電機完成相應的動作；遠程監控單元，用于接收和存儲主控單元傳送的巡檢圖像，向主控單元發出控制命令。
2、 根據權利要求l所述的柔索自主越障機器人控制系統，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 控單元接收遠程監控單元發送的控制命令，解釋為電機動作序列發送給執行單 元；自主運行方式時，主控單元根據傳感器反饋的信息，判斷障礙物類型和自 身位置姿態，進行機器人動作規劃，生成電機動作序列發送給執行單元。
3、 根據權利要求1或2所述的柔索自主越障機器人控制系統，其特征在于所述 遠程監控單元包括監控主機和無線通訊模塊。
全文摘要
本發明公開一種柔索自主越障機器人控制系統，包括主控單元，用于負責機器人任務的分解和行為的協調；執行單元，用于接收主控單元發送的動作命令并控制關節電機和/或驅動電機完成相應的動作；遠程監控單元，用于接收和存儲主控單元傳送的巡檢圖像，向主控單元發出控制命令。本控制系統主要用于控制機器人在柔索上實現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 優先權日2008年5月16日
發明者丁鴻昌, 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