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1、柔索自主越障机器人控制系统的制作方法专利名称：柔索自主越障机器人控制系统的制作方法技术领域：本发明涉及一种柔索自主检测设备的控制系统。背景技术：柔性线路在日常生活中经常可见，例如桥索、索道和电力线路等。这些柔 性线路长期暴露在野外经受风吹、日晒、雨淋，因受到持续的机械张力、材料 老化的影响而产生磨损、腐蚀等损伤，如果得不到及时的发现并进行修复更换， 原本微小的破损和缺陷就可能扩大，最终导致严重事故，造成巨大的经济损失。 因此，需要对其进行定期的巡査和维护。目前，柔索的巡查和维护越来越多地 通过巡线机器人完成，然而设计一种能够控制巡线机器人的系统便成了当务之 急。发明内容本发明的任务在于提供一种
2、柔索自主越障机器人控制系统，其主要用于控制 机器人在柔索上实现自主行走和自主越障的功能。其技术解决方案是柔索自主越障机器人控制系统，包括 主控单元，用于负责机器人任务的分解和行为的协调；执行单元，用于接收主控单元发送的动作命令并控制关节电机和/或驱动电 机完成相应的动作；远程监控单元，用于接收和存储主控单元传送的巡检图像，向主控单元发出 控制命令。上述主控单元包括两种控制方式远程控制方式和自主运行方式；远程控制 方式时，主控单元接收远程监控单元发送的控制命令，解释为电机动作序列发 送给执行单元；自主运行方式时，主控单元根据传感器反馈的信息，判断障碍物类型和自身位置姿态，进行机器人动作规划，生成
3、电机动作序列发送给执行 单元。上述远程监控单元包括监控主机和无线通讯模块。本发明的有益效果是可控制巡线机器人在各种柔性绳索上实现自主行走 和自主跨越障碍的功能。例如，可以控制巡线机器人跨越高压电线上的防震锤 和索道上的杆塔等。图1为本发明所述执行单元单片机系统的电路原理图； 图2为本发明电机控制驱动模块的电路原理图。具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细说明，本发明柔索自主越障机器人控 制系统包括基于递阶式三级控制结构的主控单元、执行单元和远程监控单元。 主控单元以基于PC104-PLUS总线标准的工控计算机系统为核心，包括研华PC104 主板以及与之相连的图像采集卡、调试检修控制面板
4、、数据采集卡、超声波测 距传感器、CCD高清晰工业摄像机、无线网卡和电源模块。主控单元主要负责任 务的分解和行为的协调，包括远程控制方式和自主运行方式。在远程控制方式 时，它接收远程监控单元发送的控制命令，并解释为电机动作序列发送给执行 单元；在自主运行方式下，它根据所连接传感器反馈的信息，判断障碍物类型 和自身位姿，进行机器人动作规划，生成电机动作序列发送给执行单元。另外， 它还采集机器人的巡检图像，并通过无线网卡将图像实时地传输给远程监控单 元。执行单元具有较低的智能，但要求有较高的精度，主要负责电机的运动控 制和传感器信息的处理。远程监控单元包括监控主机和无线通讯模块。监控主 机用来显示
5、和存储巡检机器人采集的图像，它利用无线网卡组成的网络进行远程图像传输。无线通讯模块用于特殊情况下对机器人的控制。地面人员通过无 线通讯模块遥控协助机器人完成越障动作和机器人位姿调整。执行单元根据主控单元发出的指令和传感器信息，控制各个电机的运动和 协调，由单片机系统及其输入输出接口、视觉传感器、测距传感器电机控制驱动模块组成。本执行单元选用了STC89C52RC单片机，封装形式为DIP-40,外部 晶振12MHz。对单片机I/O进行如下分配Pl、 P3全部用于信号输入口； P0、 P2用于信号输出控制电机；管脚29、 30悬空，31接高电平，9接上电复位电路。 输入输出信号都是开关量信号，因而
6、，设计了统一的光电隔离电路。电源采用 5V，由于系统使用+12V电池供电，因而使用LM7805稳压模块提供稳定的5V电 源。为了防止外部干扰信号传入单片机，单片机与传感器和电机驱动模块并不 直接相连，而是通过光电耦合器，进行电气隔离。选用的光电耦合器的型号为 TLP521-4，封装形式选用DIP-16。利用单片机的TXD和RXD引脚，采用RS-232串行接口标准进行串口通讯。为了实现与单片机的连接，采用常用的集成芯片 MAX232,完成TTL与RS-232双向电平转换。电机控制驱动模块主要由MC33035 和MPM3003组成。MC33035内部的转子位置译码器主要用于监控三个传感器输入， 以
7、便系统能够正确提供高端和低端驱动输入的正确时序。传感器输入可直接与 集电极开路型霍尔效应开关或者光电耦合器相连接。此外，该电路还内含上拉 电阻，其输入与门限典型值为2.2V的TTL电平兼容。用MC33035系列产品控制 的三相电机可在最常见的四种传感器相位下工作。MC33035所提供的60度/120 度选择可使MC33035很方便地控制具有60度、120度、240度或300度的传感 器相位电机。其三个传感器输入有八种可能的输入编码组合，其中六种是有效 的转子位置，另外两种编码组合无效。通过六个有效输入编码可使译码器在使 用60度电气相位的窗口内分辨出电机转子的位置。电机的正/反向控制由MC33
8、035的正向/反向输出通过翻转定子绕组上的电 压来实现。当输入状态改变时，指定的传感器输入编码将从高电平变为低电平， 从而改变整流时序，以使电机改变旋转方向。电机通/断控制可由输出使能来实现。当该管脚开路时，连接到正电源的内 置上拉电阻将会启动顶部和底部驱动输出时序。而当该脚接地时，顶端驱动输 出将关闭，并将底部驱动强制为低，从而使电动机停转。如图2所示，电机驱动部分采用六个功率MOSFET管组成三相桥式电路。采 用这些分立元件增加的电路板的复杂性，且可靠性不高。所以使用集成桥式电 路代替。MPM3003是一种三相逆变桥功能模块，其内部集成了 6个MOSFET管， 包括三个P沟道和三个N沟道功
9、率M0SFET。它采用直列12脚塑料封装，可理想 地应用在磁盘驱动、伺服电机驱动器中。MPM3003管脚7、 10、 3为上侧三个P 沟道功率MOSFET的栅极，管脚2、 5、 8则为下侧三个N沟道功率MOSFET的栅 极。上侧功率MOSFET由低电平驱动，下侧功率MOSFET由高电平驱动。每次各 有一个上侧功率MOSFET和一个下侧功率MOSFET导通。正常工作时，上下两个 导通的功率MOSFET应不在同一桥臂上。其连接方式为MPM3003的管脚7、 10、 3依次与MC33035的管脚1、 2、 24相连，MPM3003的管脚2、 5、 8依次与MC33035 的管脚19、 20、 21相
10、连。MPM3003的管脚11为上侧三个功率M0SFET的源极， 接电源18 30V。管脚1为下侧三个功率M0SFET的源极，与电流检测电路相连。 管脚4、 6、 9为各管的漏极，依次与电动机绕组A、 B、 C相连。在应用时，MPM3003 应按实际情况加合适的散热片。当然，本发明的保护范围并不局限于上述实施例，只要是本领域的普通技 术人员，根据本发明所作出的未经创造性地改进，就应在本发明的保护范围之 内。权利要求1. 柔索自主越障机器人控制系统，其特征在于包括主控单元，用于负责机器人任务的分解和行为的协调；执行单元，用于接收主控单元发送的动作命令并控制关节电机和/或驱动电机完成相应的动作；远程
11、监控单元，用于接收和存储主控单元传送的巡检图像，向主控单元发出控制命令。2、 根据权利要求l所述的柔索自主越障机器人控制系统，其特征在于所述主控 单元包括两种控制方式远程控制方式或自主运行方式；远程控制方式时，主 控单元接收远程监控单元发送的控制命令，解释为电机动作序列发送给执行单 元；自主运行方式时，主控单元根据传感器反馈的信息，判断障碍物类型和自 身位置姿态，进行机器人动作规划，生成电机动作序列发送给执行单元。3、 根据权利要求1或2所述的柔索自主越障机器人控制系统，其特征在于所述 远程监控单元包括监控主机和无线通讯模块。全文摘要本发明公开一种柔索自主越障机器人控制系统，包括主控单元，用于负责机器人任务的分解和行为的协调；执行单元，用于接收主控单元发送的动作命令并控制关节电机和/或驱动电机完成相应的动作；远程监控单元，用于接收和存储主控单元传送的巡检图像，向主控单元发出控制命令。本控制系统主要用于控制机器人在柔索上实现自主行走和自主越障的功能。
