[發(fā)明專利]基于現(xiàn)場總線的雙臂巡線機(jī)器人控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810246747.X
• 申請日: 2008-12-30
• 公開（公告）號: CN101770221A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李恩;梁自澤;譚民;楊國棟;范長春
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院自動化研究所
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414;G05D1/02
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 周國城

1.一種基于現(xiàn)場總線的雙臂巡線機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括機(jī)器人控制 主機(jī)、運(yùn)動控制單元、傳感器單元、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控單元、檢測設(shè)備控制單 元和地面基站，機(jī)器人控制主機(jī)包括PC104主機(jī)、圖像采集卡、無線網(wǎng)卡， 是機(jī)器人控制系統(tǒng)的核心部分；

機(jī)器人控制主機(jī)和各單元分別經(jīng)現(xiàn)場總線電連接，并通過現(xiàn)場總線相 互進(jìn)行實時通訊；機(jī)器人各單元都有獨立的微處理器，能夠?qū)Ρ締卧畔? 進(jìn)行預(yù)處理，并通過現(xiàn)場總線將預(yù)處理結(jié)果發(fā)送給機(jī)器人控制主機(jī)，控制 主機(jī)也通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)對各個單元的實時訪問與控制；

其特征在于：在運(yùn)動控制單元，傳感器單元、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控單元和檢 測設(shè)備控制單元中包括高級精簡指令機(jī)(ARM)控制板、現(xiàn)場可編程門陣 列(FPGA)控制板和復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)伺服驅(qū)動板；

ARM控制板包括ARM9芯片、FLASH存儲器、時鐘電路、現(xiàn)場總線 接口、PC104總線接口和RS232接口；其中，ARM9芯片分別與時鐘電路、 PC104總線、RS232總線、現(xiàn)場總線控制器電連接，并經(jīng)地址總線、數(shù)據(jù) 總線與FLASH存儲器電連接；現(xiàn)場總線控制器與現(xiàn)場總線電連接；

FPFA控制板包括現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA、FPGA配置電路、時鐘 電路、模式選擇電路、電源模塊和PC104接口；其中，現(xiàn)場可編程邏輯器 件FPGA分別與時鐘電路、PC104總線、模式選擇電路、電源模塊、FPGA 配置電路電連接；FPGA配置電路包括聯(lián)合測試行動組(JTAG)電路和可 編程只讀存儲器(PROM)，其中PROM和現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA串 行連接在JTAG電路上；現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA并經(jīng)電機(jī)速度接口和 電機(jī)方向接口與CPLD芯片(9)進(jìn)行電連接；

CPLD伺服驅(qū)動板包括CPLD芯片、時鐘電路、H橋控制電路、光耦 隔離電路及過流保護(hù)電路；其中，CPLD芯片分別與時鐘電路、現(xiàn)場可編 程邏輯器件FPGA、JTAG電路、H橋控制電路、光耦隔離電路電連接；H 橋控制電路與直流電機(jī)電連接；光耦隔離電路與比較器輸出端電連接，比 較器兩輸入端，一接設(shè)定值信號，另一接驅(qū)動器電流；

傳感器單元包括ARM控制板和多種傳感器，ARM控制板完成對各傳 感器信號的采集與預(yù)處理，并通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)與運(yùn)動控制單元的實時通 信；傳感器主要有超聲傳感器陣列、紅外傳感器陣列、霍爾傳感器、觸點 開關(guān)；

系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控單元和檢測設(shè)備控制單元都有ARM控制板及檢測設(shè) 備，ARM控制板用來采集系統(tǒng)及檢測設(shè)備的狀態(tài)并通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)與 控制主機(jī)的實時通信；檢測設(shè)備包括機(jī)器人電源檢測單元、系統(tǒng)運(yùn)行檢測 單元和設(shè)備檢測單元；

傳感器單元采集輸電線路信息并經(jīng)過本單元微處理器進(jìn)行預(yù)處理后， 通過現(xiàn)場總線傳送到機(jī)器人控制主機(jī)，控制主機(jī)綜合傳感器信息、系統(tǒng)狀 態(tài)和檢測設(shè)備信息，做出動作規(guī)劃，向機(jī)器人的運(yùn)動控制單元發(fā)送控制命 令，控制各關(guān)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)機(jī)器人在輸電線路上越障和行走，達(dá)到 對高壓輸電線路巡檢的目的；

機(jī)器人控制主機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)與地面基站進(jìn)行實時通訊，地面基站操 控人員依據(jù)信息做遠(yuǎn)程處理，給出指令，通過控制主機(jī)調(diào)動各單元，實現(xiàn) 機(jī)器人在輸電線路上越障和行走，完成高壓輸電線路巡檢任務(wù)。

2.如權(quán)利要求1所述的基于現(xiàn)場總線的雙臂巡線機(jī)器人控制系統(tǒng)， 其特征在于：所述控制系統(tǒng)采用分布式的硬件結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)中的運(yùn)動控 制單元、傳感器單元、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控單元和檢測設(shè)備控制單元既相互獨立 又通過現(xiàn)場總線聯(lián)系在一起，各單元信息通過現(xiàn)場總線發(fā)送到機(jī)器人控制 主機(jī)，控制主機(jī)通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)對各單元的實時訪問與控制。

3.如權(quán)利要求1所述的基于現(xiàn)場總線的雙臂巡線機(jī)器人控制系統(tǒng)， 其特征在于：所述機(jī)器人控制主機(jī)，作為機(jī)器人控制器的核心部分，主要 完成行為層次上的越障規(guī)劃、圖像采集與傳輸、障礙信息融合與識別和各 單元之間的組織管理。

4.如權(quán)利要求1所述的基于現(xiàn)場總線的雙臂巡線機(jī)器人控制系統(tǒng)， 其特征在于：所述運(yùn)動控制單元中，ARM控制板完成越障動作規(guī)劃和各 關(guān)節(jié)電機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)動，F(xiàn)PGA控制板和CPLD伺服驅(qū)動板完成電機(jī)的伺服 控制和過流、過載保護(hù)。