[發(fā)明專利]管道檢測機器人的控制系統(tǒng)和方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210581820.5
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103019262A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李天劍;劉相權(quán);王會香;陳曉;高宏
• 申請（專利權(quán)）人: 北京信息科技大學(xué)
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12;G05B19/042
• 代理公司: 北京金恒聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 11324
• 代理人: 李強

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及管道檢測機器人的控制系統(tǒng)和方法，具體涉及上位機和下位機的通訊方式、爬行器和絞盤之間電纜保持恒張力的控制方法、爬行器保持直線行駛的控制方法。

背景技術(shù)

目前，大多數(shù)的管道檢測機器人屬于有纜機器人，靠電纜線來提供動力和能源，以及與上位機進行通信。管道檢測機器人在前進時，可以由機器人本體來拉動電纜跟隨機器人向前行走，但是在后退時，電纜收線就成了一個問題。如果機器人后退的速度大于絞盤回收電纜的速度，就會導(dǎo)致電纜線在管道中的纏繞，影響機器人在管道中的行走及其任務(wù)的執(zhí)行。相反如果機器人后退的速度小于絞盤回收電纜的速度，造成電纜張力過大，機器人滑行，嚴重時有可能拉斷電纜。為實現(xiàn)絞盤和機器人爬行器的同步收線，采用自動收放線的絞盤控制方法，保持絞盤與爬行器之間電纜張力恒定，是非常有必要的。

管道檢測機器人的運動主要依賴于管內(nèi)壁的環(huán)境條件，在管道的直徑較大時，機器人會側(cè)傾，甚至撞擊管道內(nèi)壁，易“擱淺”。當管道的內(nèi)表面不平整時，按一般的控制方法，機器人運動困難。因此有必要對管道檢測機器人增加智能自動糾偏算法，提高機器人對環(huán)境的自適應(yīng)能力和運動的自主性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種管道檢測機器人上位機和下位機的通訊方式、爬行器和絞盤之間電纜保持恒張力的控制方法、爬行器保持直線行駛的控制方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

管道檢測機器人的控制方法，其特點是：整個系統(tǒng)的控制采用一主三從的通訊模式，作為上位機的主控箱控制單元通過RS485串行通訊接口與作為下位機的絞盤控制單元、爬行器控制單元、攝像頭控制單元進行通信；主控箱控制單元協(xié)調(diào)三個下位模塊，絞盤控制單元、爬行器控制單元、攝像頭控制單元對所收到的命令進行解析，完成相應(yīng)的操作。為了保證通信過程中命令傳輸?shù)目煽啃裕O(shè)定從機的地址符，引入“三次會話機制”。

進一步地，上述的管道檢測機器人的控制方法，所述爬行器控制單元由ATmega128單片機作為主控制器。采用兩套電機和驅(qū)動器，由單片機的兩個串口分別控制，爬行器控制單元在接收到主控箱控制單元發(fā)出的控制命令時可以執(zhí)行前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、加速、減速等運動，有基本的越障功能，并采用數(shù)字羅盤作為爬行器位姿檢測傳感器，監(jiān)測爬行器行進時的俯仰角、傾斜角，便于及時調(diào)整位姿以防止發(fā)生側(cè)傾，保證爬行器在管道內(nèi)順利行走。

更進一步地，上述的管道檢測機器人的控制方法，采用有纜方式給爬行器和攝像頭供電和通訊，所述絞盤控制單元作為下位機實現(xiàn)自動收放電纜的功能要求，選用ATmega128單片機為微處理器，通過監(jiān)測絞盤電機驅(qū)動器電流數(shù)值，實時調(diào)整絞盤電機的速度，保證絞盤和爬行器之間電纜處于恒定張力狀態(tài)。實現(xiàn)爬行器和絞盤同步收線。機器人在管道中行走的距離則需要通過光電編碼器來檢測絞盤電纜輸出長度進而得知。

本發(fā)明技術(shù)方案突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步主要體現(xiàn)在：

控制系統(tǒng)采用一主三從的通訊模式，實現(xiàn)了管道檢測機器人的運動控制、攝像頭控制、信息采集和報警等功能；實現(xiàn)了機器人電纜在保持恒定張力狀態(tài)下自動收放線功能；實現(xiàn)了通過安裝在絞盤上的光電編碼器來檢測絞盤電纜輸出長度進而得知爬行器在管道中行走的距離；實現(xiàn)了對爬行器的行駛路線的自動糾偏功能。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種管道檢測機器人的控制系統(tǒng)，所述管道檢測機器人包括主控箱控制單元、絞盤控制單元、爬行器控制單元，攝像頭控制單元，

其特征在于包括：

作為上位機的主控箱控制單元，用于通過與作為下位機的絞盤控制單元、爬行器控制單元、攝像頭控制單元進行通信，從而收發(fā)相關(guān)的信息和/或指令；

所述絞盤控制單元，用于控制絞盤電機的速度，從而保持絞盤和爬行器之間的電纜的恒定張力；

所述爬行器控制單元，用于實時檢測爬行器運行時的位姿變化，并對位姿的偏離進行糾偏；

所述攝像頭控制單元，用于實時把檢測到的管道內(nèi)情況以視頻方式傳輸給外部視頻播放設(shè)備，并可以對攝像頭進行調(diào)焦控制。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種管道檢測機器人的控制方法，所述管道檢測機器人包括主控箱控制單元、絞盤控制單元、爬行器控制單元，攝像頭控制單元，其特征在于包括：

用作為上位機的主控箱控制單元與作為下位機的絞盤控制單元、爬行器控制單元、攝像頭控制單元進行通信，從而收發(fā)相關(guān)的信息和/或指令；

利用所述絞盤控制單元，控制絞盤電機的速度，從而保持絞盤和爬行器之間的電纜的恒定張力；