[發明專利]智能墻面抹灰機器人的專用控制器

有效

• 申請號: 201510266681.0
• 申請日: 2015-05-22
• 公開（公告）號: CN104821754B
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 李恩;梁自澤;龍騰;方灶軍;譚民;湯盈忠;范俊峰;趙偉青
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所;杭州瑞凱機電有限公司
• 主分類號: H02P5/68
• 分類號: H02P5/68;H02P8/00;H02K11/20;G05D1/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及一種建筑機器人專用控制器領域，具體涉及一種智能墻面抹灰機器人的專用控制器，其特征是能通過激光測距傳感器和磁編碼器獲取測量數據，采用控制算法控制智能墻面抹灰機器人各個電機協調運動，使得智能墻面抹灰機器人粉刷墻面精確平整。

背景技術

在如今蓬勃發展的建筑行業中，墻面抹灰這道工序大部分由手工完成，這道工序占據了整個建筑工程總工期的30％-40％，耗費資金多且質量難以達到高標準的要求。墻面抹灰機器人將有助于節省將近85％的勞動力成本，提高10-15倍的生產力，能在較短的時間內完成作業任務，減少寶貴的時間和項目成本。目前，國內外對抹灰機進行了大量的研究，已經制造出純機械的抹灰機并在市場上銷售，但是由于功能不完善，且達不到滿意的抹灰效果。

機械墻面抹灰機是利用兩根平行的撐桿，將墻面抹灰機軌道固定于天花板與地面之間，抹灰機順著撐桿由下往上進行抹灰，到達頂部之后抹灰板翻轉，再由上往下進行抹平抹光。所以，兩平行撐桿固定的空間位置，決定了墻面抹灰的上下厚度是否均勻。但是由于地面不平整或者撐桿連接處不緊密，就有可能導致撐桿不是完全豎直，即兩撐桿構成的平面不能完全平行于待粉刷的墻面。若在抹灰機作業過程中不能及時的進行測量調整，就有可能導致粉刷后的墻面厚度不均勻，造成返工。所以，依靠單純的機械設計，是無法準確的完成抹灰這道工序的。

發明內容

為了完善墻面抹灰機的功能，使得墻面抹灰機能夠快速準確的完成抹灰作業，本發明為純機械的墻面抹灰機提供了一種專用控制器，使得抹灰機自動的測量處理數據，并根據處理結果，自動的對抹灰機的相應電機進行調整，補償產生的誤差。本發明采用ARM處理器作為核心控制器，所有的數據采集、數據處理以及電機控制全部由它完成。以ARM處理器為中心，外圍模塊配合，加之控制算法，使得前面抹灰機更加智能，作業更加精確。

為了解決上述問題，本發明設計了一種智能墻面抹灰機器人專用控制器，該控制器包括ARM處理器以及外圍模塊，其控制流程中包含自動工作模式和手動工作模式，所述外圍模塊包括電源模塊，激光測距傳感數據接收模塊、直流推進電機調速模塊、直流提升電機控制模塊、直流撐緊電機控制模塊、步進電機角度控制模塊、電機電流反饋模塊、磁編碼器接口模塊、人機交互模塊以及手自動切換電路；所述手自動切換電路分別與對應的電源模塊、ARM處理器、外圍模塊連接，用于為ARM處理器、外圍模塊及直流推進電機、直流提升電機、直流撐緊電機、步進電機供電回路進行切換；所述ARM處理器分別與對應的激光測距傳感數據接收模塊、直流推進電機調速模塊、直流提升電機控制模塊、直流撐緊電機控制模塊、步進電機角度控制模塊、電機電流反饋模塊、磁編碼器接口模塊、人機交互模塊連接，其中：

所述激光測距傳感數據接收模塊，用于接收并向ARM處理器發送激光測距傳感器測量智能墻面抹灰機器人與待粉刷墻面之間的距離數據；

所述磁編碼器接口模塊，用于發送直流推進電機、直流提升電機對應磁編碼器的直流推進速度脈沖數據、直流提升速度脈沖數據；

所述ARM處理器，對智能墻面抹灰機器人與待粉刷墻面之間的距離數據進行數據濾波，對智能墻面抹灰機器人的運動軌跡進行插值計算，獲得插值計算結果，得到提升速度和推進速度的對應關系；所述ARM處理器，對磁編碼器的直流推進速度脈沖數據、直流提升速度脈沖數據、步進脈沖數據進行計數處理計算得到速度值，并將速度值與插值計算結果所對應的速度進行比較，再根據PID控制算法，得到推進速度控制信號、提升速度控制信號、旋轉角度或位置控制信號；所述ARM處理器，接收測量撐緊電機電流量信號，若測量撐緊電機電流量信號大于所設定的閾值，則發出撐緊電機停止控制信號；若測量撐緊電機電流量信號小于所設定的閾值，則發出撐緊電機轉動控制信號；

所述直流推進電機調速模塊，將ARM處理器產生的推進速度控制信號轉換為直流推進電機的電壓量信號，用于調整驅動直流推進電機控制智能墻面抹灰機器人抹灰板的前后推進速度，保證智能墻面抹灰機器人作業上下厚度的均勻性；

所述直流提升電機控制模塊，將ARM處理器產生的提升速度控制信號轉化輸出提升速度電壓量信號，用于驅動直流提升電機做提升運動；

所述步進電機角度控制模塊，將ARM處理器產生的旋轉角度控制信號轉化為旋轉角度電壓量信號，進一步控制步進電機的旋轉角度，使步進電機達到控制智能墻面抹灰機器人的抹灰板的旋轉角度；