[發明專利]一種輸電線巡檢機器人的全自動耦合控制系統

有效

• 申請號: 201810461975.2
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN108663958B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 張小棟;郭健;沈海鳴
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05B19/04
• 分類號: G05B19/04;G05D1/02;H02P5/00;H02P5/50
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.一種輸電線巡檢機器人的全自動耦合控制系統，其特征在于，包括重心調整控制模塊、軌跡跟蹤控制模塊、全自動控制模塊、遙控功能模塊、故障檢測模塊、電機控制模塊、外設控制模塊和滑行控制模塊；重心調整控制模塊、軌跡跟蹤控制模塊、全自動控制模塊、遙控功能模塊、故障檢測模塊、電機控制模塊、外設控制模塊和滑行控制模塊均與中央處理器CPU連接；由中央處理器CPU對各個模塊傳遞的數據進行運算和邏輯處理，并將控制指令發送給各個模塊；

重心調整控制模塊包括視覺和紅外檢測設備、工控機、時鐘樹、陀螺儀、IIC、CAN總線模塊和電機；陀螺儀通過IIC連接中央處理器CPU，若干電機通過CAN總線模塊連接中央處理器CPU；視覺和紅外檢測設備通過工控機連接中央處理器CPU；時鐘樹為外設配置時鐘，陀螺儀檢測機器人姿態，將姿態數據通過IIC傳遞給CPU，CPU通過CAN總線模塊發送的控制指令，根據指令進行運動；電機本身的數據通過CAN總線模塊反饋給CPU；重心調整控制模塊的控制邏輯步驟如下：

步驟1：配置時鐘樹，時鐘器每隔4ms產生中斷，定時器flag置1；

步驟2：flag置1時，中央處理器CPU讀取陀螺儀通過IIC發回巡檢機器人整體姿態的數據，并對視覺和紅外檢測設備的數據進行處理，作為輔助判斷數據；

步驟3：與步驟2同時進行，flag置1時，電機的編碼器將電機的位置和速度信息通過CAN總線模塊傳遞給中央處理器CPU；

步驟4：在步驟1和步驟2之后執行，flag置1時，中央處理器CPU對陀螺儀和電機編碼器返回的數據進行處理，根據爬滑兩運動模態高壓輸電線巡檢機器人機構模型，計算機器人的重心；

步驟5：中央處理器CPU根據步驟4重心的偏移情況，計算電機的控制參數，及控制量通過CAN總線模塊發送給電機3和電機4，實現姿態的調整，定時器flag置0；

步驟6：程序開始重復步驟1～步驟5；

軌跡跟蹤控制模塊包括時鐘樹、串口模塊、直接內存訪問模塊DMA、脈沖寬度調制模塊PWM、I/O口、CAN總線模塊、視覺和紅外檢測設備、工控機、電機、舵機和光電門；視覺和紅外檢測設備用于檢測高壓輸電線的狀況及檢測機器人的運行環境信息并將信息傳遞給工控機，工控機接收檢測模塊的數據，并對數據進行處理，將處理結果通過串口模塊發送數據，數據并通過DMA存儲在存儲器中，中央處理器CPU讀取存儲器中的數據，并對數據進行處理運算，通過CAN總線模塊控制電機運動，電機通過CAN總線模塊將自身狀態反饋給中央處理器CPU；中央處理器CPU通過脈沖寬度調制模塊PWM控制舵機，通過I/O口讀取光電門狀態；軌跡跟蹤控制模塊主要應用于爬行越障時的實際運動軌跡對優化后的理想運動軌跡的跟蹤控制，控制邏輯步驟如下：

步驟1：視覺和紅外檢測設備將視覺和紅外檢測模塊收集到的信息，發送給工控機；

步驟2：工控機根據檢測模塊收集到的信息進行處理分類，非突發情況則匹配對應數據庫，輸出對應的爬行越障的運動軌跡，若為突發情況則暫時掛起其他動力源的控制任務，等待工控機根據情況做出的決策，輸出突發情況的運動軌跡，遇見無法決策發送爬滑兩運動模態高壓輸電線巡檢機器人異常信號并掛機等待救助；

步驟3：工控機將爬行越障的運動軌跡，通過串口模塊和直接內存訪問模塊DMA將優化的理想運動軌跡信息存儲到固定存儲器中，并將越障運動啟動的cross_flag置1；

步驟4：cross_flag置1時，中央處理器CPU讀取內存中的理想運動軌跡信息，并通過電機耦合控制方法生成對應的控制參數和控制量；

步驟5：中央處理器CPU通過脈沖寬度調制模塊控制舵機旋轉，松開機器人的機械自鎖機構；

步驟:6：讀取電機的編碼器將電機的位置和速度信息通過CAN總線模塊傳遞給中央處理器CPU；

步驟7：中央處理器CPU根據編碼器信息和理想運動軌跡，通過電機耦合控制方法生成對應的控制參數和控制量；通過CAN總線模塊發送給電機；

步驟8：重復步驟5和步驟6，中央處理器CPU通過I/O口讀取光電門的狀態，當光電門的I/O口置高時，通過脈沖寬度調制模塊控制舵機旋轉，完成機器人抓握的機械自鎖；

步驟9：完成一個運動軌跡的跟蹤，掛起相應的任務，等待下一個軌跡跟蹤的任務。