[發(fā)明專利]一種爬桿機器人控制系統(tǒng)及其控制方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110364067.3
• 申請日: 2021-04-03
• 公開（公告）號: CN113119163A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉增林;劉同鑫;宋峰峰;王亞飛;張良安;張成鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江數(shù)斯智能機器人科技有限公司
• 主分類號: B25J19/02
• 分類號: B25J19/02;B62D57/024;B25J15/00;B25J9/16
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本發(fā)明公開了一種爬桿機器人控制系統(tǒng)，屬于工業(yè)機器人技術(shù)領(lǐng)域，包括上位機，上位機內(nèi)置開發(fā)控制軟件，上位機分別與單片機、圖片傳感器、超聲波測距傳感器、壓力傳感器通過串口交互通訊模塊以通訊連接，基體運動控制模塊包括蠕動運動控制模塊和翻越運動控制模塊，基體包括平行依次設(shè)置均轉(zhuǎn)動的第二關(guān)節(jié)、第一關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)，第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動為蠕動運動模式，第二關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動為翻越運動模式，超聲波測距傳感器用于爬桿機器人前部與管道凸起的距離，根據(jù)超聲波測距傳感器傳回的數(shù)據(jù)決定下一步的運動模式；夾持機構(gòu)控制模塊夾持機構(gòu)的夾持開閉；兩個夾持機構(gòu)分別與第二關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)相連。該爬桿機器人具有翻越和蠕動運動模式，具有避障功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于管道維護的一種爬桿機器人控制系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

高空作業(yè)在人們的生活中出現(xiàn)的越來越普遍，高空作業(yè)具有較高的復(fù)雜性和危險性，工作人員往往需要架設(shè)吊繩或者工程車到達預(yù)定高度的位置，前期準備工作繁瑣，作業(yè)環(huán)境存在高危性和不確定性，且過程成本高昂，效率較低。考慮到高空作業(yè)的危險性，用于代替工作人員進行作業(yè)的爬桿機器人的應(yīng)用需求越來越迫切。輸油管道、輸氣管道、自來水管道等各種管道的維護作業(yè)越來越普遍，其中大多數(shù)管道中都含有高溫、高壓、有毒物質(zhì)，爬桿機器人逐漸成功代替人工進行檢修做業(yè)。目前爬桿機器人的研究相對比較成熟，已有的爬桿機器人可分為滾動式爬桿機器人、夾持式爬桿機器人、仿生式爬桿機器人、吸附式爬桿機器人。

現(xiàn)有的爬桿機器人當遇到管道有接口或一些其它障礙物時，無法自動或者遙控其越過障礙，實現(xiàn)爬壁的連續(xù)性從而不具有工業(yè)應(yīng)用的前景，不具備避障功能。控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、功能單一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種爬桿機器人控制系統(tǒng)及其控制方法，具有兩種運動運動模式，分別翻越運動模式和蠕動運動模式，在爬壁過程如果遇到障礙，能夠通過選擇不同的運動模式來來調(diào)節(jié)機器人攀爬的動作，實現(xiàn)避障功能，具有較好的通過性和實用性。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種爬桿機器人控制系統(tǒng)，包括上位機、串口交互通訊模塊、單片機、圖像傳感器、超聲波測距傳感器、壓力傳感器、基體運動控制模塊和夾持機構(gòu)控制模塊，上位機內(nèi)置開發(fā)控制軟件，上位機分別與單片機、圖片傳感器、超聲波測距傳感器、壓力傳感器通過串口交互通訊模塊以通訊連接，基體運動控制模塊包括蠕動運動控制模塊和翻越運動控制模塊，基體包括平行依次設(shè)置均轉(zhuǎn)動的第二關(guān)節(jié)、第一關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)，第一關(guān)節(jié)位于第二關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)之間，第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動為蠕動運動模式，第二關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動為翻越運動模式，超聲波測距傳感器用于爬桿機器人前部與管道凸起的距離，根據(jù)超聲波測距傳感器傳回的數(shù)據(jù)決定下一步的運動模式；蠕動運動控制模塊用于蠕動運動模式，翻越運動控制模塊用于控制翻越運動模式；夾持機構(gòu)控制模塊夾持機構(gòu)的夾持開閉；兩個夾持機構(gòu)分別與第二關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)相連。

進一步的，第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)為中間連接臂的兩端，第三關(guān)節(jié)為第一臂的一端，第一臂與中間連接臂轉(zhuǎn)動連接構(gòu)成第一關(guān)節(jié)，兩個夾持機構(gòu)分別為第一夾持機構(gòu)、第二夾持機構(gòu)，第一夾持機構(gòu)的一端分別與中間連接臂的另一端轉(zhuǎn)動連接構(gòu)成第三關(guān)節(jié)，第二夾持機構(gòu)的一端與第一臂的另一端轉(zhuǎn)動連接構(gòu)成第二關(guān)節(jié)，壓力傳感器設(shè)置在第一夾持機構(gòu)、第二夾持機構(gòu)的內(nèi)部；兩個第一夾持機構(gòu)和第二夾持機構(gòu)的外側(cè)均安裝超聲波測距傳感器。

進一步的，第一夾持機構(gòu)、第二夾持機構(gòu)的夾持面均設(shè)置永磁體。

進一步的，第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)之間的最大距離為L1，第二關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)之間的最大距離為L2，L1與L2之和為L3，當超聲波測距傳感器檢測到管道凸起為距離在預(yù)設(shè)距離范圍S1之內(nèi)，爬桿機器人下一步執(zhí)行如蠕動運動模式，否則執(zhí)行翻越運動模式；翻越運動模式下，爬桿機器人的步距約為L3。

進一步的，預(yù)設(shè)距離范圍S優(yōu)選為四分之三L3與四分之五L3之間。