[發(fā)明專利]井巷非結(jié)構(gòu)化空間冗余監(jiān)測機(jī)器人姿態(tài)控制系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110628826.2
• 申請日: 2021-06-02
• 公開（公告）號: CN113319836A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭辰光;路鎧;張廣利;宋祥祥;岳海濤
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: B25J9/06
• 分類號: B25J9/06;B25J9/10;B25J9/16
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 李梁

1.一種井巷非結(jié)構(gòu)化空間冗余監(jiān)測機(jī)器人姿態(tài)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

核心控制器、上位機(jī)、傳感器模塊、電位器、蛇形臂姿態(tài)控制模塊、繩索驅(qū)動(dòng)模塊、蛇形臂運(yùn)動(dòng)模塊；

所述核心控制器分別與所述上位機(jī)、傳感器模塊、蛇形臂姿態(tài)控制模塊以及繩索驅(qū)動(dòng)模塊相連接，所述電位器與所述蛇形臂姿態(tài)控制模塊相連接，所述蛇形臂運(yùn)動(dòng)模塊與所述繩索驅(qū)動(dòng)模塊相連接；

所述核心控制器用于接收所述傳感器模塊傳遞過來的環(huán)境信息，接收所述蛇形臂姿態(tài)控制模塊傳遞過來的所述各關(guān)節(jié)角度對應(yīng)的電壓值，針對所述電壓值通過計(jì)算，得到關(guān)節(jié)偏轉(zhuǎn)角度，并且進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)信號，將所述驅(qū)動(dòng)信號傳遞給所述繩索驅(qū)動(dòng)模塊；

所述上位機(jī)通過以太網(wǎng)通訊與所述核心控制器相連接，通過組態(tài)軟件控制并顯示冗余監(jiān)測機(jī)器人的各變量變化情況以及顯示傳感器模塊采集的信息；

所述傳感器模塊用于采集井巷環(huán)境信息并將所述環(huán)境信息傳遞給所述上位機(jī)模塊以及所述核心控制器模塊；

所述電位器用于獲取蛇形臂各關(guān)節(jié)角度的變化量；

所述蛇形臂姿態(tài)控制模塊用于控制所述蛇形臂各關(guān)節(jié)角度，并將電位器測得的各關(guān)節(jié)角度對應(yīng)的電壓值傳遞給核心控制器；

所述繩索驅(qū)動(dòng)模塊用于根據(jù)所述核心控制器傳遞過來的驅(qū)動(dòng)信號，驅(qū)動(dòng)所述蛇形臂運(yùn)動(dòng)模塊；

所述蛇形臂運(yùn)動(dòng)模塊用于接受所述繩索驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)，使冗余監(jiān)測機(jī)器人達(dá)到預(yù)定位姿。

2.如權(quán)利要求1所述的井巷非結(jié)構(gòu)化空間冗余監(jiān)測機(jī)器人姿態(tài)控制系統(tǒng)，其特征在于，

所述針對所述電壓值通過計(jì)算，得到關(guān)節(jié)偏轉(zhuǎn)角度，采用第一關(guān)節(jié)偏轉(zhuǎn)角度求解公式或者采用第二關(guān)節(jié)偏轉(zhuǎn)角度求解公式，所述第一關(guān)節(jié)偏轉(zhuǎn)角度求解公式，采用電位器輸出電壓乘以360度除以電位器兩端總電壓；所述第二關(guān)節(jié)偏轉(zhuǎn)角度求解公式，采用電位器輸出電壓乘以360度除以控制細(xì)分?jǐn)?shù)與電位器兩端總電壓的乘積，所述電位器輸出電壓即為所述蛇形臂姿態(tài)控制模塊傳遞過來的所述各關(guān)節(jié)角度對應(yīng)的電壓值。

3.如權(quán)利要求1所述的井巷非結(jié)構(gòu)化空間冗余監(jiān)測機(jī)器人姿態(tài)控制系統(tǒng)，其特征在于，

所述蛇形臂姿態(tài)控制模塊為模塊化關(guān)節(jié)串聯(lián)組成，其關(guān)節(jié)數(shù)與蛇形臂運(yùn)動(dòng)模塊的關(guān)節(jié)數(shù)相對應(yīng)，能夠手動(dòng)改變其姿態(tài)，從而改變電位器輸出電壓。

4.如權(quán)利要求1所述的井巷非結(jié)構(gòu)化空間冗余監(jiān)測機(jī)器人姿態(tài)控制系統(tǒng)，其特征在于，

所述繩索驅(qū)動(dòng)模塊由支撐臺、電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、絲杠、滑臺、聯(lián)軸器、繩索組成，所述核心控制器通過串口通訊控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠上的滑臺運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而拉動(dòng)繩索往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

5.如權(quán)利要求1所述的井巷非結(jié)構(gòu)化空間冗余監(jiān)測機(jī)器人姿態(tài)控制系統(tǒng)，其特征在于，

所述蛇形臂運(yùn)動(dòng)模塊采用模塊化關(guān)節(jié)串聯(lián)而成，其關(guān)節(jié)數(shù)與蛇形臂姿態(tài)控制模塊相對應(yīng)，模塊化關(guān)節(jié)間采用萬向節(jié)連接，其布線圓盤上有一圈通孔，用以固定所述繩索驅(qū)動(dòng)模塊的繩索。

6.如權(quán)利要求1所述的井巷非結(jié)構(gòu)化空間冗余監(jiān)測機(jī)器人姿態(tài)控制系統(tǒng)，其特征在于，

當(dāng)所述蛇形臂運(yùn)動(dòng)模塊單次運(yùn)動(dòng)角度大于第一閾值，且其速度大于第二閾值時(shí)，采用加速，勻速，減速的運(yùn)動(dòng)模式。

7.如權(quán)利要求1所述的井巷非結(jié)構(gòu)化空間冗余監(jiān)測機(jī)器人姿態(tài)控制系統(tǒng)，其特征在于，

所述核心控制器采用PLC控制器進(jìn)行控制，其內(nèi)部集成模擬量采集模塊、Modbus 485通訊接口和以太網(wǎng)通訊接口。

8.如權(quán)利要求1所述的井巷非結(jié)構(gòu)化空間冗余監(jiān)測機(jī)器人姿態(tài)控制系統(tǒng)，其特征在于，

所述傳感器模塊根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇，至少選擇如下設(shè)備的一種或者幾種：攝像頭、溫度傳感器、濕度傳感器、聲傳感器、氣體濃度傳感器。