[發明專利]井巷非結構化空間冗余監測機器人姿態控制系統及方法

在審

• 申請號: 202110628826.2
• 申請日: 2021-06-02
• 公開（公告）號: CN113319836A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 郭辰光;路鎧;張廣利;宋祥祥;岳海濤
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: B25J9/06
• 分類號: B25J9/06;B25J9/10;B25J9/16
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李梁

本申請提出一種井巷非結構化空間冗余監測機器人姿態控制系統及方法，屬于連續型機器人領域，系統包括：核心控制器、上位機、傳感器模塊、電位器、蛇形臂姿態控制模塊、繩索驅動模塊、蛇形臂運動模塊；方法包括：采集井巷環境信息；獲取蛇形臂各關節角度的變化量；控制蛇形臂各關節角度，并將電位器測得的各關節角度對應的電壓值傳遞給核心控制器；對所述電壓值通過計算，得到關節偏轉角度，并且進一步轉換為驅動信號；驅動蛇形臂運動模塊，使冗余監測機器人達到預定位姿。顯示冗余監測機器人的各變量變化情況以及傳感器模塊采集的信息。本申請解決了控制過程中各關節轉動角不易確定，無法根據實際復雜多變情況對機械臂進行靈活控制的問題。

技術領域

本發明屬于連續型機器人領域，具體涉及一種井巷非結構化空間冗余監測機器人姿態控制系統及方法。

背景技術

井巷空間狹窄，障礙物多，環境惡劣，當機械設備出現故障時檢修困難，傳統的離散型機器人由于剛性關節和連桿結構，自由度數目有限，對工作空間受限的環境適應性不強，無法完成井巷設備監測檢修任務。而連續型機器人為“無脊椎”的柔性結構，可以柔順而靈活地改變自身的形狀，從而在各種復雜、非結構化的空間中靈活通過，并且機械結構簡單、體積小、運動靈活性與穩定性良好。因此，連續型機器人十分適合應用于井巷非結構化空間的設備監測和檢修。

連續型機器人采用線驅動方式，通過電機帶動驅動線移動，控制機器人到達預定位置?；诶K索驅動的連續型機器人將驅動電機、控制線板等裝置放置在機器人的底部基座上，將驅動部分與工作部分隔開，使機器人的控制面板及傳動機構不易受外界工作環境如高溫、潮濕、多粉塵等因素的影響，有效提升空間運動的靈活性和精準性。

連續型機器人運動控制需先進行路徑規劃，而后控制連續型機器人按照預定路徑運動。但該控制過程繁瑣且路徑規劃過程中，各關節轉動角不易確定，無法根據實際復雜多變情況對機械臂進行靈活控制。

針對現有技術中控制過程中各關節轉動角不易確定，無法根據實際復雜多變情況對機械臂進行靈活控制的問題，目前尚未有效技術方案。

發明內容

針對現有技術的不足，本申請提出一種井巷非結構化空間冗余監測機器人姿態控制系統及方法，解決了控制過程中各關節轉動角不易確定，無法根據實際復雜多變情況對機械臂進行靈活控制的問題。

第一方面，本申請提出一種井巷非結構化空間冗余監測機器人姿態控制系統，包括：核心控制器、上位機、傳感器模塊、電位器、蛇形臂姿態控制模塊、繩索驅動模塊、蛇形臂運動模塊；

所述核心控制器分別與所述上位機、傳感器模塊、蛇形臂姿態控制模塊以及繩索驅動模塊相連接，所述電位器與所述蛇形臂姿態控制模塊相連接，所述蛇形臂運動模塊與所述繩索驅動模塊相連接；

所述核心控制器用于接收所述傳感器模塊傳遞過來的環境信息，接收所述蛇形臂姿態控制模塊傳遞過來的所述各關節角度對應的電壓值，針對所述電壓值通過計算，得到關節偏轉角度，并且進一步轉換為驅動信號，將所述驅動信號傳遞給所述繩索驅動模塊；

所述上位機通過以太網通訊與所述核心控制器相連接，通過組態軟件控制并顯示冗余監測機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境信息并將所述環境信息傳遞給所述上位機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節角度的變化量；

所述蛇形臂姿態控制模塊用于控制所述蛇形臂各關節角度，并將電位器測得的各關節角度對應的電壓值傳遞給核心控制器；

所述繩索驅動模塊用于根據所述核心控制器傳遞過來的驅動信號，驅動所述蛇形臂運動模塊；

所述蛇形臂運動模塊用于接受所述繩索驅動模塊的驅動，使冗余監測機器人達到預定位姿。