專利名稱：柔索自主越障機器人控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種柔索自主檢測設備的控制器。
背景技術：
柔性線路在日常生活中經(jīng)?？梢姡鐦蛩?、索道和電力線路等。這些柔 性線路長期暴露在野外經(jīng)受風吹、日曬、雨淋，因受到持續(xù)的機械張力、材料 老化的影響而產(chǎn)生磨損、腐蝕等損傷，如果得不到及時的發(fā)現(xiàn)并進行修復更換， 原本微小的破損和缺陷就可能擴大，最終導致嚴重事故，造成巨大的經(jīng)濟損失。 因此，需要對其進行定期的巡查和維護。目前，柔索的巡查和維護越來越多地 通過巡線機器人完成，然而設計一種能夠控制巡線機器人的系統(tǒng)便成了當務之 急。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的任務在于提供一種柔索自主越障機器人控制器，其主要用于控 制機器人在柔索上實現(xiàn)自主行走和自主越障的功能。
其技術解決方案是柔索自主越障機器人控制器，包括 主控單元，用于負責機器人任務的分解和行為的協(xié)調(diào)；
執(zhí)行單元，用于接收主控單元發(fā)送的動作命令并控制關節(jié)電機和/或驅動電 機完成相應的動作；
遠程監(jiān)控單元，用于接收和存儲主控單元傳送的巡檢圖像，向主控單元發(fā)出 控制命令。
上述主控單元包括兩種控制方式遠程控制方式和自主運行方式；遠程控制 方式時，主控單元接收遠程監(jiān)控單元發(fā)送的控制命令，解釋為電機動作序列發(fā) 送給執(zhí)行單元；自主運行方式時，主控單元根據(jù)傳感器反饋的信息，判斷障礙行機器人動作規(guī)劃，生成電機動作序列發(fā)送給執(zhí)行 單元。
上述遠程監(jiān)控單元包括監(jiān)控主機和無線通訊模塊。
本實用新型的有益效果是可控制機器人在各種柔性繩索上實現(xiàn)自主行走 和自主跨越障礙的功能。例如，可以控制巡線機器人跨越高壓電線上的防震錘 和索道上的桿塔等。

圖1為本實用新型所述執(zhí)行單元單片機系統(tǒng)的電路原理圖； 圖2為本實用新型電機控制驅動模塊的電路原理圖。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明，本實用新型柔索自主越障 機器人控制器包括基于遞階式三級控制結構的主控單元、執(zhí)行單元和遠程監(jiān)控 單元。主控單元以基于PC104-PLUS總線標準的工控計算機系統(tǒng)為核心，包括研 華PC104主板以及與之相連的圖像采集卡、調(diào)試檢修控制面板、數(shù)據(jù)采集卡、 超聲波測距傳感器、CCD高清晰工業(yè)攝像機、無線網(wǎng)卡和電源模塊。主控單元主 要負責任務的分解和行為的協(xié)調(diào)，包括遠程控制方式和自主運行方式。在遠程 控制方式時，它接收遠程監(jiān)控單元發(fā)送的控制命令，并解釋為電機動作序列發(fā) 送給執(zhí)行單元；在自主運行方式下，它根據(jù)所連接傳感器反饋的信息，判斷障 礙物類型和自身位姿，進行機器人動作規(guī)劃，生成電機動作序列發(fā)送給執(zhí)行單 元。另外，它還采集機器人的巡檢圖像，并通過無線網(wǎng)卡將圖像實時地傳輸給 遠程監(jiān)控單元。執(zhí)行單元具有較低的智能，但要求有較高的精度，主要負責電 機的運動控制和傳感器信息的處理。遠程監(jiān)控單元包括監(jiān)控主機和無線通訊模 塊。監(jiān)控主機用來顯示和存儲巡檢機器人采集的圖像，它利用無線網(wǎng)卡組成的網(wǎng)絡進行遠程圖像傳輸。無線通訊模塊用于特殊情況下對機器人的控制。地面 人員通過無線通訊模塊遙控協(xié)助機器人完成越障動作和機器人位姿調(diào)整。
執(zhí)行單元根據(jù)主控單元發(fā)出的指令和傳感器信息，控制各個電機的運動和 協(xié)調(diào)，由單片機系統(tǒng)及其輸入輸出接口、視覺傳感器、測距傳感器電機控制驅
動模塊組成。本執(zhí)行單元選用了STC89C52RC單片機，封裝形式為DIP-40，外部 晶振12MHz。對單片機I/O進行如下分配Pl、 P3全部用于信號輸入口； P0、 P2用于信號輸出控制電機；管腳29、 30懸空，31接高電平，9接上電復位電路。
輸入輸出信號都是開關量信號，因而，設計了統(tǒng)一的光電隔離電路。電源采用 5V，由于系統(tǒng)使用+12V電池供電，因而使用LM7805穩(wěn)壓模塊提供穩(wěn)定的5V電
源。為了防止外部干擾信號傳入單片機，單片機與傳感器和電機驅動模塊并不 直接相連，而是通過光電耦合器，進行電氣隔離。選用的光電耦合器的型號為 TLP521-4,封裝形式選用DIP-16。利用單片機的TXD和RXD引腳，采用RS-232
串行接口標準進行串口通訊。為了實現(xiàn)與單片機的連接，采用常用的集成芯片 MAX232，完成TTL與RS-232雙向電平轉換。電機控制驅動模塊主要由MC33035 和MPM3003組成。MC33035內(nèi)部的轉子位置譯碼器主要用于監(jiān)控三個傳感器輸入， 以便系統(tǒng)能夠正確提供高端和低端驅動輸入的正確時序。傳感器輸入可直接與 集電極開路型霍爾效應開關或者光電耦合器相連接。此外，該電路還內(nèi)含上拉 電阻，其輸入與門限典型值為2.2V的TTL電平兼容。用MC33035系列產(chǎn)品控制 的三相電機可在最常見的四種傳感器相位下工作。MC33035所提供的60度/120 度選擇可使MC33035很方便地控制具有60度、120度、240度或300度的傳感 器相位電機。其三個傳感器輸入有八種可能的輸入編碼組合，其中六種是有效 的轉子位置，另外兩種編碼組合無效。通過六個有效輸入編碼可使譯碼器在使 用60度電氣相位的窗口內(nèi)分辨出電機轉子的位置。電機的正/反向控制由MC33035的正向/反向輸出通過翻轉定子繞組上的電 壓來實現(xiàn)。當輸入狀態(tài)改變時，指定的傳感器輸入編碼將從高電平變?yōu)榈碗娖剑?從而改變整流時序，以使電機改變旋轉方向。
電機通/斷控制可由輸出使能來實現(xiàn)。當該管腳開路時，連接到正電源的內(nèi) 置上拉電阻將會啟動頂部和底部驅動輸出時序。而當該腳接地時，頂端驅動輸 出將關閉，并將底部驅動強制為低，從而使電動機停轉。
如圖2所示，電機驅動部分采用六個功率MOSFET管組成三相橋式電路。采 用這些分立元件增加的電路板的復雜性，且可靠性不高。所以使用集成橋式電 路代替。MPM3003是一種三相逆變橋功能模塊，其內(nèi)部集成了 6個MOSFET管， 包括三個P溝道和三個N溝道功率MOSFET。它采用直列12腳塑料封裝，可理想 地應用在磁盤驅動、伺服電機驅動器中。MPM3003管腳7、 10、 3為上側三個P 溝道功率M0SFET的柵極，管腳2、 5、 8則為下側三個N溝道功率M0SFET的柵 極。上側功率MOSFET由低電平驅動，下側功率MOSFET由高電平驅動。每次各 有一個上側功率MOSFET和一個下側功率MOSFET導通。正常工作時，上下兩個 導通的功率MOSFET應不在同一橋臂上。其連接方式為MPM3003的管腳7、 10、 3依次與MC33035的管腳1、 2、 24相連，MPM3003的管腳2、 5、 8依次與MC33035 的管腳19、 20、 21相連。MPM3003的管腳11為上側三個功率M0SFET的源極， 接電源18 30V。管腳1為下側三個功率M0SFET的源極，與電流檢測電路相連。 管腳4、 6、 9為各管的漏極，依次與電動機繞組A、 B、 C相連。在應用時，MPM3003 應按實際情況加合適的散熱片。
當然，本實用新型的保護范圍并不局限于上述實施例，只要是本領域的普 通技術人員，根據(jù)本實用新型所作出的未經(jīng)創(chuàng)造性地改進，就應在本實用新型 的保護范圍之內(nèi)。
權利要求1、柔索自主越障機器人控制器，其特征在于包括主控單元，用于負責機器人任務的分解和行為的協(xié)調(diào)；執(zhí)行單元，用于接收主控單元發(fā)送的動作命令并控制關節(jié)電機和/或驅動電機完成相應的動作；遠程監(jiān)控單元，用于接收和存儲主控單元傳送的巡檢圖像，向主控單元發(fā)出控制命令。
2、 根據(jù)權利要求l所述的柔索自主越障機器人控制器，其特征在于所述主控單 元包括兩種控制方式遠程控制方式或自主運行方式；遠程控制方式時，主控 單元接收遠程監(jiān)控單元發(fā)送的控制命令，解釋為電機動作序列發(fā)送給執(zhí)行單元; 自主運行方式時，主控單元根據(jù)傳感器反饋的信息，判斷障礙物類型和自身位 置姿態(tài)，進行機器人動作規(guī)劃，生成電機動作序列發(fā)送給執(zhí)行單元。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的柔索自主越障機器人控制器，其特征在于所述遠 程監(jiān)控單元包括監(jiān)控主機和無線通訊模塊。
專利摘要本實用新型公開一種柔索自主越障機器人控制器，包括主控單元，用于負責機器人任務的分解和行為的協(xié)調(diào)；執(zhí)行單元，用于接收主控單元發(fā)送的動作命令并控制關節(jié)電機和/或驅動電機完成相應的動作；遠程監(jiān)控單元，用于接收和存儲主控單元傳送的巡檢圖像，向主控單元發(fā)出控制命令。本控制器主要用于控制機器人在柔索上實現(xiàn)自主行走和自主越障的功能。
文檔編號G05D1/02GK201247412SQ200820022378
公開日2009年5月27日 申請日期2008年5月16日 優(yōu)先權日2008年5月16日
發(fā)明者丁鴻昌, 盧坤媛, 孫愛芹, 張華宇, 徐淑芬, 慶 李, 李維贊, 王吉岱, 胡效東, 鄭燦東, 雷云云, 魏軍英 申請人:山東科技大學