一种管道机器人的控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术属于电子智能技术领域，具体涉及一种管道机器人的控制系统及控制方法，包括电源管理单元和整体电路主控单元，整体电路主控单元包括主控电路、电机驱动器控制单元、电磁定位单元、测厚单元、视频单元和无线传输网络单元，克服现有技术中小口径石油管线长距离无线遥控内窥检测机器人在国内技术领域空白的问题，研发一款具有远程无线遥控，视屏可时时传输、并且具有涂层测厚、数据实时传输及实时定位功能的内窥测厚检测机器人。

【技术实现步骤摘要】
一种管道机器人的控制系统及控制方法
本专利技术属于电子智能
，具体涉及一种管道机器人的控制系统及控制方法。
技术介绍
CCTV管道内窥检测技术起源于二十世纪六十年代，主要应用在管道单元的检测，随着科学技术的不断进步，特别是计算机技术的高速发展，该项技术得到了广泛的发展，但CCTV管道内窥检测技术在我国仍处起步阶段。近年来随着我国石油天然气等能源需求的激增，石油天然气工业得到了飞速发展，石油天然气长输管道的建设也随之飞速发展，长输管道的材质多种多样，但钢材料的长输管道应用更为广泛。然而，小口径石油管线长距离无线遥控内窥检测机器人在国内几乎是一片空白，基于上述考虑，本项目特研发一款具有远程无线遥控，视屏可时时传输、并且具有涂层测厚、数据实时传输及实时定位功能的内窥测厚检测机器人。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中小口径石油管线长距离无线遥控内窥检测机器人在国内
空白的问题。为此，本专利技术提供了一种管道机器人的控制系统，包括电源管理单元和整体电路主控单元，整体电路主控单元包括主控电路、电机驱动器控制单元、电磁定位单元、测厚单元、视频单元和无线传输网络单元；电源管理单元为整体电路主控单元供电，电机驱动器控制单元操控机器人在管道内的实现各种动作，电磁定位单元查找机器人所处的具体位置，测厚单元测试管壁涂层厚度并返回测试数据，视频单元对管道内的状况进行探测和摄像并对管道内部进行长距离检测，无线传输网络单元将各单元的信号及数据进行传输，主控电路对各单元发送操控指令。所述的电源管理单元包括主电路供电单元、备用电池单元、备用电池切换电路、开关、多种直流电压值电路和电压监测单元，主电路供电单元输出端和备用电池单元输出端分别连接备用电池切换电路的输入端，备用电池切换电路的输出端依次串联连接开关、多种直流电压值电路、电压监测单元和主控电路的输入端，所述的主电路供电单元和备用电池单元均为多组电池并联连接；所述的开关闭合时，主电路供电单元为整体电路主控单元供电，当主电路电量低于设定值时，备用电池切换电路将主电路供电单元切换至备用电池单元为整体电路主控单元供电，同时电压监测单元实时监测整体电路主控单元电压值，多种直流电压值电路为整体电路主控单元提供多种直流电压值。所述的电机驱动器控制单元包括多个电机驱动控制电路，每个电机驱动控制电路包括单片机控制板、行走步进电机驱动器、张紧步进电机驱动器、多个行走电机、支撑杆、尾车张紧力调节电机、压力传感器和头车张紧力调节电机，单片机控制板的输入端分别连接主控电路的输出端和压力传感器的输出端，单片机控制板的输出端分别连接行走步进电机驱动器的输入端和张紧步进电机驱动器的输入端，行走步进电机驱动器的输出端并联连接多个行走电机的输入端，每个行走电机的输出端通过支撑杆串联连接尾车张紧力调节电机的输入端和压力传感器的输入端或者头车张紧力调节电机和压力传感器的输入端，张紧步进电机驱动器的输出端连接尾车张紧力调节电机的输入端或者头车张紧力调节电机；所述的单片机控制板发送指令给行走步进电机驱动和张紧步进电机驱动器，行走步进电机驱动器和张紧步进电机驱动器通过控制行走电机、支撑杆、头车张紧力调节电机、尾车张紧力调节电机使机器人做各种动作，压力传感器采集机器人行走时的数据并反馈给单片机控制板，单片机控制板通过各自采集的压力数据调节机器人张紧与收缩的力度。所述的电磁定位单元包括电磁定位发射机和电磁定位接收机，电磁定位发射机的输入端连接主控电路的输出端；所述的主控电路开启电磁定位发射机，电磁定位接收机开启后用于定位查找机器人。所述的无线传输网络单元包括网络管理单元和上位机单元，网络管理单元包括超级网口、五口交换机、无线网桥，上位机单元连接无线网桥，无线网桥一路依次连接五口交换机、超级网口和主控电路的输入端，另一路连接主控电路的输入端；所述的电源管理单元为整体电路主控单元供电后，超级网口、五口交换机和无线网桥进行自动链接，上位机单元通过无线传输网络单元查找主控电路对机器人进行无线控制。所述的视频单元包括摄像头、视频信号切换电路和视频采集板，电机驱动器控制单元和测厚单元均设置有摄像头和视频信号切换电路，摄像头的输入端连接压力传感器的输出端或者测厚单元的输出端，摄像头的输出端连接视频信号切换电路的输入端，视频采集板的输入端连接视频信号切换电路的输入端，视频采集板的输出端连接五口交换机的输入端，视频信号切换电路的输入端连接主控电路；所述的摄像头和视频采集板对整体电路主控单元及管道内的状况进行探测和摄像，视频信号切换电路切换摄像头和视频采集板。所述的压力传感器包括压力信号采集电路、信号放大及增益调节电路和调零电路，压力信号采集电路和调零电路并联连接信号放大及增益调节电路。所述的电源管理单元为整体电路主控单元供电，由上位机单元通过超级网口、五口交换机、无线网桥与主控电路链接并发送命令给主控电路，主控电路发送命令给电机驱动器控制单元的单片机控制板，单片机控制板发送指令给行走步进电机驱动器和张紧步进电机驱动器，行走步进电机驱动器和张紧步进电机驱动器通过控制行走电机、支撑杆、头车张紧力调节电机、尾车张紧力调节电机使机器人做各种动作，压力传感器采集机器人行走时的数据并反馈给单片机控制板，单片机控制板通过各自采集的压力数据调节机器人张紧与收缩的力度；电源管理单元为整体电路主控单元供电，由上位机单元通过超级网口、五口交换机、无线网桥与主控电路链接并发送命令给主控电路，然后由主控电路开启电磁定位发射机或者发送命令给测厚单元，地面操作人员可以自行开启电磁定位接收机进而用于定位查找机器人或者接收测厚数据并上传给上位机单元；电源管理单元为整体电路主控单元供电，由上位机单元通过超级网口、五口交换机、无线网桥与主控电路链接并发送命令给主控电路，然后由主控电路发送命令给电机驱动器控制单元的单片机控制板或者测厚单元，单片机控制板或者测厚单元控制摄像头和视频采集板，对整体电路主控单元及管道内的状况进行探测和摄像，视频信号切换电路切换摄像头和视频采集板。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的这种管道机器人的控制系统及控制方法，电源管理单元为整个单元的供电电源，采用备用电源硬件切换方式，保证机器人在管道检测完后，返回时有充足的电量，避免机器人在行进和返回途中，带电不足的情况；机器人通过主控电路和电机驱动器控制单元实现了机器人可在管道内进行前进、后退、加速、减速、垂直爬升、垂直下降及自动过弯头和停止的功能，通过压力传感器电路，使得机器人在过弯头及障碍物时，可以自动调节手臂的伸缩，从而大大提高机器人在管道内的通过率；通过主控电路、无线传输网络单元和视频单元对管道内部进行全程摄像检测，对管道内的锈层、腐蚀、穿孔、裂纹、涂层等状况进行探测和摄像，并实时传输视频信号；并且通过主控电路、测厚单元和无线网络传输单元，实现实时传输管壁内涂层厚度情况，当有异常存在时，通过电磁定位单元即可立即准确确定异常点，从而为管道管理人员提供专业、准确的参考依据，对管道的现状分析管理及检修提供了大大的便利。附图说明以下将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。图1管道内窥机器人的控制单元结构框架图；图2电源管理单元的电路图；图3整体电路主控单元的电路图；图4压力传感器的信号放大电路；附图标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管道机器人的控制系统，其特征在于：包括电源管理单元（1）和整体电路主控单元，整体电路主控单元包括主控电路（7）、电机驱动器控制单元（2）、电磁定位单元（3）、测厚单元（4）、视频单元（5）和无线传输网络单元（6）；主控电路（7）对各单元发送操控指令,电源管理单元（1）为整体电路主控单元供电，电机驱动器控制单元（2）操控机器人在管道内的实现各种动作，电磁定位单元（3）查找机器人所处的具体位置，测厚单元（4）测试管壁涂层厚度并返回测试数据，视频单元（5）对管道内的状况进行探测和摄像并对管道内部进行长距离检测，无线传输网络单元（6）将各单元的信号及数据进行传输。

【技术特征摘要】
1.一种管道机器人的控制系统，其特征在于：包括电源管理单元（1）和整体电路主控单元，整体电路主控单元包括主控电路（7）、电机驱动器控制单元（2）、电磁定位单元（3）、测厚单元（4）、视频单元（5）和无线传输网络单元（6）；主控电路（7）对各单元发送操控指令,电源管理单元（1）为整体电路主控单元供电，电机驱动器控制单元（2）操控机器人在管道内的实现各种动作，电磁定位单元（3）查找机器人所处的具体位置，测厚单元（4）测试管壁涂层厚度并返回测试数据，视频单元（5）对管道内的状况进行探测和摄像并对管道内部进行长距离检测，无线传输网络单元（6）将各单元的信号及数据进行传输。2.如权利要求1所述的管道机器人的控制系统，其特征在于：所述的电源管理单元（1）包括主电路供电单元（1-1）、备用电池单元（1-2）、备用电池切换电路（1-3）、开关（S1）、多种直流电压值电路（1-4）和电压监测单元（1-5），主电路供电单元（1-1）输出端和备用电池单元（1-2）输出端分别连接备用电池切换电路（1-3）的输入端，备用电池切换电路（1-3）的输出端依次串联连接开关（S1）、多种直流电压值电路（1-4）、电压监测单元（1-5）和主控电路（1）的输入端，所述的主电路供电单元（1-1）和备用电池单元（1-2）均为多组电池并联连接；所述的开关（S1）闭合时，主电路供电单元（1-1）为整体电路主控单元供电，当主电路电量低于设定值时，备用电池切换电路（1-3）将主电路供电单元（1-1）切换至备用电池单元（1-2）为整体电路主控单元供电，同时电压监测单元（1-5）实时监测整体电路主控单元电压值，多种直流电压值电路（1-4）为整体电路主控单元提供多种直流电压值。3.如权利要求1所述的管道机器人的控制系统，其特征在于：所述的电机驱动器控制单元（2）包括多个电机驱动控制电路（2-1），每个电机驱动控制电路（2-1）包括单片机控制板（2-2）、行走步进电机驱动器（2-3）、张紧步进电机驱动器（2-4）、多个行走电机（2-5）、支撑杆（2-6）、尾车张紧力调节电机（2-7）、压力传感器（2-8）和头车张紧力调节电机（2-9），单片机控制板（2-2）的输入端分别连接主控电路（1）的输出端和压力传感器（2-8）的输出端，单片机控制板（2-2）的输出端分别连接行走步进电机驱动器（2-3）的输入端和张紧步进电机驱动器（2-4）的输入端，行走步进电机驱动器（2-3）的输出端并联连接多个行走电机（2-5）的输入端，每个行走电机（2-5）的输出端通过支撑杆（2-6）串联连接尾车张紧力调节电机（2-7）的输入端和压力传感器（2-8）的输入端或者头车张紧力调节电机（2-9）和压力传感器（2-8）的输入端，张紧步进电机驱动器（2-4）的输出端连接尾车张紧力调节电机（2-7）的输入端或者头车张紧力调节电机（2-9）；所述的单片机控制板（2-2）发送指令给行走步进电机驱动器（2-3）和张紧步进电机驱动器（2-4），行走步进电机驱动器（2-3）和张紧步进电机驱动器（2-4）通过控制行走电机（2-5）、支撑杆（2-6）、头车张紧力调节电机（2-9）、尾车张紧力调节电机（2-7）使机器人做各种动作，压力传感器（2-8）采集机器人行走时的数据并反馈给单片机控制板（2-2），单片机控制板（2-2）通过各自采集的压力数据调节机器人张紧与收缩的力度。4.如权利要求1所述的管道机器人的控制系统，其特征在于：所述的电磁定位单元（3）包括电磁定位发射机（3-1）和电磁定位接收机（3-2），电磁定位发射机（3-1）的输入端连接主控电路（7）的输出端；所述的主控电路（7）开启电磁定位发射机（3-1），电磁定位接收机（3-2）开启后用于定位查找机器人。5.如权利要求1所述的管道机器人的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙芳萍，林罡，李永斌，张志浩，王春生，成杰，孙银娟，池坤，
申请(专利权)人：西安长庆科技工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61