一种斜拉桥缆索爬行机器人的控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种斜拉桥缆索爬行机器人的控制系统，属于机器人领域。本发明专利技术的控制系统，包括指令发送端与指令接收控制端。指令发送端包括上位机、核心控制器和无线信号发射模块，指令接收控制端包括无线信号接收模块和动作驱动模块。上位机与核心控制器连接，用于将操控机器人的控制信号发送给核心控制器；核心控制器通过无线信号发射模块将对机器人的控制信号发送给无线信号接收模块，无线信号接收模块将控制信号传输给动作驱动模块。动作驱动模块包括驱动单元、制动单元和传感器单元。解决现有机器人控制系统造价高，线路不稳定、作业载荷小的问题，以及解决现在有机器人电磁制动器用久后制动能力下降甚至失效的问题。

A cable climbing robot control system for cable stayed bridges

The invention discloses a control system of a cable climbing robot of a cable-stayed bridge, belonging to the robot field. The control system of the invention comprises an instruction sending end and an instruction receiving control end. The instruction sending end comprises an upper computer, a core controller and a wireless signal transmitting module, and the command receiving and controlling terminal comprises a wireless signal receiving module and an action driving module. The host computer is connected with the central controller, a control signal for transmitting control robot to the core controller; central controller through wireless signal transmitting module sends control signals to the robot to the wireless signal receiving module, a wireless signal receiving module to control signal transmission to the drive module. The motion actuation module comprises a drive unit, a braking unit and a sensor unit. To solve the existing robot control system of high cost, unstable operating load line, small problems, and solve now robot electromagnetic brake decreased or even failure problem with long braking ability.

【技术实现步骤摘要】
一种斜拉桥缆索爬行机器人的控制系统
本专利技术涉及机器人控制系统领域，具体为一种斜拉桥缆索爬行机器人的控制系统。
技术介绍
缆索是斜拉桥的主要受力构件之一，缆索的状态与桥梁的安全密切相关，因此需定期对其进行检测，用于桥梁缆索检测的自动化装备一直备受关注。为了及时发现或消除影响斜拉桥的安全隐患，需定期对缆索进行检测。目前桥梁缆索例行检测最常见项目为缆索表面保护层的完好情况和缆索的震动摆幅。现已有的一些斜拉桥缆索爬行机器人存在质量重、体积大、爬行时携带的线路过多等现象，造成制造成本高、效率低、线路不稳定、作业载荷小等一系列问题。因此，一种斜拉桥缆索爬行机器人的控制系统，用以提高检测斜拉桥缆索表面的作业效率、提高有效载荷等具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是，针对上述问题，提供一种斜拉桥缆索爬行机器人的控制系统，解决现有机器人控制系统造价高，线路不稳定、作业载荷小的问题；解决现在有机器人电磁制动器制动能力下降甚至失效的问题。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：种斜拉桥缆索爬行机器人的控制系统，包括指令发送端与指令接收控制端，发送端安装于地面控制箱中，指令接收端安装在机器人上；所述指令发送端包括上位机、核心控制器和无线信号发射模块，所述指令接收控制端包括无线信号接收模块和动作驱动模块；其中：所述上位机与所述核心控制器连接，用于将操控机器人的控制信号发送给核心控制器；所述核心控制器通过无线信号发射模块将对机器人的控制信号发送给无线信号接收模块，所述无线信号接收模块将控制信号传输给动作驱动模块；所述动作驱动模块包括驱动单元、制动单元和传感器单元；所述驱动单元与机器人执行结构相连，并驱动机器人执行结构运动，所述制动单元用于锁定限制机器人执行结构运动，所述传感器单元检测机器人执行结构运动结果，并将运动结果反馈到所述核心控制器。进一步的，所述驱动单元包括移步电机、上手爪电机和下手爪电机，所述制动单元包括上电磁制动器、下电磁制动器、上电磁铁和下电磁铁，所述传感器单元包括上行程开关和下行程开关；所述移步电机两端分别连接机器人的上固定架和下固定架；所述上手爪电机、上电磁制动器、上电磁铁和上行程开关均安装在所述上固定架上；所述上手爪电机与机器人执行结构相连，并驱动机器人执行结构运动，所述上电磁制动器、上电磁铁用于锁定限制机器人执行结构运动，所述上行程开关检测机器人执行结构运动结果，并将运动结果反馈到所述核心控制器；所述下手爪电机、下电磁制动器、下电磁铁和下行程开关均安装在所述下固定架上；所述下手爪电机与机器人执行结构相连，并驱动机器人执行结构运动，所述下电磁制动器、下电磁铁用于锁定限制机器人执行结构运动，所述下行程开关检测机器人执行结构运动结果，并将结果反馈到所述核心控制器。进一步的，所述上位机采用触摸屏显示器，所述核心控制器为PLC控制器；所述触摸屏显示器通过RS-4854W与所述PLC控制器进行通信。进一步的，所述动作PLC控制器包括继电器KA1、KA2、KA3、KA4、KA5、KA6和KA7；所述KA1与所述KA2互锁及控制电源接入电路的极性，所述KA3控制所述上电磁制动器和所述上手爪电机的通断，所述KA4控制所述下电磁制动器和所述下手爪电机的通断，所述KA5控制所述移步电机的通断，所述KA6控制所述上电磁铁的通断，所述KA7控制下电磁铁的通断。进一步的，所述指令接收控制端还包括电压转换器和12V可充电锂电池，所述电压转换器和12V可充电锂电池均安装在机器人上。进一步的，所述无线信号发射模块为PT2264芯片无线发射模块，所述无线信号接收模块为PT2272芯片的无线接收模块，所述PT2264芯片与所述T2272芯片地址位相同。进一步的，所述PLC控制器为三菱系列的FX1N-14MT-D控制器。由于采用上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：1.基于上述系统，用上位机于将操控机器人的控制信号发送给核心控制器，核心控制器通过无线信号发射模块将对机器人的控制信号发送给无线信号接收模块，无线信号接收模块将控制信号传输给动作驱动模块，驱动单元与机器人执行结构相连，并驱动机器人执行结构运动，制动单元用于锁定限制机器人执行结构运动，传感器单元检测机器人执行结构运动结果，并将结果反馈到驱动单元。采用无线传输的通信方式，避免了机器人另外携带通信电缆，增加了机器人可携带有用负载的质量。通过传感器单元的反馈作用，大大减少了机器运动的空行程、降低能耗、提高作业效率。2.本专利技术的手爪电机、电磁制动器、电磁铁和行程开关安装在所述机器人固定架上控制机器人的运动，通过电磁制动器和电磁铁的双重制动作用，解决了机器人多次作业后，出现电磁制动器制动能力下降甚至失效的问题，通过对手爪电机的调节，控制手爪电机的行程，使机器人适应不同直径缆索，扩大了机器人的使用范围。3.本专利技术上位机采用触摸屏显示器，核心控制器采用PLC控制器；所述触摸屏显示器通过RS-4854W与PLC控制器进行通信。通过触摸屏显示器达成人机友好交互目的，操作方便。PLC控制器具有其低成本、高度网络化、抗干扰性强、可靠性高、通讯功能强的特点，机器人通过使用PCL更加适应野外的作业环境。4.本专利技术的指令接收控制端设置有可充电锂电池和电压转换器，机器人作业范围较小时，直接由机器人携带大容量锂电池作为电源，可有效增强整套系统的便携性。机器人作业范围较大时，采用便携式发电机交流220V供电，通过电缆连接机器人供电，将220V电源转换器转化为稳定的12V直流电，可保证机器人的长时间工作可。5.本控制系统仅需4个输出点，考虑到输入输接口数越多PLC控制器越昂贵以及预留50％备用输出接口等因素，本专利技术采用三菱系列的FX1N-14MT-D控制器，该PLC控制器具有8个输入接口，6个输出接口，满足设计需求，且具有价格低，响应速度快，工作稳定、故障率低、工作耗电量较等优势。附图说明图1是本专利技术的系统框图。图2是本专利技术的动作驱动模块框图。图3是本专利技术的FX1N-14MT-D控制器控制电路原理图。附图中，1-指令发送端、2-指令接收控制端。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示一种斜拉桥缆索爬行机器人的控制系统，包括指令发送端与指令接收控制端，发送端安装于地面控制箱中，指令接收端安装在机器人上；指令发送端包括上位机、核心控制器和无线信号发射模块。指令接收控制端包括无线信号接收模块和动作驱动模块。机器人作业范围较小时，直接由机器人携带大容量锂电池作为电源，可有效增强整套系统的便携性。机器人作业范围较大时，采用便携式发电机交流220V供电，通过电缆连接机器人供电，将220V电源转换器转化为稳定的12V直流电，可保证机器人的长时间工作可。本实施例中，上位机为触摸屏显示器，核心控制器为三菱系列的FX1N-14MT-D控制器，无线信号发射模块为PT2264芯片无线发射模块，无线信号接收模块为PT2272芯片的无线接收模块。触摸屏显示器与FX1N-14MT-D控制器连接，用于将操控机器人的控制信号发送给FX1N-14MT-D控制器。FX1N-14MT-D控制器，FX1N-14MT-D控制器通过PT2264芯片无线发射模块将对机器人的控制信号发送给PT2272芯片的无线接收模块，PT本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种斜拉桥缆索爬行机器人的控制系统，其特征在于：包括指令发送端与指令接收控制端，发送端安装于地面控制箱中，指令接收端安装在机器人上；所述指令发送端包括上位机、核心控制器和无线信号发射模块，所述指令接收控制端包括无线信号接收模块和动作驱动模块；其中：所述上位机与所述核心控制器连接，用于将操控机器人的控制信号发送给核心控制器；所述核心控制器通过无线信号发射模块将对机器人的控制信号发送给无线信号接收模块，所述无线信号接收模块将控制信号传输给动作驱动模块；所述动作驱动模块包括驱动单元、制动单元和传感器单元；所述驱动单元与机器人执行结构相连，并驱动机器人执行结构运动，所述制动单元用于锁定限制机器人执行结构运动，所述传感器单元检测机器人执行结构运动结果，并将运动结果反馈到所述核心控制器。

【技术特征摘要】
1.一种斜拉桥缆索爬行机器人的控制系统，其特征在于：包括指令发送端与指令接收控制端，发送端安装于地面控制箱中，指令接收端安装在机器人上；所述指令发送端包括上位机、核心控制器和无线信号发射模块，所述指令接收控制端包括无线信号接收模块和动作驱动模块；其中：所述上位机与所述核心控制器连接，用于将操控机器人的控制信号发送给核心控制器；所述核心控制器通过无线信号发射模块将对机器人的控制信号发送给无线信号接收模块，所述无线信号接收模块将控制信号传输给动作驱动模块；所述动作驱动模块包括驱动单元、制动单元和传感器单元；所述驱动单元与机器人执行结构相连，并驱动机器人执行结构运动，所述制动单元用于锁定限制机器人执行结构运动，所述传感器单元检测机器人执行结构运动结果，并将运动结果反馈到所述核心控制器。2.根据权利要求1所述的斜拉桥缆索爬行机器人的控制系统，其特征在于：所述驱动单元包括移步电机、上手爪电机和下手爪电机，所述制动单元包括上电磁制动器、下电磁制动器、上电磁铁和下电磁铁，所述传感器单元包括上行程开关和下行程开关；所述移步电机两端分别连接机器人的上固定架和下固定架；所述上手爪电机、上电磁制动器、上电磁铁和上行程开关均安装在所述上固定架上；所述上手爪电机与机器人执行结构相连，并驱动机器人执行结构运动，所述上电磁制动器、上电磁铁用于锁定限制机器人执行结构运动，所述上行程开关检测机器人执行结构运动结果，并将运动结果反馈到所述核心控制器；所述下手爪电机、下电磁制动器、下电磁铁和下行程开关均安装在所述下固定架上；所述下手...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦运柏，王龙林，刘子源，黎力韬，李宏伟，李俊毅，李申芳，李海滨，谭挺艳，
申请(专利权)人：广西师范大学，广西交通科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45