一种输电杆塔攀爬机器人控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种输电杆塔攀爬机器人控制系统及控制方法，它解决了现有技术中机器人无法攀爬杆塔，无法越障的问题，具有方便完成攀爬任务的有益效果，其技术方案为：一种输电杆塔攀爬机器人控制系统，包括视觉识别模块，安装于机器人机身，用于监测机器人周围环境；驱动控制模块，安装于机器人机身机械臂，机械臂包括外展机构和夹持机构，夹持机构与外展机构连接，驱动控制器模块用于控制机器人外展机构和夹持机构的动作；升降控制模块，安装于机器人机身上下相邻两机械臂之间，用于控制机器人的升降动作，以实现机器人的攀爬动作；主控器，视觉识别模块、夹持机构控制模块和升降控制模块分别通过通讯模块与主控器连接。

【技术实现步骤摘要】
一种输电杆塔攀爬机器人控制系统及控制方法
本专利技术涉及攀爬机器人领域，特别是涉及一种输电杆塔攀爬机器人控制系统及控制方法。
技术介绍
高压输电线路是电力系统的主要组成部分，其工作情况关乎供电的安全性、稳定性及可靠性，而输电线路与输电杆塔密切联系在一起，因此输电杆塔的维护与检修显得尤为重要，目前国内大部分高压输电杆塔的维护与检修多依赖于人工攀爬，由工作人员携带检修装置检查杆塔的状况，检修装置的重量以及杆塔结构的不同加上各种维护类型的复杂程度对工作人员提出很高的体力及技术要求，影响工作人员的自身安全。随着智能机器人技术的不断提升，针对帮助提高工作人员人身安全且能够简单的对杆塔进行基本维护、参数检测功能的攀爬机器人的研制成为解决该问题的一个有效的方案，专利技术人发现目前爬树机器人控制系统无法越障，具体对于输电杆塔中的脚钉、斜撑、节点板及螺栓等障碍难于完成越障，现有的输电线路检测机器人的检测系统只需沿导线运动而难以完成攀爬的任务。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种输电杆塔攀爬机器人控制系统，通过对视觉识别模块和驱动控制模块的设置，使得机器人能够沿着杆塔的角钢攀爬，并且能成功翻越障碍物。一种输电杆塔攀爬机器人控制系统，包括：视觉识别模块，安装于机器人机身，用于监测机器人周围环境；驱动控制模块，安装于机器人机身机械臂，机械臂包括外展机构和夹持机构，夹持机构与外展机构连接，驱动控制器模块用于控制机器人外展机构和夹持机构的动作；升降控制模块，安装于机器人机身上下相邻两机械臂之间，用于通过升降机构控制机器人的升降动作，以实现机器人的攀爬动作；主控器，视觉识别模块、夹持机构控制模块和升降控制模块分别通过通讯模块与主控器连接。进一步地，控制系统还包括用于检测机器人运行状态的感知模块，感知模块与所述的主控器连接。进一步地，所述视觉识别模块包括设于安装于所述机器人的无线收发器、第一摄像头和第二摄像头，两个摄像头分别用于获取机器人上方和下方的环境信息，且第一摄像头和第二摄像头均通过无线收发器与上位机连接，上位机与所述的主控器连接，无线收发器用来将摄像头拍摄到的画面传输到上位机，以完成进一步的图像处理。进一步地，所述驱动控制模块包括多轴运动控制器、与多轴运动控制器分别单独连接的外展运动驱动单元和夹持运动驱动单元；外展运动驱动单元包括第一外展驱动部件和第二外展驱动部件，这两个外展驱动部件上下设置，且第一外展驱动部件和第二外展驱动部件均包括外展驱动动力源；或者，所述外展机构包括外展杆件，外展杆件内侧通过外展挡板设置第一丝杠，第一丝杠与外展驱动动力源连接，第一丝杠与所述的夹持机构连接。进一步地，所述夹持运动驱动单元包括第一夹持驱动部件和第二夹持驱动部件，这两个夹持驱动部件上下设置，且第一夹持驱动部件和第二夹持驱动部件均包括夹持驱动动力源；或者，所述夹持机构包括夹持杆件，夹持杆件内侧通过夹持挡板设置第二丝杠，第二丝杠与夹持驱动动力源连接，夹持杆件套于第一丝杠，且夹持杆件端部通过外展滑块安装在所述外展杆件的外展导轨，第二丝杠设有夹板，夹板端部通过夹持滑块安装在设于夹持杆件的夹持导轨。进一步地，所述升降控制模块包括与所述升降机构连接的升降驱动动力源；或者，所述机器人机身包括上下设置的安装板，每一安装板两侧分别设置所述的外展机构，安装板设于基座底板，所述升降机构的的两端分别与上部基座底板和下部基座底板连接；或者，所述驱动控制模块还包括设于所述外展机构与所述基座底板之间的调整动力源，以使外展机构相对于安装板能实现摆动，实现夹持机构对杆塔的对中夹持。进一步地，还包括安装于机器人机身的顶出控制模块，顶出控制模块包括顶出驱动动力源以控制顶出机构伸出与杆塔接触；或者，所述顶出机构包括穿过所述安装板的顶出丝杠，顶出丝杠一端设置用于与杆塔接触的顶头，另一端设置所述的顶出驱动动力源。进一步地，所述感知模块包括设于所述夹持机构的力传感器、设于所述外展机构用于检测外展机构与水平面夹角的倾角传感器，力传感器设于夹板或者夹持挡板内侧，用于测量夹持力度的变化；所述感知模块还包括设于所述机器人机身的测距传感器，用于测量上下两机械臂的距离，且测距传感器安装于上部基座底板下表面，或者设于下部基座底板的上表面；所述感知模块还包括安装于夹持机构、升降机构、外展机构的限位开关、光电编码器。其中，倾角传感器设于外展杆件，视觉传感器测量杆塔侧部角钢相对于地面的倾斜角度α，倾角传感器测量杆塔与地面之间的角度β，两个传感器分别与控制器单独连接，控制器与所述的推杆部件连接，控制器为多轴运动控制器。其中为保证夹持机构和角钢的平行贴合，α+β应为90°。由多轴运动控制器计算当前机器人夹持挡板与角钢之间的夹角α+β，当α+β等于90°时，此时机器人夹持挡板与角钢面呈平行状态，外展杆件和角钢垂直，不需要调整机器人姿态。当α+β大于90°时，此时机器人夹持挡板与角钢面不是平行状态，此时电动推杆应伸长，推动外展杆件绕摆动轴承运动，使外展杆件和角钢之间的角度减小，当α+β减小到90°时，此时夹持挡板和角钢面平行，外展杆件和角钢垂直，停止电动推杆运动，完成机器人的垂直对中操作。当α+β角度小于90°时，此时电动推杆应收缩，拉动外展杆件绕摆动轴承运动，使外展杆件和角钢之间的角度增大，当α+β增大到90°时，此时夹持挡板和角钢面平行，外展杆件和角钢垂直，停止电动推杆运动，完成机器人的垂直对中操作。进一步地，控制系统还包括机械爪控制模块，机械爪控制模块设于机械爪，机械爪安装于机器人机身，机械爪控制模块与主控器连接，以控制机械爪的打开或闭合；或者，所述机械爪包括设于所述机器人机身或外展机构的支座，支座与多臂机构连接，多臂机构端部设置机械爪；所述多臂机构包括第一臂和第二臂，第一臂与支座通过第一电机连接，第二臂与第一臂之间设置第二电机，第二臂端部通过第三电机设置所述的机械爪。输电杆塔攀爬机器人控制系统的控制方法，包括：1)视觉识别模块拍摄机器人周围环境，并传送信息至主控器，若无障碍物，则开始攀爬；2)通过驱动控制模块控制机器人上部机械臂的夹持机构向两侧张开，控制机器人上部机械臂的外展机构向杆塔外侧移动，使得机器人上部机械臂相对于杆塔松开；3)通过升降控制模块动作，控制机器人上部机械臂抬升，到达设定位置后停止动作，驱动控制模块控制机器人上部机械臂的外展机构向杆塔方向移动，控制上部机械臂的夹持机构夹持杆塔侧部；4)通过驱动控制模块控制机器人下部机械臂的夹持机构向两侧张开，控制机器人下部机械臂的外展机构向杆塔外侧移动，使得机器人下部机械臂相对于杆塔松开；5)通过升降控制模块动作，控制机器人下部机械臂抬升，到达设定位置后停止动作，驱动控制模块控制机器人下部机械臂的外展机构向杆塔方向移动，控制下部机械臂的夹持机构夹持杆塔侧部；6)重复步骤1)-步骤5)。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)本专利技术机器人控制系统，能对机器人的各个机构进行有效控制，能实现机器人的攀爬杆塔、并成功实现越障。2)本专利技术的机器人，通过机械爪模块的设置，能实现安全绳的挂接，或者携带电力巡检设备的目的。3)本专利技术通过驱动控制模块的设置，能实现对机器人外展机构、夹持机构动作的控制，方便携带机器人各个机械臂的动作。附图说明构成本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输电杆塔攀爬机器人控制系统，其特征在于，包括：视觉识别模块，安装于机器人机身，用于监测机器人周围环境；驱动控制模块，安装于机器人机身机械臂，机械臂包括外展机构和夹持机构，夹持机构与外展机构连接，驱动控制器模块用于控制机器人外展机构和夹持机构的动作；升降控制模块，安装于机器人机身上下相邻两机械臂之间，用于通过升降机构控制机器人的升降动作，以实现机器人的攀爬动作；主控器，视觉识别模块、夹持机构控制模块和升降控制模块分别通过通讯模块与主控器连接。

【技术特征摘要】
1.一种输电杆塔攀爬机器人控制系统，其特征在于，包括：视觉识别模块，安装于机器人机身，用于监测机器人周围环境；驱动控制模块，安装于机器人机身机械臂，机械臂包括外展机构和夹持机构，夹持机构与外展机构连接，驱动控制器模块用于控制机器人外展机构和夹持机构的动作；升降控制模块，安装于机器人机身上下相邻两机械臂之间，用于通过升降机构控制机器人的升降动作，以实现机器人的攀爬动作；主控器，视觉识别模块、夹持机构控制模块和升降控制模块分别通过通讯模块与主控器连接。2.根据权利要求1所述的输电杆塔攀爬机器人控制系统，其特征在于，还包括用于检测机器人运行状态的感知模块，感知模块与所述的主控器连接。3.根据权利要求1所述的输电杆塔攀爬机器人控制系统，其特征在于，所述视觉识别模块包括设于安装于所述机器人的无线收发器、第一摄像头和第二摄像头，两个摄像头分别用于获取机器人上方和下方的环境信息，且第一摄像头和第二摄像头均通过无线收发器与上位机连接，上位机与所述的主控器连接。4.根据权利要求1所述的输电杆塔攀爬机器人控制系统，其特征在于，所述驱动控制模块包括多轴运动控制器、与多轴运动控制器分别单独连接的外展运动驱动单元和夹持运动驱动单元；外展运动驱动单元包括第一外展驱动部件和第二外展驱动部件，这两个外展驱动部件上下设置，且第一外展驱动部件和第二外展驱动部件均包括外展驱动动力源；或者，所述外展机构包括外展杆件，外展杆件内侧通过外展挡板设置第一丝杠，第一丝杠与外展驱动动力源连接，第一丝杠与所述的夹持机构连接。5.根据权利要求5所述的输电杆塔攀爬机器人控制系统，其特征在于，所述夹持运动驱动单元包括第一夹持驱动部件和第二夹持驱动部件，这两个夹持驱动部件上下设置，且第一夹持驱动部件和第二夹持驱动部件均包括夹持驱动动力源；或者，所述夹持机构包括夹持杆件，夹持杆件内侧通过夹持挡板设置第二丝杠，第二丝杠与夹持驱动动力源连接，夹持杆件套于第一丝杠，且夹持杆件端部通过外展滑块安装在所述外展杆件的外展导轨，第二丝杠设有夹板，夹板端部通过夹持滑块安装在设于夹持杆件的夹持导轨。6.根据权利要求1所述的输电杆塔攀爬机器人控制系统，其特征在于，所述升降控制模块包括与所述升降机构连接的升降驱动动力源；或者，所述机器人机身包括上下设置的安装板，每一安装板两侧分别设置所述的外展机构，安装板设于基座底板，所述升降机构的两端分别与上部基座底板和下部...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁守银，谭荣斌，赵慧如，高焕兵，赵洪华，汤承龙，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：山东,37