一种自移动式胎架机构控制系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自移动式胎架机构控制系统，其自移动小车承载胎架本体实现胎架的自动行驶到目标位置；小车底盘上设置电源模块、组合导航模块、小车固定模块、驱动转向模块、通信模块和主控模块；组合导航模块用于采集小车实时位置信息、姿态信息和环境特征信息，并传输给主控模块；通信模块将上位机输入的指令传输给主控模块以对小车自动行驶、自动固定和胎架自动升降进行控制；本发明专利技术的控制系统及控制方法，利用多传感器融合方法可实现胎架自动导航移动，定位精准，利用电控永磁铁实现自动固定，免除人工安装，成本低廉、稳定性好，大大提高船舶分段建造过程中胎架的布置效率与精度，降低工人的劳动强度。

【技术实现步骤摘要】
一种自移动式胎架机构控制系统和方法
本专利技术涉及一种自动导航移动方法，尤其涉及一种自移动式胎架机构控制系统和方法。
技术介绍
中国技术专利“船体用胎架内管的移动胎架”(申请号：201620480263.1)，其通过气动扳手调整支架带动胎架进行移动，虽然通过气动扳手有效代替了手工拧螺丝的方式，但是其自动化程度较低，搬运效率较低；中国专利技术专利“面向智能胎架的万向移动系统”(专利号CN201910113541.8)，虽然改变了之前固定式胎架存在不能自由移动、胎架重复利用率低的缺点，但基于轨道式移动，且当目标位置发生改变或工作条件不适应时，需要重新铺设轨道，工时长，成本高，效率低。因此，需要研究一种方便更换目标位置且定位精准的智能移动胎架布置方法，通过电控永磁装置与定位装置的配合，可以实现智能移动胎架的精准固定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于公开了一种自移动式胎架机构控制系统和方法，以克服目前船舶建造过程中船用胎架移动困难、定位精度低、自动化程度低的问题，实现胎架自动导航定位、胎架自动固定安装、胎架自动调节高度，克服了胎架需要人工推拉或者手动调节的困难，提高船舶分段建造过程中胎架的布置效率与精度，降低工人的劳动强度。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：一种自移动式胎架机构控制系统，其包括上位机、自移动小车以及设置在自移动小车上的主控模块、驱动转向模块、小车固定模块、组合导航模块、胎架升降模块、电源模块和通信模块；其中，所述电源模块为各个模块供电，所述通信模块用于上位机和主控模块之间的数据传输；所述组合导航模块用于采集小车实时位置信息、姿态信息和环境特征信息，并传输给所述主控模块；所述主控模块用于接收上位机的信息和传感器数据的采集，并进行数据的分析处理形成相应的控制指令并传递至自移动小车的运动控制器，以便对所述驱动转向模块、小车固定模块和胎架升降模块的控制动作，进而实现自移动小车的自动行驶、自动固定和胎架自动升降的动作；其特征在于，所述小车固定模块包括电控永磁铁、悬挂机构和定位装置，电控永磁铁设置在自移动小车的底盘的底部，所述悬挂装置设置在驱动转向装置上，所述自移动小车移动行驶时，所述悬挂机构用于承载自移动胎架；所述定位装置预先布置在预定位置，且所述定位装置为磁性材质，以便使得电控永磁铁工作时能够与所述定位装置相吸；当所述主控模块发出自动固定的控制指令时，所述电控永磁体充电以便与定位装置相吸，进而使得悬挂机构收缩以收起车轮，并将所述自移动小车固定在定位装置的目标位置，当所述主控模块发出解除自动固定的控制指令时，向所述电控永磁铁施加反向电流以便使其磁性消失，进而使得自移动小车从定位装置上脱离。进一步，作为优选，所述的定位装置为预先布置在建造场地预定位置的铁板，且该预定位置由所述上位机根据分段质量BOM信息计算得到，根据分段的不同和实际情况的变化与地面的固定位置可以随时变换。进一步，作为优选，所述的驱动转向模块包括两个轮毂电机和舵机，两个轮毂电机作为后轮驱动轮，所述舵机控制前轮转向；通过主控模块输出脉冲宽度调制信号PWM来调节输出电流，进而控制轮毂电机的转动速度和舵机的旋转转角，从而实现自移动小车启动、停止、前进，后退和转向的动作，直至到达目标位置时停止。进一步，作为优选，所述的组合导航模块包括里程计、惯性导航单元、电子罗盘和超声波传感器；主控模块控制里程计、惯性导航单元和电子罗盘采集数据，并利用扩展卡尔曼滤波算法和PID控制算法进行最佳路径的规划；其中，所述主控模块控制里程计、惯性导航单元和电子罗盘采集的数据包括里程计测量的车轮转速、惯性导航单元测量的加速度、角加速度和电子罗盘测量的磁航向角，且所述惯性测量单元作为主要轨迹规划模块，里程计和电子罗盘分别抑制速度和航向角的误差累计。进一步，作为优选，所述的超声波传感器设置在自移动小车的底板的前后端，在行驶过程中两个超声波传感器通过向外发送和接收超声波来测距，当检测到障碍物距离小于安全距离时，超声波传感器发送低电平到主控模块，主控模块立即发送控制指令完成紧急避障。进一步，作为优选，所述的胎架升降模块包括步进电机、步进电机驱动器、丝杆齿轮组、位移传感器和压力传感器，所述步进电机与丝杆齿轮组通过联轴器连接，通过所述步进电机驱动所述丝杆齿轮组的齿轮转动，从而带动所述丝杆齿轮组的丝杆上下移动，以便驱动胎架升降，所述位移传感器用于实时检测升降过程中胎架的位移距离；升降动作时，所述主控模块接收上位机发送的胎架升降高度信息，并根据指令控制步进电机驱动器，实现所述步进电机的启停和转动速度动作，当位移传感器检测到的位移高度达到预设高度时，所述步进电机停止转动；通过压力传感器检测的压力大小范围来实现建造过程中的高度动态调节。进一步，作为优选，所述的主控模块选用STM32F103单片机控制板，分别与驱动转向模块、小车固定模块、组合导航模块、胎架升降模块通过串口通讯连接，以用于获取通讯模块获得的胎架目标位置信息、胎架高度信息和永磁铁控制指令，并接收组合导航模块采集的信息。进一步，作为优选，所述电源模块采用可充电的蓄电池供电，通过2个LM2596稳压模块将电压降至5V和3.3V，分别给传感器、单片机、电机和电控永磁铁供电。进一步，作为优选，所述的通信模块采用无线通信模块进行数据传输，无线通信模块为WIFI模块。进一步，本专利技术还提供了一种自移动式胎架机构控制系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：(1)根据分段BOM信息确定胎架在建造场地的位置并在该位置布设定位装置，上位机通过通信模块向主控模块发送胎架的目标位置；(2)主控模块接收上位机发送的胎架目标位置信息后，采集组合导航模块的传感器信息，利用扩展卡尔曼滤波多传感器融合算法解算出胎架的移动轨迹，向驱动转向模块发送控制指令，驱动自移动小车按轨迹移动，当组合导航模块的超声波传感器检测到障碍物，进行紧急避障，直至到达目标位置停止移动；(3)胎架到达目标位置后，操作人员通过上位机向主控模块发布自动固定指令，主控模块按指令给电控永磁铁充电使悬挂机构压缩，车轮被压入底盘中，从而使胎架固定在预设的定位装置上。(4)胎架固定后，通过上位机发送的胎架高度信息，在主控模块和胎架升降模块的控制下达到预设的高度。本专利技术的船用自移动式胎架机构控制系统和方法，具有以下有益效果：1、利用多传感器融合导航定位，实现了胎架自移动和胎架移动过程位置的精准定位控制，提高控制精度。2、通过电控永磁装置对定位装置的吸附，自主完成胎架的固定，避免了人工安装，且电控永磁体磁性对能源的损耗极小，实现了绿色节能环保；3、通过上位机可以实时的观测到胎架的移动轨迹和状态，便于操作工人的监管，提高了管理的效率。4、本方法适用于大部分胎架，增强胎架的重复利用率，减少人工成本，通用性高，经济性好。附图说明图1是本方法整体的立体结构简图，图2和图3是自移动小车的立体结构简图，图4是本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自移动式胎架机构控制系统，其包括上位机、自移动小车以及设置在自移动小车上的主控模块、驱动转向模块、小车固定模块、组合导航模块、胎架升降模块、电源模块和通信模块；其中，所述自移动小车用于承载胎架本体以将胎架本体自动行驶到目标位置，所述电源模块为各个模块供电，所述通信模块用于上位机和主控模块之间的数据传输；所述组合导航模块用于采集小车实时位置信息、姿态信息和环境特征信息，并传输给所述主控模块；所述主控模块用于接收上位机的信息和传感器数据的采集，并进行数据的分析处理形成相应的控制指令并传递至自移动小车的运动控制器，以便对所述驱动转向模块、小车固定模块和胎架升降模块的控制动作，进而实现自移动小车的自动行驶、自动固定和胎架自动升降的动作；其特征在于，/n所述小车固定模块包括电控永磁铁、悬挂机构和定位装置，电控永磁铁设置在自移动小车的底盘的底部，所述悬挂装置设置在驱动转向装置上，所述自移动小车移动行驶时，所述悬挂机构用于承载自移动胎架；/n所述定位装置预先布置在预定位置，且所述定位装置为磁性材质，以便使得电控永磁铁工作时能够与所述定位装置相吸；/n当所述主控模块发出自动固定的控制指令时，所述电控永磁体充电以便与定位装置相吸，进而使得悬挂机构收缩以收起车轮，并将所述自移动小车固定在定位装置的目标位置，当所述主控模块发出解除自动固定的控制指令时，向所述电控永磁铁施加反向电流以便使其磁性消失，进而使得自移动小车从定位装置上脱离。/n...

【技术特征摘要】
1.一种自移动式胎架机构控制系统，其包括上位机、自移动小车以及设置在自移动小车上的主控模块、驱动转向模块、小车固定模块、组合导航模块、胎架升降模块、电源模块和通信模块；其中，所述自移动小车用于承载胎架本体以将胎架本体自动行驶到目标位置，所述电源模块为各个模块供电，所述通信模块用于上位机和主控模块之间的数据传输；所述组合导航模块用于采集小车实时位置信息、姿态信息和环境特征信息，并传输给所述主控模块；所述主控模块用于接收上位机的信息和传感器数据的采集，并进行数据的分析处理形成相应的控制指令并传递至自移动小车的运动控制器，以便对所述驱动转向模块、小车固定模块和胎架升降模块的控制动作，进而实现自移动小车的自动行驶、自动固定和胎架自动升降的动作；其特征在于，
所述小车固定模块包括电控永磁铁、悬挂机构和定位装置，电控永磁铁设置在自移动小车的底盘的底部，所述悬挂装置设置在驱动转向装置上，所述自移动小车移动行驶时，所述悬挂机构用于承载自移动胎架；
所述定位装置预先布置在预定位置，且所述定位装置为磁性材质，以便使得电控永磁铁工作时能够与所述定位装置相吸；
当所述主控模块发出自动固定的控制指令时，所述电控永磁体充电以便与定位装置相吸，进而使得悬挂机构收缩以收起车轮，并将所述自移动小车固定在定位装置的目标位置，当所述主控模块发出解除自动固定的控制指令时，向所述电控永磁铁施加反向电流以便使其磁性消失，进而使得自移动小车从定位装置上脱离。


2.根据权利要求1所述的一种自移动式胎架机构控制系统，其特征在于：所述的定位装置为预先布置在建造场地预定位置的铁板，且该预定位置由所述上位机根据分段质量BOM信息计算得到，根据分段的不同和实际情况的变化与地面的固定位置可以随时变换。


3.根据权利要求1所述的一种自移动式胎架机构控制系统，其特征在于：所述的驱动转向模块包括两个轮毂电机和舵机，两个轮毂电机作为后轮驱动轮，所述舵机控制前轮转向；通过主控模块输出脉冲宽度调制信号PWM来调节输出电流，进而控制轮毂电机的转动速度和舵机的旋转转角，从而实现自移动小车启动、停止、前进，后退和转向的动作，直至到达目标位置时停止。


4.根据权利要求1所述的一种自移动式胎架机构控制系统，其特征在于：所述的组合导航模块包括里程计、惯性导航单元、电子罗盘和超声波传感器；主控模块控制里程计、惯性导航单元和电子罗盘采集数据，并利用扩展卡尔曼滤波算法和PID控制算法进行最佳路径的规划；其中，所述主控模块控制里程计、惯性导航单元和电子罗盘采集的数据包括里程计测量的车轮转速、惯性导航单元测量的加速度、角加速度和电子罗盘测量的磁航向角，且所述惯性测量单元作为主要轨迹规划模块，里程计和电子罗盘分别抑制速度和航向角的误差累计。


5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：景旭文，周大志，刘金锋，周宏根，李纯金，李磊，朱天虎，杜晨晓，温晓健，陈宇，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32