一种桥梁缆索检测机器人的控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种桥梁缆索检测机器人的控制系统，包括上位机、运动控制单元以及无线通讯单元，运动控制单元包括主控制器、驱动器、位置和速度控制模块以及传感器检测模块，上位机通过无线通讯单元将控制信号发送给主控制器，主控制器与驱动器连接，驱动器通过位置和速度控制模块与机器人连接，传感器检测模块对机器人各个轮子的速度、行进方向以及行进范围进行实时监控，并将检测得到的信号发送给主控制器，主控制器将此信号与上位机发送的信号进行比较，形成控制误差信号，并反馈给驱动器，驱动器调整机器人，对机器人形成闭环控制。与现有技术相比，本发明专利技术具有控制精确度高、工作效率高、自适应能力增强以及稳定性好等优点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种桥梁缆索检测机器人的控制系统，包括上位机、运动控制单元以及无线通讯单元，运动控制单元包括主控制器、驱动器、位置和速度控制模块以及传感器检测模块，上位机通过无线通讯单元将控制信号发送给主控制器，主控制器与驱动器连接，驱动器通过位置和速度控制模块与机器人连接，传感器检测模块对机器人各个轮子的速度、行进方向以及行进范围进行实时监控，并将检测得到的信号发送给主控制器，主控制器将此信号与上位机发送的信号进行比较，形成控制误差信号，并反馈给驱动器，驱动器调整机器人，对机器人形成闭环控制。与现有技术相比，本专利技术具有控制精确度高、工作效率高、自适应能力增强以及稳定性好等优点。【专利说明】一种桥梁缆索检测机器人的控制系统
本专利技术涉及机器人控制领域，尤其是涉及一种基于PLC控制器和无线通讯技术的桥梁缆索检测机器人的控制系统。
技术介绍
目前的缆索检测工作，主要是由检测工人带修理工具自行攀爬缆索进行维修，不仅耗费人力，工作效率不高，还存在检测工人跌落的风险危害，随着机器人技术的开发与研究，桥梁缆索检测机器人应运而生，桥梁缆索检测机器人就是在斜拉桥缆索检测领域代替高空检测工从事缆索检测任务的工业机器人。但是，桥梁缆索检测机器人技术刚刚起步，目前还处于研究开发阶段，现有的轮式缆索检测机器人的行进距离是靠编码器的脉冲数来决定，不能有效地控制车轮打滑造成的误差。其次，由于机器人沿着缆索向上行进，运动的过程中无线信号传输的稳定性是一个关键的参数，行进速度受限。为了克服以上的问题对检测质量的影响，提高缆索检测机器人的智能化水平和工作的可靠性以及高效率性，要求检测机器人控制系统在基于PLC的基础上，融合传感器技术、无线信号传输技术以及计算机控制技术，实现检测过程的自主化和智能化。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种桥梁缆索检测机器人的控制系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现:一种桥梁缆索检测机器人的控制系统，用于控制机器人在缆索上运行以及监测缆索的实际情况，其特征在于，该系统包括上位机、运动控制单元以及无线通讯单元，所述的运动控制单元包括主控制器、驱动器、位置和速度控制模块以及传感器检测模块，所述的上位机通过无线通讯单元将对机器人的控制信号发送给主控制器，所述的主控制器与驱动器连接，所述的驱动器通过位置和速度控制模块与机器人连接；所述的传感器检测模块对机器人各个轮子的速度、行进方向以及行进范围进行实时监控，并将检测得到的信号发送给主控制器，所述的主控制器将此信号与上位机发送的信号进行比较，形成控制误差信号，并反馈给驱动器，所述的驱动器通过位置和速度模块调整机器人，进而减小误差，对机器人形成闭环控制。所述的控制系统还包括图像采集单元，该图像采集单元包括固定在机器人上的多台高分辨率网络摄像机，所述的网络摄像机对缆索上的图像信息进行采集和存储，同时将采集到的图像数据通过无线通讯单元发送给上位机，所述的上位机根据现场实时图像，对机器人的控制策略进行调整。所述的无线通讯单元包括无线收发器、无线网桥、网络交换机以及串口转换器，所述的无线收发器包括定向无线收发器和全向无线收发器，所述的上位机通过定向无线收发器与无线网桥连接，所述的无线网桥通过全向无线收发器与网络交换机连接，所述的网络交换机与网络摄像机连接，所述的网络交换机通过串口转换器与主控制器连接。所述的上位机设有人机控制界面，所述的人机控制界面包括机器人控制模块、图像查看和拼接模块以及视频监测模块，通过界面操作，实时控制机器人行进速度和位置、查看图像和视频质量以及实时调整控制策略。所述的传感器检测模块包括传感器和信号转换器，所述的传感器将检测的模拟信号经过信号转换器转换为数字信号后发送给主控制器，所述的传感器包括光电编码器、方向传感器以及限位传感器，所述的光电编码器安装在机器人从动轮的转动轴上，所述的方向传感器安装在机器人转动轮上方的支架上，所述的限位传感器安装在机器人两端。所述的位置和速度控制模块包括脉冲输出模块、高速计数器输入模块以及模拟量输入模块。所述的控制系统还包括主电源和备用电源，所述的主电源采用48V可充电锂电池，通过对主电源电量的检测，当低于一定电量无法驱动机器人时，启动备用电源。所述的无线通讯系统还包括备用的3G无线模块，在通过无线网桥传送指令无效或者是接收无法相应的情况下，上位机通过备用的3G无线模块发送指令给主控制器，使得在故障情况时机器人能够顺利从高空滑下以便调整。所述的网络摄像机通过弧形支架固定在机器人上，并与缆索之间形成固定距离和固定角度。所述的网络摄像机具有高分辨率的摄像头，能够在焦距为IOOmm的情况下，清晰的分辨0.0lmm的缆索裂纹，所述的控制系统为了后续能够将圆柱形缆索图像拼接成一幅完整的平面图像，在缆索上进行了位置标定，每隔50mm标记一次，在保证在IOOmm距离下能分辨0.0lmm裂纹的情况下,单个摄像头能够覆盖的范围是100mm,通过传感器反馈的闭环控制，精确控制机器人每行进100_采集一次图像。所述的主控制器为PLC控制器。所述的控制系统可采用手动和自动两种控制方式，上位机通过无线通讯单元给主控制器传送指令，使得机器人能在手动和自动两种控制方式之间不定时切换，提高机器人的灵活性和工作效率，保证机器人在出现故障时及时回收机器人，具备双重保护机器人的功能。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点:1、增加了机器人的外部传感功能，将各个传感器的信息进行融合，实现位置和速度闭环控制，减小了对机器人的控制误差，提高机器人位置和速度控制的精确度，提高了缆索检测的工作效率；2、采用高分辨率的网络摄像头对缆索信息采集，并将图像和视频信息回传到地面基站，能够更加准确而有效的对缆索上每一个裂纹进行检测识别；3、基于西门子PLC自由口通讯原理自主建立PLC控制器和上位机之间远程通讯，能够实时收发数据，实现对机器人进行在线控制；4、在上位机上自主设计了的人机控制界面，能够对采集的图像和视频进行监测，实时调整控制策略，以达到最优，使得整个控制系统的自适应能力增强，稳定性好；5、本专利技术灵活地启动备用的3G无线通讯方案，通过3G通道回收机器人，以便检修和再使用，该通道旨在防止机器人故障死机后停留在高空无法动作，3G通道可以提高机器人的整体工作效率、自适应性能力以及故障恢复能力。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术的框架示意图；图2为本专利技术控制系统的主要组成图；图3为本专利技术无线通讯单元框架示意图；图4为本专利技术运动控制单元控制原理图；图5为本专利技术图像采集单元采集流程图；图6为本专利技术人机控制界面示意图；图7为本专利技术机器人整体结构图。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明，本实施例仅为使本专利技术的优点和可行性方案能够被本领域的广大技术人员理解，而非对本专利技术及其应用或用途的限制，根据本专利技术得出的其它实施方式，也同样属于本专利技术的技术创新范围。随着电子技术和计算机技术的迅速发展，单片机、ARM、PLC等等的主要控制器也广泛应用于航天航空、工业控制方面，其中PLC控制器由于其低成本、高度网络化、抗干扰性强、可靠性高、通讯功能强一些显著高于其他控制器的优点在工业过程控制上得到应用。由于PLC在开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种桥梁缆索检测机器人的控制系统，用于控制机器人在缆索上运行以及监测缆索的实际情况，其特征在于，该系统包括上位机、运动控制单元以及无线通讯单元，所述的运动控制单元包括主控制器、驱动器、位置和速度控制模块以及传感器检测模块，所述的上位机通过无线通讯单元将对机器人的控制信号发送给主控制器，所述的主控制器与驱动器连接，所述的驱动器通过位置和速度控制模块与机器人连接；所述的传感器检测模块对机器人各个轮子的速度、行进方向以及行进范围进行实时监控，并将检测得到的信号发送给主控制器，所述的主控制器将此信号与上位机发送的信号进行比较，形成控制误差信号，并反馈给驱动器，所述的驱动器通过位置和速度模块调整机器人，进而减小误差，对机器人形成闭环控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何斌，刘登跃，沈润杰，王昆，杨园园，王成，泮凯翔，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：