全文摘要
本实用新型公开了一种智能轨道巡检机器人双驱三闭环运动控制装置，包括与机器人连接的前驱动装置和后驱动装置，在前驱动装置和后驱动装置上分别设有第一伺服驱动器和第二伺服驱动器，第一伺服驱动器和第二伺服驱动器分别与前驱伺服电机和后驱伺服电机连接，机器人上设有控制器，控制器与第一伺服驱动器和第二伺服驱动器信号连接，在机器人上还设有编码器，编码器与控制器连接，在机器人轨道上均匀分布有若干个射频定位传感器，射频定位传感器与控制器信号连接。本实用新型的一种智能轨道巡检机器人双驱三闭环运动控制装置，机器人在运行时，能够准确的提供机器人的位置信息，实现机器人平稳加减速，精确停车。
主设计要求
1.一种智能轨道巡检机器人双驱三闭环运动控制装置，其特征在于：包括与机器人连接的前驱动装置和后驱动装置，在前驱动装置和后驱动装置上分别设有第一伺服驱动器和第二伺服驱动器，第一伺服驱动器和第二伺服驱动器分别与前驱伺服电机和后驱伺服电机连接，机器人上设有控制器，控制器与第一伺服驱动器和第二伺服驱动器信号连接，在机器人上还设有编码器，编码器与控制器连接，在机器人轨道上均匀分布有若干个射频定位传感器，射频定位传感器与控制器信号连接。
设计方案
1.一种智能轨道巡检机器人双驱三闭环运动控制装置，其特征在于：包括与机器人连接的前驱动装置和后驱动装置，在前驱动装置和后驱动装置上分别设有第一伺服驱动器和第二伺服驱动器，第一伺服驱动器和第二伺服驱动器分别与前驱伺服电机和后驱伺服电机连接，机器人上设有控制器，控制器与第一伺服驱动器和第二伺服驱动器信号连接，在机器人上还设有编码器，编码器与控制器连接，在机器人轨道上均匀分布有若干个射频定位传感器，射频定位传感器与控制器信号连接。
2.根据权利要求1所述的智能轨道巡检机器人双驱三闭环运动控制装置，其特征在于：所述控制器为STM32F107，控制器与工控机连接，工控机通过锂电池组供电。
3.根据权利要求1所述的智能轨道巡检机器人双驱三闭环运动控制装置，其特征在于：所述第一伺服驱动器和第二伺服驱动器均包含FPGA和DSP处理器。
4.根据权利要求1所述的智能轨道巡检机器人双驱三闭环运动控制装置，其特征在于：所述前驱动装置和后驱动装置均通过柔性连接装置与机器人连接。
5.根据权利要求4所述的智能轨道巡检机器人双驱三闭环运动控制装置，其特征在于：所述柔性连接装置呈H型，具有固定在两侧驱动装置和电机底部的固定部以及连接固定部的连接部。
6.根据权利要求5所述的智能轨道巡检机器人双驱三闭环运动控制装置，其特征在于：所述连接部与固定部之间均通过轴承连接。
设计说明书
技术领域
本发明涉及智能轨道巡检机器人双驱三闭环运动控制装置，属于机器人领域。
背景技术
公路、铁路、电力、国防、市政等领域的重要设施需要定期进行巡检和维护，并在紧急情况下，展开紧急救援工作，但由于这些设施数量众多、布局分散，目前多依赖人工巡检和维护，导致巡检维护工作量大，成本高昂，且有一定的安全隐患。当有重大事故发生时，可能事故发生地与救援人员距离较远，救援设施无法及时发挥救援作用。轨道式移动巡检机器人利用自动化、通信、机械等技术，在架设的双轨式轨道上自由移动，不仅可按照要求，定期对重要设施进行巡检和维护，当发生事故时，还可准确移动到事故现场，及时展开救援工作。现有轨道巡检机器人采用单驱单闭环的控制方式，启动、停止、高速运行时稳定性差，爬坡能力弱。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种智能轨道巡检机器人双驱三闭环运动控制装置，机器人在运行时，能够准确的提供机器人的位置信息，实现机器人平稳加减速，精确停车。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种智能轨道巡检机器人双驱三闭环运动控制装置，包括与机器人连接的前驱动装置和后驱动装置，在前驱动装置和后驱动装置上分别设有第一伺服驱动器和第二伺服驱动器，第一伺服驱动器和第二伺服驱动器分别与前驱伺服电机和后驱伺服电机连接，机器人上设有控制器，控制器与第一伺服驱动器和第二伺服驱动器信号连接，在机器人上还设有编码器，编码器与控制器连接，在机器人轨道上均匀分布有若干个射频定位传感器，射频定位传感器与控制器信号连接。
作为优选，所述控制器为STM32F107，控制器与工控机连接，工控机通过锂电池组供电。
作为优选，所述第一伺服驱动器和第二伺服驱动器均包含FPGA和DSP处理器。
作为优选，所述前驱动装置和后驱动装置均通过柔性连接装置与机器人连接。
作为优选，所述柔性连接装置呈H型，具有固定在两侧驱动装置和电机底部的固定部以及连接固定部的连接部。前驱动装置和后驱动装置与机器人之间的柔性连接装置可以起到稳定整个装置的作用。由于比单驱动结构拥有与轨道更多的接触面，同时不同的驱动机构共振点相互抵消，从而使得整体在高速行驶中震动减小，防止损坏内部的电子设备。
有益效果：本发明的智能轨道巡检机器人双驱三闭环运动控制装置，机器人在运行时，编码器能够提供机器人的位置，当机器人经过射频定位传感器时，编码器记录的距离修正为射频定位传感器的数值，消除了编码器的累积误差，能够准确的提供机器人的位置信息，实现机器人平稳加减速，精确停车。
附图说明
图1为机器人驱动组成示意图。
图2为运动控制系统图。
图3为三闭环(速度闭环、位置内闭环及位置外闭环)控制系统示意图。
图4为柔性连接装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1至图3所示，级联式轨道巡检机器人由三段车体构成，第一段负责前驱、第二段从动、第三段负责后驱；前驱和后驱在机器人前进或后退方向提供驱动力，驱动机器人实现正反方向运行，在平直轨道运行时，机器人单驱模式控制，在有坡度轨道等需要更大驱动力时，机器人自动切换至双驱模式，完成爬坡。
如图2所示，机器人运动控制系统以STM32F107为核心，同FPGA+DSP的伺服驱动器形成以速度为参数的速度闭环，以编码器采集到的位置信息为参数的位置内闭环，在机器人运行轨道上，每50米安装一个射频定位传感器，以校准编码器反馈到STM32F107控制器的位置信息，此为位置外闭环，形成三闭环控制，以更加稳定、精确的控制机器人行走，实现更加稳定的加减速、快速启停、爬坡等功能。
速度闭环：速度闭环和位置内闭环形成的三闭环控制系统如图3所示，伺服驱动器采集到的电机实时运行速度信号，将此信号反馈到STM32F107控制器，形成速度闭环，假设工作人员设定机器人的速度为S，当伺服驱动器采集到伺服电机速度(设为Sf)未达到S时，STM32F107控制器发送加速控制信号到伺服驱动器，伺服驱动器不断控制伺服电机加速，当伺服驱动器采集到伺服电机速度Sf超过S时，STM32F107控制器发送减速控制信号到伺服驱动器，伺服驱动器控制伺服电机降低转速趋近于S；不断调整直到电机速度达到设定值S。
位置内闭环：编码器反馈到STM32F107控制器的位置信号，形成位置内闭环；假设工作人员设定机器人终点位置为L，机器人启动运行，STM32F107控制器不断接收编码器反馈的位置信息，当机器人当前位置离设定位置L较远时，STM32F107控制器通过伺服驱动器控制伺服电机加速运行，当机器人当前位置离设定位置L较近时，STM32F107控制器通过伺服驱动器控制伺服电机减速运行，机器人离设定速度越近，通过控制器控制伺服电机转速不断降低，直到STM32F107控制器接收到编码器反馈的位置值等于设定的终点位置L，控制伺服电机停止转动，机器人停止运行。
位置外闭环：在机器人运行轨道上，每50米安装一个射频定位传感器，目的是校准编码器反馈到STM32F107控制器的位置信息，形成位置外闭环。编码器的优点在于可以实时反馈机器人的位置信息，射频定位传感器则消除了编码器的累积误差。
如图4所示，所述前驱动装置和后驱动装置均通过柔性连接装置与机器人连接，所述柔性连接装置呈H型，具有固定在两侧驱动装置和电机底部的固定部以及连接固定部的连接部。固定部33设有通孔，在通孔内设有凸台，连接部31为螺杆，连接部两端设有台阶，在连接部31两端安装有轴承，轴承32通过螺母固定在连接部上。
一种上述的智能轨道巡检机器人双驱三闭环运动控制装置，包括以下步骤：
(1)智能轨道巡检机器人行驶在轨道上，在机器人前端和后端分别安装有前驱动装置和后驱动装置，机器人上安装有编码器，在轨道上安装有射频定位传感器；
(2)测试小车沿轨道行驶，记录平稳行驶速度以及爬坡速度，以及爬坡位置，将平稳行驶速度以及爬坡速度，以及爬坡位置存入控制器中，作为设定参数，行驶速度是人为设置的，平稳行驶速度可达4m\/s，具体看应用场景，有些电力管廊设置运行速度0.5m\/s，有些行车隧道设置3～5m\/s，爬坡速度是低速爬坡，一般速度小于1m\/s，机器人第一次行驶路径学习完成后可知哪有坡道，到坡道会自动减速；
(3)第一伺服驱动器采集前驱伺服电机实时运行速度信号，将此信号反馈到控制器，当第一伺服驱动器采集到前驱伺服电机未达到设定值时，控制器发送加速控制信号到第一伺服驱动器，第一伺服驱动器不断控制前驱伺服电机加速，当第一伺服驱动器采集到伺服电机速度超过设定值时，控制器发送减速控制信号到第一伺服驱动器，第一伺服驱动器控制前驱伺服电机降低转速趋近于设定值，不断调整直到电机速度达到设定值；
(4)编码器反馈机器人的位置信号给控制器，形成位置内闭环，控制器不断接收编码器反馈的位置信息，当机器人当前位置离设定位置较远时，控制器通过第一伺服驱动器控制前驱伺服电机加速运行，当机器人当前位置离设定位置较近时，控制器通过第一伺服驱动器控制前驱伺服电机减速运行，机器人离设定速度越近，通过控制器控制前驱伺服电机转速不断降低，直到控制器接收到编码器反馈的位置值等于设定的终点位置，控制前驱伺服电机停止转动，机器人停止运行。
(5)在机器人运行轨道上，每50米安装一个射频定位传感器，目的是校准编码器反馈到STM32F107控制器的位置信息，形成位置外闭环。编码器的优点在于可以实时反馈机器人的位置信息，射频定位传感器则消除了编码器的累积误差。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920045482.0
申请日:2019-01-11
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:84(南京)
授权编号:CN209831626U
授权时间:20191224
主分类号:B25J5/02
专利分类号:B25J5/02;B25J9/16
范畴分类:40E;
申请人:南京天创电子技术有限公司
第一申请人:南京天创电子技术有限公司
申请人地址:210012 江苏省南京市雨花台区软件大道168号4栋6层
发明人:刘爽;闵济海;雷凌;刘宏钰;姜红杉;张志坚
第一发明人:刘爽
当前权利人:南京天创电子技术有限公司
代理人:宋方园
代理机构:32335
代理机构编号:南京华恒专利代理事务所(普通合伙) 32335
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计
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