全文摘要
本发明公开一种装卸机器人的控制系统，涉及机械自动控制技术领域，包括遥控器便携端及安装在装卸机器人上的遥控器机载端、机载电控端、执行端和传感端；遥控器便携端根据用户操作指令输出控制指令信息；遥控器机载端接收控制指令信息并传输至机载电控端；传感端实时采集装卸机器人的运行状态信息；机载电控端根据控制指令信息和运行状态信息输出电控比例阀的驱动控制脉冲宽度调制信号，并传输至执行端以实现对装卸机器人的控制；遥控器机载端还将装卸机器人的运行状态信息和外部环境视频信息上传至遥控器便携端以便向用户实时显示装卸机器人的运行状态和外部环境。因此，本发明提供的控制系统，大大提升装卸机器人的环境适应性和操控安全性。
主设计要求
1.一种装卸机器人的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括遥控器便携端以及安装在装卸机器人上的遥控器机载端、机载电控端、执行端和传感端；所述遥控器便携端通过有线或者无线方式与所述遥控器机载端通信；所述遥控器机载端与所述机载电控端、所述遥控器机载端与所述执行端、所述机载电控端与所述执行端、所述传感端与所述机载电控端均通过线束方式相连；其中，所述遥控器便携端用于根据获取的用户操作指令输出装卸机器人的控制指令信息并编码调制；所述遥控器机载端用于接收解析所述控制指令信息，并通过相应线束传输至所述机载电控端；所述传感端用于实时采集装卸机器人的运行状态信息和外部环境视频信息；所述机载电控端用于根据所述控制指令信息和所述装卸机器人的运行状态信息输出电控比例阀的驱动控制脉冲宽度调制信号，并通过相应线束传输至所述执行端以实现对装卸机器人的控制；所述机载电控端还用于将所述装卸机器人的运行状态信息和外部环境视频信息上传至所述遥控器便携端以便向用户实时显示所述装卸机器人的运行状态和外部环境；所述遥控器机载端还用于接收解析所述控制指令信息，产生电控比例阀的驱动控制脉冲宽度调制信号，并通过相应线束传输至所述执行端以实现对装卸机器人的控制。
设计方案
1.一种装卸机器人的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括遥控器便携端以及安装在装卸机器人上的遥控器机载端、机载电控端、执行端和传感端；
所述遥控器便携端通过有线或者无线方式与所述遥控器机载端通信；所述遥控器机载端与所述机载电控端、所述遥控器机载端与所述执行端、所述机载电控端与所述执行端、所述传感端与所述机载电控端均通过线束方式相连；
其中，
所述遥控器便携端用于根据获取的用户操作指令输出装卸机器人的控制指令信息并编码调制；
所述遥控器机载端用于接收解析所述控制指令信息，并通过相应线束传输至所述机载电控端；
所述传感端用于实时采集装卸机器人的运行状态信息和外部环境视频信息；
所述机载电控端用于根据所述控制指令信息和所述装卸机器人的运行状态信息输出电控比例阀的驱动控制脉冲宽度调制信号，并通过相应线束传输至所述执行端以实现对装卸机器人的控制；
所述机载电控端还用于将所述装卸机器人的运行状态信息和外部环境视频信息上传至所述遥控器便携端以便向用户实时显示所述装卸机器人的运行状态和外部环境；
所述遥控器机载端还用于接收解析所述控制指令信息，产生电控比例阀的驱动控制脉冲宽度调制信号，并通过相应线束传输至所述执行端以实现对装卸机器人的控制。
2.根据权利要求1所述的一种装卸机器人的控制系统，其特征在于，所述遥控器便携端包括第一微控制器、第一数据采集模块、第一433MHz射频模块、第一2.4GHz射频模块、第一RS485接口模块、第一显示模块及外围电路；所述第一数据采集模块通过通用输入\/输出端口与所述第一微控制器连接，所述第一433MHz射频模块通过串行外设接口与所述第一微控制器连接，所述第一2.4GHz射频模块通过串行外设接口与所述第一微控制器连接，所述第一显示模块通过通用输入\/输出端口与所述第一微控制器连接，所述第一RS485接口模块通过串口与所述第一微控制器连接。
3.根据权利要求1所述的一种装卸机器人的控制系统，其特征在于，所述遥控器机载端包括第二微控制器、第二433MHz射频模块、第二2.4GHz射频模块、驱动模块、第二RS485接口模块及外围电路；所述第二433MHz射频模块通过串行外设接口与所述第二微控制器连接，所述第二2.4GHz射频模块通过串行外设接口与所述第二微控制器连接，所述第二RS485接口模块通过串口与所述第二微控制器连接，所述第二微控制器通过通用输入\/输出端口与所述驱动模块连接；所述驱动模块还与所述执行端连接。
4.根据权利要求1所述的一种装卸机器人的控制系统，其特征在于，机载电控端包括第三微控制器、通讯模块、第二数据采集模块、控制输出模块和第二显示模块；所述通讯模块通过串口与所述第三微控制器连接，所述第二数据采集模块通过通用输入\/输出端口与所述第三微控制器连接，所述第二显示模块通过通用输入\/输出端口与所述第三微控制器连接，所述控制输出模块通过通用输入\/输出端口与所述第三微控制器连接。
5.根据权利要求4所述的一种装卸机器人的控制系统，其特征在于，所述传感端包括与所述第二数据采集模块分别连接的水温传感器、机油压力传感器、空气阻塞传感器、燃油液位传感器以及视频传感器。
6.根据权利要求5所述的一种装卸机器人的控制系统，其特征在于，所述执行端包括与所述控制输出模块分别连接的发动机启动继电器、燃油泵电控阀、行走马达电控阀、货叉控制电控阀、门架控制电控阀和底盘升降电控阀。
7.根据权利要求1所述的一种装卸机器人的控制系统，其特征在于，所述机载电控端的控制程序采用主程序循环扫描，与定时中断服务程序并行的程序框架。
8.根据权利要求1所述的一种装卸机器人的控制系统，其特征在于，所述遥控器便携端与所述遥控器机载端的主要通信方式射频模块无线通信，次要通信方式为线缆通信。
设计说明书
技术领域
本发明涉及机械自动控制技术领域，特别是涉及一种装卸机器人的控制系统。
背景技术
目前，物流行业中大型货物装卸搬运设备仍以传统的叉车为主。但是，传统叉车在自身设计中存在的一些问题，传统叉车已难以满足现代物流业对物流效率提高、仓储管理智能化水平提升、物流服务水平提升、人工成本降低等的现实需求，促使人们在叉车产品以外，寻求功能更完善的替代品。同时，物流配送环节对于较大型货物的搬运困难问题一直是物流行业亟需解决的问题。因此，现代物流业对能够随物流车辆运输的装卸搬运设备的需求越来越强烈。
随着现代高新技术不断引入，各类高新技术与工业装备的结合更加紧密，特别是计算机技术、自动控制技术和传感器技术的快速发展，使得工业装备在节能、高效、作业精度、人机工程和设备信息化等性能上大大提高，国外的工业装备制造商都推出了相应的新型产品，并继续竞相投入大量资金、人力和物力，进行工业装备电控系统高新技术的研究和开发。
电控系统对各工作过程的控制内容由传统的机械手段转变为电子控制手段，提高了控制精度，扩展了控制内容和控制手段。为了开发出适应市场发展要求的新一代物流装卸机器人产品，传统的装卸叉车产品要与现代电子技术、机器人技术、计算机技术、人工智能技术、通讯技术、多传感器融合技术和网络信息技术等高新技术相互渗透融合，不断提高装备的技术含量。物流装卸机器人电控系统作为装备实现自动化、智能化、高效化和网络化的重要载体，已成为决定装备性能的主要因素，是目前物流装卸机器人的重要研发方向，是目前各物流装备厂商的研发工作重心所在。
发明内容
本发明的目的是提供一种装卸机器人的控制系统，具有装卸机器人的内燃机动力系统控制、驱动与行走速度自适应控制、门架与货叉液压系统控制、作业安全保护、无线遥控与通信等主要控制功能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种装卸机器人的控制系统，包括遥控器便携端以及安装在装卸机器人上的遥控器机载端、机载电控端、执行端和传感端；
所述遥控器便携端通过有线或者无线方式与所述遥控器机载端通信；所述遥控器机载端与所述机载电控端、所述遥控器机载端与所述执行端、所述机载电控端与所述执行端、所述传感端与所述机载电控端均通过线束方式相连；
其中，
所述遥控器便携端用于根据获取的用户操作指令输出装卸机器人的控制指令信息并编码调制；
所述遥控器机载端用于接收解析所述控制指令信息，并通过相应线束传输至所述机载电控端；
所述传感端用于实时采集装卸机器人的运行状态信息和外部环境视频信息；
所述机载电控端用于根据所述控制指令信息和所述装卸机器人的运行状态信息输出电控比例阀的驱动控制脉冲宽度调制信号，并通过相应线束传输至所述执行端以实现对装卸机器人的控制；
所述机载电控端还用于将所述装卸机器人的运行状态信息和外部环境视频信息上传至所述遥控器便携端以便向用户实时显示所述装卸机器人的运行状态和外部环境；
所述遥控器机载端还用于接收解析所述控制指令信息，产生电控比例阀的驱动控制脉冲宽度调制信号，并通过相应线束传输至所述执行端以实现对装卸机器人的控制。
可选的，所述遥控器便携端包括第一微控制器、第一数据采集模块、第一433MHz射频模块、第一2.4GHz射频模块、第一RS485接口模块、第一显示模块及外围电路；所述第一数据采集模块通过通用输入\/输出端口与所述第一微控制器连接，所述第一433MHz射频模块通过串行外设接口与所述第一微控制器连接，所述第一2.4GHz射频模块通过串行外设接口与所述第一微控制器连接，所述第一显示模块通过通用输入\/输出端口与所述第一微控制器连接，所述第一RS485接口模块通过串口与所述第一微控制器连接。
可选的，所述遥控器机载端包括第二微控制器、第二433MHz射频模块、第二2.4GHz射频模块、驱动模块、第二RS485接口模块及外围电路；所述第二433MHz射频模块通过串行外设接口与所述第二微控制器连接，所述第二2.4GHz射频模块通过串行外设接口与所述第二微控制器连接，所述第二RS485接口模块通过串口与所述第二微控制器连接，所述第二微控制器通过通用输入\/输出端口与所述驱动模块连接；所述驱动模块还与所述执行端连接。
可选的，机载电控端包括第三微控制器、通讯模块、第二数据采集模块、控制输出模块和第二显示模块；所述通讯模块通过串口与所述第三微控制器连接，所述第二数据采集模块通过通用输入\/输出端口与所述第三微控制器连接，所述第二显示模块通过通用输入\/输出端口与所述第三微控制器连接，所述控制输出模块通过通用输入\/输出端口与所述第三微控制器连接。
可选的，所述传感端包括与所述第二数据采集模块分别连接的水温传感器、机油压力传感器、空气阻塞传感器、燃油液位传感器以及视频传感器。
可选的，所述执行端包括与所述控制输出模块分别连接的发动机启动继电器、燃油泵电控阀、行走马达电控阀、货叉控制电控阀、门架控制电控阀和底盘升降电控阀。
可选的，所述机载电控端的控制程序采用主程序循环扫描，与定时中断服务程序并行的程序框架。
可选的，所述遥控器便携端与所述遥控器机载端的主要通信方式射频模块无线通信，次要通信方式为线缆通信。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
(1)遥控方式提升了装卸机器人环境适应性和安全性
以往重型叉车主要以驾驶员乘车驾驶的方式进行作业，本发明提供的遥控装卸机器人打破这一固有传统设计，装配智能电控控制系统，以遥控操作方式实现所有传统叉车的功能，结合传感器反馈的行车信息和外部环境视频信息，实现自动报警与监控，及时规避风险，大大提升装卸机器人的环境适应性和操控安全性。
(2)智能化电磁阀比例控制技术提升机器人控制的水平
机载电控端具有油门比例电磁阀的PWM控制、自动变速控制策略等程序控制模块，遥控器机载端也含有PWM驱动控制程序。本发明提供的电控系统能根据操作员控制指令、机器人工作状态及外部环境信息，智能融合生成对燃油泵、液压马达、门架、货叉、底盘等的电控比例阀的PWM驱动控制信号，从而实现发动机功率输出、机器人前进\/后退、门架移动、货叉升降、货叉倾斜、底盘升降等的精准控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例装卸机器人控制系统的整体结构框图；
图2为本发明实施例遥控器总体组成框架图；
图3为本发明实施例机载电控端的总体硬件结构框图；
图4为本发明实施例机载电控端的控制程序总体框架图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例装卸机器人控制系统的整体结构框图，如图1所示，本实施例提供的装卸机器人控制系统包括遥控器便携端以及安装在装卸机器人上的遥控器机载端、机载电控端、执行端和传感端。
遥控器便携端通过有线或者无线方式与遥控器机载端连接；遥控器机载端与机载电控端、遥控器机载端与执行端、机载电控端与执行端、传感端与机载电控端均通过线束方式相连。
传感端包括与机载电控端的第二数据采集模块分别连接的水温传感器、机油压力传感器、空气阻塞传感器、燃油液位传感器以及视频传感器。
执行端包括与机载电控端的控制输出模块分别连接的发动机启动继电器、燃油泵电控阀、行走马达电控阀、货叉控制电控阀、门架控制电控阀和底盘升降电控阀。
其中，
遥控器便携端用于根据获取的用户操作指令输出装卸机器人的控制指令信息并编码调制。
遥控器机载端用于接收解析控制指令信息，并通过相应线束传输至机载电控端。
传感端用于实时采集装卸机器人的运行状态信息。
机载电控端用于根据控制指令信息和装卸机器人的运行状态信息输出执行控制信号，并通过相应线束传输至执行端以实现对装卸机器人的控制。
机载电控端还用于将所述装卸机器人的运行状态信息和外部环境视频信息上传至所述遥控器便携端以便向用户实时显示所述装卸机器人的运行状态和外部环境。
遥控器机载端还用于接收解析控制指令信息，产生电控比例阀的驱动控制脉冲宽度调制信号，并通过相应线束传输至执行端以实现对装卸机器人的控制。
遥控器
遥控器由便携端与机载端组成，两者之间主要通过射频模块进行无线通信，线缆通信作为备用方式。
遥控器便携端负责采集按键、摇杆等操作指令及状态信息，产生相应的控制指令，并通过无线射频模块\/线缆发送至遥控器机载端。遥控器机载端负责接收并解析控制指令信息，并通过相应线束传输至机载电控端以实现对机器人的控制。
遥控器便携端的硬件电路如图2所示，包括第一微控制器(MCU)、第一电源模块、第一数据采集模块、第一433MHz射频模块、第一2.4GHz射频模块、第一RS485接口模块、第一显示模块及其它外围电路等。第一数据采集模块通过通用输入\/输出端口(GPIO)与第一微控制器(MCU)连接，第一433MHz射频模块通过串行外设接口(SPI)与第一微控制器(MCU)连接，第一2.4GHz射频模块通过串行外设接口(SPI)与第一微控制器(MCU)连接，第一RS485接口模块通过串口与第一微控制器(MCU)连接，第一显示模块通过通用输入\/输出端口(GPIO)与第一微控制器(MCU)连接，第一电源模块将电源调压至各种电压等级并布线到其他相应用电模块的电源输入端口。
遥控器机载端硬件电路如图2所示，包括第二微控制器(MCU)、第二电源模块、第二433MHz射频模块、第二2.4GHz射频模块、驱动模块、第二RS485接口模块及其它外围电路等。第二433MHz射频模块通过串行外设接口(SPI)与第二微控制器(MCU)连接，第二2.4GHz射频模块通过串行外设接口(SPI)与第二微控制器(MCU)连接，第二RS485接口模块通过串口与第二微控制器(MCU)连接，第二电源模块将外部电源(机载12V蓄电池)调压至各种电压等级并布线到其他相应用电模块的电源输入端口，第二微控制器(MCU)通过通用输入\/输出端口(GPIO)与驱动模块连接。
遥控器控制软件主要完成以下工作：
(1)系统初始化。包括硬件配置与软件配置。
(2)数据采集程序。通过I\/O电路采集按键、摇杆等开关量信号与模拟量信号，实现操作指令及装卸机器人状态信息的采集。
(3)无线通信程序。通过射频通信传输协议，控制装卸机器人动作及获取装卸机器人状态信息、系统运行状态、外部环境状态信息；
(4)串口通信程序。实现遥控器便携端与遥控器机载端线缆方式控制。
(5)驱动控制程序。遥控器机载端根据控制指令产生液压马达、门架、货叉、底盘部分的电控比例阀的驱动控制脉冲宽度调制(PWM)信号输出。
遥控器无线通信过程：遥控器便携端的第一数据采集模块采集到用户操作指令后，通过通用输入\/输出端口(GPIO)将用户操作指令信号传输给第一微控制器(MCU)，第一微控制器(MCU)对用户操作指令信号处理后通过串行外设接口(SPI)将控制指令信号传输给第一433MHz射频模块，第一433MHz射频模块对控制指令信号信号编码、调制后通过无线信道传输到遥控器机载端。遥控器机载端的第二433MHz射频模块接收到控制指令信号经解调、解码后通过串行外设接口(SPI)传输给第二微控制器(MCU)，第二微控制器(MCU)再作后续处理。
遥控器有线通信过程：在选用线控方式下，遥控器便携端的第一数据采集模块采集到用户操作指令后，通过通用输入\/输出端口(GPIO)将用户操作指令信号传输给第一微控制器(MCU)，第一微控制器(MCU)对用户操作指令信号处理后通过串口将控制指令信号传输给第一RS485接口模块，第一RS485接口模块对控制指令信号编码后通过线缆传输到遥控器机载端。遥控器机载端的第二RS485接口模块接收到来自遥控器便携端的控制指令信号，并经解码后通过串口传输给第二微控制器(MCU)，第二微控制器(MCU)再作后续处理。
机载电控端
机载电控端的硬件组成如图3所示，主要包括第三微控制器、第三电源模块、通讯模块、第二数据采集模块、控制输出模块、第二显示模块等。第二显示模块通过通用输入\/输出端口(GPIO)与第三微控制器连接，通讯模块通过串口与第三微控制器连接，第二数据采集模块通过通用输入\/输出端口(GPIO)与第三微控制器连接，控制输出模块通过通用输入\/输出端口(GPIO)与第三微控制器连接，第三电源模块将电源调压至各种电压等级并布线到其他相应用电模块的电源输入端口，其他外部设备或信号(如12V电源、传感器、按键开关、遥控\/线控指令、点火开关、发电机、启动电机等)则通过机载电控端电路板上的接线端子连接。
第三微控制器是机载电控端的核心部分，第三微控制器采用ARM核芯片，负责信号的采集和系统的主要控制任务。第三电源模块负责将12V电源转化为相应电压级别给各模块电路使用。通讯模块实现机载电控端与遥控器机载端的有线通讯。第二数据采集模块实现对内燃机水温、机油压力、燃油液位、环境视频等传感器数据的采集以及接收来至遥控器机载端输入的控制指令信息。控制输出模块根据控制指令信息及装卸机器人的工作状态信息产生相应的执行控制信号，包括发动机启动控制信号、发电机控制信号、启动电机控制信号、油门比例电磁阀控制信号、照明大灯控制信号、警示灯控制信号、扬声器控制信号等。第二显示模块包括彩色液晶显示屏、故障指示灯，具有显示油量、机油、水温、接收到无线信号、照明控制输出、电池告警参数等指示功能。
机载电控端的整个控制程序采用主程序循环扫描，与定时中断服务程序并行的程序框架有效地实现对装卸机器人的控制，满足系统控制和监测的要求。机载电控端的控制程序采用模块化设计，主要由数据采集程序模块、线控通讯程序模块、实时控制程序模块、系统管理模块、界面显示模块以及报警监控模块组成。控制程序总体框架如图4所示。其中实时控制程序模块涵盖控制功能较多，主要包含了发动机启动程序、发电机启动程序以及照明大灯、警示灯、扬声器等的开关量输出控制程序，油门比例电磁阀的PWM控制、自动变速控制策略等。
在对操作人员进行简单培训后便能安全操控遥控装卸机器人，使装卸机器人在超出操作人员视线范围的情况下，依然能实现装卸、搬运等所有功能。操作人员通过遥控器便携端发出的指令，装卸机器人能在400m有效范围内接收并精准实现以下动作：1)整车的前后移动，加速减速；2)内外门架沿导轨作上下和前后移动；3)内外门架0°～90°翻转折叠；4)底盘部分结构升降。机载电控端能够通过遥控通信模块能及时向操作人员反馈机器人动力系统、工作装置、外部环境等行车状态信息，从而起到辅助操控决策的作用，确保机器人作业安全。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201910729539.3
申请日:2019-08-08
公开号:CN110434875A
公开日:2019-11-12
国家:CN
国家/省市:授权编号:授权时间:主分类号:B25J 13/00
专利分类号:B25J13/00;B25J9/16
范畴分类:40E;
申请人:桂林市富华金属制品有限公司
第一申请人:桂林市富华金属制品有限公司
申请人地址:541100广西壮族自治区桂林市临桂区临桂镇乐和工业区
发明人:王明富;杨建波;张林渝;王艺霖;刘争红
第一发明人:王明富
当前权利人:桂林市富华金属制品有限公司
代理人:刘凤玲
代理机构:11569
代理机构编号:北京高沃律师事务所
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计