换流阀大厅内壁清洁机器人的控制系统的制作方法

本发明涉及一种换流阀大厅内壁清洁机器人的控制系统。

背景技术：

换流站是在高压直流输电系统中，为了完成直流电与交流电的转换，并达到电力系统对于安全稳定及电能质量而建立的站点。换流阀是直流输电工程的核心设备，通过依次将三相交流电压连接到直流端得到期望的直流电压并实现对功率的控制，其价值约占换流站成套设备总价的22～25％。换流阀大厅是放置换流阀的封闭建筑，其内壁累积的灰尘若不及时清理会扩散到空气中，从而对换流阀的正常运行和使用寿命产生很大影响。目前，壁面的清洁工作由人工完成，需购买专业升降机器，效率低、危险性高且浪费了大量的人力和物力，为保证换流阀大厅内部清洁，提高换流阀运行稳定性，研制自动化清洁机器人势在必行。

技术实现要素：

为了克服现有壁面的清洁工作由人工完成，需购买专业升降机器，效率低、危险性高且浪费了大量的人力和物力的缺陷，本发明提供一种能够保证换流阀大厅内部清洁、提高换流阀运行稳定性的换流阀大厅内壁清洁机器人的控制系统。

本发明采用的技术方案是：

换流阀大厅内壁清洁机器人的控制系统，其特征在于：包括至少一个驱动模块、至少一个被控对象步进电机、电动推杆、清洁模块、导向模块、避障模块、电脑PC端、单片机芯片以及CAN总线，所述的单片机芯片分别与驱动模块、清洁模块、导向模块、避障模块、电脑PC端连接；其中，

所述的电脑PC端，与CAN总线连接，所述的电脑PC端从所述的CAN总线中接收所有的总线消息，以完成对所述的驱动模块、清洁模块、导向模块、避障模块的初始化和工作状态的监控；

所述的驱动模块，与CAN总线连接，所述的驱动模块从所述的CAN总线中获取导航信息，并且通过步进电机驱动器实现机器人在攀爬行进和原路返程时步进电机的正转、反转和停止；

所述的清洁模块，与CAN总线连接，所述的清洁模块从所述的CAN总线中获取开始清洁信息，进而通过控制电动推杆的伸缩实现清洁刷的上升和下降，清洁刷下降的距离由电动推杆的行程决定；

所述的导向模块，与CAN总线连接，所述的导向模块对两个测距传感器实施控制，当测距传感器实时测得的机器人至左右两侧壁面凸起边缘的距离大小在设定距离范围内(测距传感器分别安装在左前轮固定板左侧和右前轮固定板右侧，分别检测机器人至左右两侧壁面凸起边缘的距离)，机器人正常攀爬行进或原路返程；当测距传感器实时测得的距离大小超出设定距离时，反馈信号通过CAN总线传输至单片机芯片，单片机芯片根据反馈信号调节两个步进电机速度以达到纠偏的效果；

所述的避障模块，与CAN总线连接，所述的避障模块对广角摄像头实施控制，通过输入程序实现广角摄像头的环境识别、环境重建和重新规划路线三种功能，在广角摄像头识别前方遇障时，反馈信号通过CAN总线传输至单片机芯片，单片机芯片根据障碍反馈信息对步进电机发出指令，令其停车或反转，以达到避障效果。

所述的驱动模块、步进电机、电动推杆分别包括两个，即左端步进电机控制器和右端步进电机控制器，左端步进电机和右端步进电机，左端电动推杆和右端电动推杆。

所述的清洁刷为U型清洁刷。

所述的电脑PC端可实时监控控制系统运行情况，所述的单片机芯片为控制中枢，通过烧入程序控制各个被控对象；所述的CAN总线为控制器局域网络，其以节点形式实现控制系统与被控对象的数据通讯。

本发明控制系统对机器人实施控制时，基本流程框架为：(1)机器人位于壁面底部初始状态，广角摄像机开启，机器人进入识别障碍状态；(2)测距传感器得电，机器人进入实时测距状态；(3)电动推杆得电，推杆伸出，“U”型清洁刷垂直下降；(4)电动推杆行程到达，电动推杆失电；(5)步进电机通电，机器人行进；(6)机器人遇障或至顶，步进电机先停止后反转；(7)机器人返程至初始位置，步进电机失电；(8)电动推杆得电，推杆回缩，“U”型清洁刷垂直上升；(9)电动推杆行程到达，电动推杆失电；(10)测距传感器失电，机器人关闭实时测距状态；(11)广角摄像机失电，机器人关闭识别障碍状态；(12)返回初始状态。除上述流程外，机器人还要实时处理各个反馈信号，并对各个被控对象重新发送指令，以达到最佳控制效果。

本发明的技术构思为：采用CAN总线形式，对机器人的控制系统进行设计，电脑PC端用于实时监控控制系统运行情况，单片机芯片作为控制中枢，对机器人各个被控对象实施控制。以模块化形式对控制系统的被控对象进行划分，使控制系统设计简单化、明了化。

本发明的有益效果体现在：

首先，针对换流阀大厅内壁清洁的技术难题，提出了一种内壁清洁机器人的控制系统方案，使其集攀爬吸附、直线行驶、障碍识别和有效清洁等功能于一体，满足基本使用要求；

其次，采用CAN总线形式，对机器人的控制系统进行设计，电脑PC端实时监控控制系统运行情况，单片机芯片实现对各个被控对象的实时控制；

最后，以模块化形式对控制系统的被控对象进行划分，使控制系统设计简单化、规范化。

附图说明

图1是本发明控制系统框架图。

图2是本发明控制系统模块图。

图3是本发明控制任务流程图。

具体实施方式

参照图1至图3，换流阀大厅内壁清洁机器人的控制系统，包括至少一个驱动模块1、至少一个被控对象步进电机、电动推杆201、202、清洁模块2、导向模块3、避障模块4、电脑PC端10、单片机芯片8以及CAN总线9，所述的单片机芯片8分别与驱动模块1、清洁模块2、导向模块3、避障模块4、电脑PC端10连接；其中，

所述的电脑PC端10，与CAN总线9连接，所述的电脑PC端10从所述的CAN总线9中接收所有的总线消息，以完成对所述的驱动模块1、清洁模块2、导向模块3、避障模块4的初始化和工作状态的监控；

所述的驱动模块1，与CAN总线9连接，所述的驱动模块1从所述的CAN总线9中获取导航信息，并且通过步进电机驱动器实现机器人在攀爬行进和原路返程时步进电机的正转、反转和停止；

所述的清洁模块2，与CAN总线9连接，所述的清洁模块2从所述的CAN总线中获取开始清洁信息，进而通过控制电动推杆的伸缩实现清洁刷204的上升和下降，清洁刷下降的距离由电动推杆的行程决定；

所述的导向模块3，与CAN总线9连接，所述的导向模块3对两个测距传感器301实施控制，当测距传感器实时测得的机器人至左右两侧壁面凸起边缘的距离大小在设定距离范围内(测距传感器分别安装在左前轮固定板左侧和右前轮固定板右侧，分别检测机器人至左右两侧壁面凸起边缘的距离)，机器人正常攀爬行进或原路返程；当测距传感器实时测得的距离大小超出设定距离时，反馈信号通过CAN总线传输至单片机芯片，单片机芯片根据反馈信号调节两个步进电机速度以达到纠偏的效果；

所述的避障模块4，与CAN总线9连接，所述的避障模块4对广角摄像头401实施控制，通过输入程序实现广角摄像头的环境识别、环境重建和重新规划路线三种功能，在广角摄像头识别前方遇障时，反馈信号通过CAN总线传输至单片机芯片，单片机芯片根据障碍反馈信息对步进电机发出指令，令其停车或反转，以达到避障效果。

所述的驱动模块、步进电机、电动推杆分别包括两个，即左端步进电机控制器103和右端步进电机控制器104，左端步进电机101和右端步进电机102，左端电动推杆201和右端电动推杆202。

所述的清洁刷204为U型清洁刷。

所述的电脑PC端10可实时监控控制系统运行情况，所述的单片机芯片为控制中枢，通过烧入程序控制各个被控对象；所述的CAN总线为控制器局域网络，其以节点形式实现控制系统与被控对象的数据通讯。

参照图3，控制系统对机器人实施控制时，基本流程框架为：(1)机器人位于壁面底部初始状态，广角摄像头401开启，机器人进入识别障碍状态；(2)测距传感器301得电，机器人进入实时测距状态；(3)电动推杆(201和202)得电，推杆伸出，“U”型清洁刷204垂直下降；(4)电动推杆(201和202)行程到达，电动推杆失电；(5)步进电机(101和102)通电，机器人行进；(6)机器人遇障或至顶，步进电机(101和102)先停止后反转；(7)机器人返程至初始位置，步进电机(101和102)失电；(8)电动推杆(201和202)得电，推杆回缩，“U”型清洁刷204垂直上升；(9)电动推杆(201和202)行程到达，电动推杆失电；(10)测距传感器301失电，机器人关闭实时测距状态；(11)广角摄像机401失电，机器人关闭识别障碍状态；(12)返回初始状态。除上述流程外，机器人还要实时处理各个反馈信号，并对各个被控对象重新发送指令，以达到最佳控制效果。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。