一种巡检机器人运动控制装置的制作方法

本发明属于机器人运动控制技术领域，涉及一种机器人运动控制设备，尤其是一种巡检机器人的运动控制装置。

背景技术：

目前，在岗位巡检中各个行业都根据自身特定情况制定了严格的巡检制度，但巡检工作的质量考核亟待提高，由于缺少必要的监督工作，因此存在一系列的安全隐患。随着工业自动化的发展，同时为了减轻员工劳动强度、解决用工难的现状，发展巡检机器人技术势在必行。巡检机器人是是工程设备设施自动检测不可缺少的机器人设备。

现阶段，agv小车的运动控制系统相对来说比较成熟，但不具有防爆功能，不能广泛适用于环境中含有属于iia、iib级，t1～t4组爆炸性混合物的危险场所。因此，需发明一种既具有人工巡检的灵活性、智能性，同时也克服和弥补了人工巡检存在的一些缺陷和不足，更适应智能集气站和无人值守集气站发展的巡检机器人。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明综合利用磁轨传感器、避障传感器以及rftd传感器对现场环境进行路线感知，车载电脑接收运动控制器的反馈信息，同时管理运动控制器进行自动运行、远程操控等动作，实现智能闭环控制，本装置有效结合了浇封型防爆形式和隔爆型防爆形式，使该装置可用于爆炸性混合物的危险场所，提高了危险场所巡检的灵活性和智能性。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种巡检机器人运动控制装置，包括用于提供电能的电源模块、用于采集现场路线信息的传感器模块、用于分析数据和产生控制信号的车载电脑、用于控制电机运动的运动控制器、用于地标感应获取位置信息的rftd传感器和移动机构，其中：

进一步，上述传感器模块的采集信号输出端连接运动控制器的采集信号输入端；

进一步，上述车载电脑的第一控制信号输出端连接运动控制器的控制信号输入端，运动控制器的控制信号输出端连接移动机构的控制信号输入端，所述移动机构的反馈信号输出端连接车载电脑的反馈信号输入端；

进一步，上述车载电脑的第二控制信号输出端连接rftd传感器的控制信号输入端；

进一步，上述传感器模块使用金属外壳、且采用了浇封型防爆形式，运动控制装置的箱体采用了隔爆型防爆形式，整个装置的箱体使用碳钢材质，采用平面隔爆结构，并采用加强筋增加箱体强度，严格按照防爆标准进行设计，提高防爆性能。

进一步的，所述述传感器模块包括磁导航传感器和红外避障传感器，所述的磁导航传感器分为前磁导航传感器和后磁导航传感器，所述红外避障传感器分为前避障传感器和后避障传感器。

进一步的，所述移动机构包括左前轮组件、左后轮组件、右前轮组件和右后轮组件，其中：

所述左前轮组件包括接收运动控制器控制信号的左前轮驱动器、与左前轮驱动器电连接的左前电机、与左前电机齿轮连接的左前减速电机、以及与左前减速电机连接的左前车轮；

所述左后轮组件包括接收运动控制器控制信号的左前轮驱动器、与左后轮驱动器电连接的左后电机、与左后电机齿轮连接的左后减速电机、以及与左后减速电机连接的左后车轮；

所述右前轮组件包括接收运动控制器控制信号的右前轮驱动器、与右前轮驱动器电连接的右前电机、与右前电机齿轮连接的右前减速电机、以及与右前减速电机连接的右前车轮；

所述右后轮组件包括接收运动控制器控制信号的右前轮驱动器、与右后轮驱动器电连接的右后电机、与右后电机齿轮连接的右后减速电机、以及与右后减速电机连接的右后车轮。

进一步的，所述电源模块包括无线充电器、电池组、大功率dc-dc转换器、和负载供电管理单元、以及急停开关，其中：

所述无线充电器的输出端连接电池组的输入端；

所述电池组的输出端连接大功率dc-dc转换器的输入端；

所述大功率dc-dc转换器的输出端连接负载供电管理单元的输入端；

所述急停开关用于控制负载供电管理单元的通断。

进一步的，所述负载供电管理单元包括供电控制模块、供电分配模块和过载保护模块。

本发明的具有以下有益效果：

本发明综合利用磁轨传感器、避障传感器以及rftd传感器对现场环境进行路线感知，车载电脑接收运动控制器的反馈信息，同时管理运动控制器进行自动运行、远程操控等动作，实现智能闭环控制，本装置有效结合了浇封型防爆形式和隔爆型防爆形式，使该装置可用于爆炸性混合物的危险场所，提高了危险场所巡检的灵活性和智能性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1是本发明提供的巡检机器人运动控制装置的结构示意图；

图2是本发明提供的巡检机器人运动控制装置的电源模块结构示意图；

图3是本发明提供的巡检机器人运动控制装置的控制流程框图；

图4是本发明提供的巡检机器人内部结构示意图；

图5是本发明提供的巡检机器人红外避障传感器结构示意图；

图6是本发明提供的巡检机器人磁导航传感器结构示意图。

图中，1为电源模块；2为传感器模块；3为车载电脑；4为运动控制器；5为rftd传感器；6为移动机构；7为磁导航传感器；8为红外避障传感器；9为运动控制装置车体；10为避障传感器浇封壳体；11为环氧树脂；12为磁导航传感器支架；13为盖板；14为盒子；1.1为无线充电器；1.2为电池组；1.3为大功率dc-dc转换器；1.4为负载供电管理单元；1.5为急停开关。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以下将结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种巡检机器人的运动控制装置，包括电源模块1、传感器模块2、车载电脑3、运动控制器4、rftd传感器5和移动机构6，如图4所示，该运动控制装置车体9采用了隔爆兼浇封型防爆形式，运动控制装置车体9使用碳钢材质，采用平面隔爆结构，并采用加强筋增加箱体强度，严格按照防爆标准进行设计，提高防爆性能。

图1中，电源模块1的电源信号输出端分别与传感器模块2的电源信号输入端、车载电脑3的电源输入端、运动控制器4的电源输入端和移动机构6的电源输入端相连；传感器模块2的采集信号输出端与运动控制器4的采集信号的输入端相连；车载电脑3的控制信号的输出端与运动控制器4的控制信号的输入端相连；rftd传感器5的信号输入端与车载电脑3的控制信号的输出端相连；移动机构6的控制输入端与运动控制器4的控制信号的输出端相连。

具体的，图1中传感器模块2包括磁导航传感器7和红外避障传感器8；其中，的磁导航传感器7包括前磁导航传感器和后磁导航传感器，红外避障传感器8包括前避障传感器和后避障传感器；前磁导航传感器和后磁导航传感器的信号输出端即为磁导航传感器7的信号输出端；前避障传感器和后避障传感器的信号输出端即为避障传感器8的信号输出端。

具体的，车载电脑3直接管理运动控制器4，按照预编制好的作业流程(如自动运行、远程操控)，向运行控制器下发前进、后退、停止指令，接收运动控制器的反馈信息(如状态、故障等)。其中，车载电脑3与运动控制器4、左前轮驱动器、左后轮驱动器、右前轮驱动器和右后轮驱动器之间采用双向串行通讯(如rs485)获取四个驱动器状态，也可直接配置左前轮驱动器、左后轮驱动器、右前轮驱动器和右后轮驱动器的参数。

图1中，rftd传感器5的信号输入端与车载电脑3的控制信号的输出端相连进行通讯，直接获取定位信息。

图1中，移动机构6包括左前轮驱动器、左前电机、左前车轮、左后轮驱动器、左后电机、左后车轮、右前轮驱动器、右前电机、右前车轮和右后轮驱动器、右后电机、右后车轮；左前轮驱动器、左后轮驱动器、右前轮驱动器和右后轮驱动器的驱动信号与运动控制器4的控制信号输出端相连，运动控制器与四轮电机驱动器之间采用频率控制方式，并附加有使能、方向控制信号，采用这种方式的好处是直接快捷，四个驱动器控制延时最小(串口方式四个驱动器通讯延时大)；左前轮驱动器、左后轮驱动器、右前轮驱动器和右后轮驱动器的驱动信号交互端分别于左前电机和左前减速机、左后电机和左后减速机、右前电机和右前减速机、右后电机和右后减速机的驱动信号交互端相连；左前电机和左前减速机、左后电机和左后减速机、右前电机和右前减速机、右后电机和右后减速机的驱动信号输出端分别与左前车轮、左后车轮、右前车轮和右后车轮的信号输入端相连。

需要说明的是，图4中的rftd传感器5、磁导航传感器7和红外避障传感器8都采用防爆设计。

具体为，图5中避障传感器浇封壳体10采用铝合金材质外壳，壳体内部使用环氧树脂11制成浇封型防爆结构。图6中磁导航传感器支架12、盖板13、盒子14采用铝合金材质，所有紧固件采用不锈钢材料制造并设有防止松动或松脱的措施，盒子14内部采用环氧树脂整体浇封。

参照图1和图3详细说明本发明巡检机器人的运动控制装置的工作过程，运动控制装置中，4wd轮式车运动控制器是巡检机器人控制系统的核心部件，可以采用现有智能芯片为核心的智能控制器实现，用以接收来自车载电脑(嵌入式工控机)以及磁导轨传感器和避障传感器发出的针对环境进行感知而产生的检测信号，根据实际情况和需求控制左前轮驱动器、左后轮驱动器、右前轮驱动器和右后轮驱动器；左前轮驱动器、左后轮驱动器、右前轮驱动器和右后轮驱动器分别控制左前电机和左前减速机、左后电机和左后减速机、右前电机和右前减速机、右后电机和右后减速机的驱动信号；左前电机和左前减速机、左后电机和左后减速机、右前电机和右前减速机、右后电机和右后减速机的驱动信号分别控制左前车轮、左后车轮、右前车轮和右后车轮的运行，从而最终控制四个车轮的运行轨迹。

参考图2电源模块1包括无线充电器1.1、电池组1.2、大功率dc-dc转换24v、12v1.3、负载供电管理单元1.4、急停开关1.5；的负载供电管理单元1.4包括供电控制驱动1.6、供电分配1.7和过载保护1.8。电源模块1向传感器模块2、车载电脑3、运动控制器4和移动机构6进行供电，提供工作所需能量。

具体的，无线充电器1.1的充电信号的输出端与电池组1.2的电源输入端相连，通过无线充电器对其电池组bms进行自主充电。其中，电池组1.2的电源输出端与大功率dc-dc转换24v、12v1.3的电源输入相连，由于所充电得到的电压为36v-40v，为了保证设备的稳定运行，需通过两路dc-dc模块，将其转换为24v、12v。

需要说明的是：大功率dc-dc转换24v、12v1.3的电源输出端与负载供电管理单元1.4的电源信号的输出端相连，将24v、12v电压供给负载供电管理单元，将其经过负载供电管理单元处理的电压，为装置所需要的模块提供电压，使其装置正常工作；

需要进一步说明的是：急停开关1.5的控制信号的开断输出端与负载供电管理单元的电源信号的输入端相连，来控制该发明的启动与停止。

如图3所示，巡检机器人运动控制装置的控制方法包括以下步骤：

步骤1：巡检机器人运动控制操作系统1向运动控制模块2发送运行状态指令、速度指令和位置指令。

步骤2：磁导航传感器3采集磁场识别路径的位置信息；

步骤3：红外避障传感器4采集障碍物的状态信息；

步骤4：运动控制模块2接收巡检机器人运动控制操作系统1的控制指令、磁导航传感器3的采集信号和红外避障传感器4的采集信号。

步骤5：运动控制模块2将接收的指令和信号进行数据处理，从而改变巡检机器人的运行状态。

步骤6：执行步骤1。

上述控制方法的步骤1中运行状态指令包括自动运行状态和遥控控制运行状态；步骤1中速度控制指令包括行进速度指令和分岔路速度指令；步骤1中方向控制指令包括前进指令、后退指令、左转指令、右转指令和停止指令。行进速度指令包括前进速度指令和后退速度指令；分岔路速度指令包括直行速度指令、左分岔速度指令和右分岔速度指令。

上述控制方法的步骤2中磁导航传感器3包括前磁导航传感器和后磁导航传感器；前磁导航传感器和后磁导航传感器是根据巡检机器人的运行方向进行采集磁场识别路径的位置信息。例如，当巡检机器人处于前进方向运行时，则前磁导航传感器进行采集磁场识别路径的位置信息；当巡检机器人处于后退方向运行时，则后磁导航传感器进行采集磁场识别路径的位置信息。

上述控制方法的步骤3中红外避障传感器4包括前避障传感器和后避障传感器；前避障传感器和后避障传感器是根据巡检机器人的运行方向进行采集障碍物的状态信息。

上述控制方法的步骤4中运动控制模块2接收巡检机器人运动控制操作系统1的控制指令就是由运行状态指令、速度控制指令和方向控制指令构成。其中，运行状态指令包括自动运行状态和遥控控制运行状态；速度控制指令包括行进速度指令和分岔路速度指令；方向控制指令包括前进指令、后退指令、左转指令、右转指令和停止指令。运动控制模块2接收磁导航传感器3的采集信号就是前磁导航传感器或后磁导航传感器根据巡检机器人的运行方向进行采集磁场识别路径的位置信息；运动控制模块2接收红外避障传感器4的采集信号就是前避障传感器或后避障传感器根据巡检机器人的运行方向进行采集障碍物的状态信息。

上述控制方法的步骤5中接收的运行状态指令为遥控运行状态指令时，则人为的利用遥控发出的运行指令来确定巡检机器人的行进方向，从而直接驱动四轮独立的电机驱动器，进一步驱动四轮独立的电机和减速机的转速来带动车轮的运行。然后再根据目标行进的路径，人为的改变遥控发出的运行指令。

具体的，遥控运行状态中进行了超时处理，当超过400ms巡检机器人没有接收到指令时，巡检机器人则立即停止。该处理可以确保在遥控没电或者人为出现纰漏时，在危险场所运行时避免发生事故。

具体的，接收的运行状态指令为自动运行状态指令时，计算步骤2中所采集到的磁场识别路径的位置信息数据与巡检机器人的左右轮之间的差值，将该差值进行pid运算，计算出左右轮速度差，再将该速度差对应到pwm值上，从而根据pwm值大小来驱动左右轮独立的电机驱动器，进一步驱动左右轮独立的电机和减速机的转速来带动车轮的运行。然后将其运行的速度再反馈到所采集的位置信息，从而完成一次完整的自动运行状态。

具体的，自动运行状态中，每10ms采集到一次磁场识别路径的位置信息数据，每次完整的运行需要20ms；的数据采集处理除了当巡检机器人运动控制操作系统突然发出控制指令时，都处于在其运动控制器内部循环进行，从而即时修正与轨迹之间的偏差，这样可以确保其循迹的准确性和稳定性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。