一种电力金属部件清扫探伤机器人控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电力金属部件清扫探伤机器人控制系统。
【背景技术】
[0002]工业管道广泛应用于自来水及供热系统、发电系统、化工、冶金和制药领域，主要担负运输的任务。管道的应用给人类的生活及生产带来了许多便捷，但同时由于腐蚀、老化、裂纹等缺陷的影响会造成管道的裂隙或破损，泄露的物质可能会对人类生活的环境造成巨大的不利影响。因此，管道的维护、清洁及检测变得至关重要。在我国，火力发电在整个电力系统中仍然占有很大的比例，而金属管道在火力发电中的应用且十分广泛。由于火力发电厂特殊的环境，使运行其中的金属管道易出现裂纹、腐蚀、断裂等缺陷，给电厂的安全运行带来的巨大隐患，同时也关系着千万家庭的正常生活及诸多企业的正常生产，这些缺陷如若未被及时检测发现，将可能会带来巨大的生命财产损失。
[0003]然而，考虑到安全因素，目前火力发电厂大多是通过定期停机人为检测的方法来排除管道缺陷的，这种方法不但影响正常的供电，而且工作量大，检测效率低，检测范围有限，存在漏检及误检现象，同时对检测人员而言存在安全威胁。因此，为了高效而安全的检测电力系统的金属部件，需要检测手段更加高效、可靠和高精度，检测载体更加自动化，从而为火力发电提供安全、可靠的技术保障。
[0004]我国近年来针对上述问题开展了诸多的研究，其中就包括能够对金属部件进行检测的探伤机器人，并且取得了一定的成果。中国发明专利申请CN100561213公开了一种石油管道超声波检测机器人，采用从动式结构，轮式载体，由机身、行驶机构和检测装置组成，检测装置是超声波探头，安装在机器人的机身前端，该机器人的控制及运动形式单一，只能实现水平管道的运动及检测。中国发明专利申请CN101887137B公开了一种轮式X射线探伤机器人，由X射线探伤装置、远程无线传输装置、计算机控制装置、差分GPS卫星定位装置、燃料电池等组成，通过采用数字电台传输现场信号给上位控制计算机，在显示器上显示视频信号的方式来实现本体运行控制及工作状态监测；但该控制系统的组成复杂，且设备体积较大，会给现场操作带来诸多不便。
[0005]中国发明专利申请CN104149083A公开了一种电力金属部件清扫探伤机器人，包括机器人本体、清扫装置和控制系统，其控制系统的核心为嵌入式计算机主板，采用PC/104总线进行传感器信息的传输；该控制系统主板与现有计算机系统缺乏良好的兼容性，并且所选总线数据传输速率不够理想，超声波信号检测的距离较小。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种电力金属部件清扫探伤机器人控制系统，采用本实用新型，可以实现机器人检测过程的自主轨迹规划，增加机器人在代替人进行复杂而危险的管道检测作业时的可靠度，提高机器人的检测效率，增强机器人作业时的灵活度；同时，提高缺陷的检出率，减少缺陷的误检和漏检，进而保障工业管道系统的安全，本实用新型具有良好的经济价值和社会价值。
[0007]解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:
[0008]—种电力金属部件清扫探伤机器人控制系统，所述的机器人包括本体、清扫装置和探伤装置，其特征是:所述的控制系统设在本体上，其包括一 NI SbR1嵌入式控制主板，其第一接口通过高频数据线外接所述本体上设有的各角度传感器和力/力矩传感器，第二接口通过高频数据线依次外接所述探伤装置上设有的超声导波信号激励/采集板和超声导波探头，第三接口外接射频模块后与一内嵌控制软件的用户机无线连接，第四接口通过CAN总线分别外接所述机器人的本体、清扫装置和探伤装置设有的各驱动器和各舵机，所述的驱动器控制有伺服电机，各伺服电机则通过带有的编码器反馈连接各对应驱动器。
[0009]所述的各伺服电机通过减速器减速增扭。
[0010]有益效果:本实用新型采用多个回路的PID控制算法来控制伺服电机，同时结合各种传感器反馈的数据进行对比评估，以使机器人在四种管道环境中完成攀爬步态，并可以进行自主调整以适应不同的作业环境，在机器人行进过程中可以控制舵机以清扫管道；还可以通过控制超声导波信号激励与采集板及超声导波探头，对存在缺陷的管道进行探伤，以确定缺陷的位置，及时修补缺陷，达到保障电厂正常运行的目的。
[0011]因此，本实用新型具体有如下优点:1.本实用新型采用嵌入式主板，具备成本低、尺寸小、高集成度、低功耗等特性，且配有内置1/0、实时处理器，可用于实现自定制嵌入式控制和监控应用；2.本实用新型采用射频模块，整合了收发电路的功能，以特小体积更低成本实现高速数据传输的功能，可在拥挤的ISM频段中达到稳定可靠的短距离数据传输而互不干扰，避免了拖缆给机器人带来的不便；3.本实用新型采用多个独立的闭环回路的控制方法，多个传感器的运用，可以确保机器人准确的完成指定的运动；4.本实用新型采用高频数据线，可以连接高速外接设备，使数据传输速度更快，实现机器人的快速响应；5.本实用新型采用CAN总线进行数据传输，可以使多个模块使用同一信息传输路径，简化了系统接口设计。
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型的控制系统框图；
[0013]图2是本实用新型的控制方法流程图；
[0014]图3是本实用新型的伺服电机控制框图；
[0015]图4是本实用新型的舵机控制框图；
[0016]图5是本实用新型的控制系统安装示意图；
[0017]图6是本实用新型的超声导波探伤过程框图；
[0018]图7是本实用新型的力/力矩传感器工作框图；
[0019]图8是本实用新型的角速度传感器工作框图；
[0020]图9 (a)?(d)是本实用新型的控制方法应用到机器人单管爬行、清扫及探伤过程示意图；
[0021]图10(a)?10(c)是本实用新型的控制方法应用到机器人弯管爬行的示意图；
[0022]图11 (a)?11 (C)是本实用新型的控制方法应用到机器人管间切换的示意图；
[0023]图12(a)?12(e)是本实用新型的控制方法应用到机器人管屏切换的示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合实施例及附图对本实用新型做进一步的介绍。
[0025]本实用新型的电力金属部件清扫探伤机器人控制系统实施例，本实用新型所述的电力金属部件清扫探伤机器人特指中国发明专利申请CN104149083A中的机器人，参见图5，该机器人包括本体、清扫装置II和探伤装置III。
[0026]本体包括三个平行排布且纵向设置的柱形的纵向回转关节1-2，1-3，1-4，两个与纵向回转关节相垂直的柱形的行走回转关节1-1、1-5、一对电磁吸盘V1-UV1-2和四块连接板，各纵向回转关节之间通过与其中两块连接板固连构成可转动连接，行走回转关节的上端通过另外两块连接板与位于两侧的纵向回转关节固连构成可转动连接使各回转关节串联成一体，行走回转关节1-1、1-5可沿竖向平面旋转，具有五个自由度。
[0027]电磁吸盘V1-UV1-2分别固定在行走回转关节的下端上，清扫装置II和探伤装置III分别安装在行走回转关节的柱身上。
[0028]参见中国发明专利申请CN104149083A的说明书附图。
[0029]该机器人所述的纵向回转关节和行走回转关节均分别包括筒形基座、封堵住筒形基座一端的封装盖板、设有编码器的伺服电机、减速器、位于筒形基座另一端外的筒形的旋转外壳和固定在旋转外壳外端上的连接法兰，设有编码器的伺服电机位于筒形基座中的前部，所述减速器的动力输入端与伺服电机的动力输出端相连，所述减速器的动力输出端与连接法兰连接，在所述旋转外壳与减速器之间设有用于支撑旋转外壳的支承组件；设置在回转关节内的控制单元包括用于连接电源/信号线的连接器、分别与连接器相连的第一控制器和第二控制器，所述连接器插装在封装盖板上，所述第一控制器竖向安装在所述筒形基座中的后部，所述第二控制器横向安装在所述筒形基座中的前部且位于伺服电机的外围。
[0030]该机器人所述的纵向回转关节为三个，用于连接纵向回转关节的连接板是长形直板，该长形直板两端分设有安装孔，其中两个相邻的纵向回转关节的旋转外壳分别通过连接法兰与其中一个长形直板的两端连接固连构成可转动连接，另一个纵向回转关节的旋转外壳通过连接法兰和上述之一的纵向回转关节的筒形基座外壁分别与另一个长形直板的两端固连构成可转动连接；用于连接竖向回转关节和行走回转关节的连接板是直角弯折板，所述行走回转关节的筒形基座外壁分别与位于两侧的纵向回转关节的筒形基座外壁通过直角弯折板固连构成可转动连接。
[0031]该机器人所述的支承组件包括轴承和轴承座，所述减速器部分伸入旋转外壳内成为减速器的伸出部，所述轴承座套装在所述减速器的伸出部上，所述轴承座分别与所述筒形基座、减速器的机壳固定连接，所述轴承套于所述轴承座上，所述旋转外壳套于所述轴承上，所述减速器的动力输出端伸