[发明专利]一种全驱动复合吸附式爬行机器人的控制系统

说明书

技术领域

本发明属于特种机器人技术领域，具体来说是一种全驱动复合吸附式爬行机器人的控制系统。

背景技术

爬行弧焊机器人是特种机器人的一种，是一种设计用来在恶劣、危险、极限情况下、在导磁壁面上进行焊接的一种自动化机械装置，越来越受到人们的重视。目前爬行弧焊机器人已在核工业、石化工业、建筑工业、消防部门、造船业等铁磁性结构的生产施工中得到了广泛的应用。

目前的爬行式焊接机器人的主要有轨道式、永磁履带式、永磁轮式三种。其中轨道式控制较为简单，也容易实现较高精度的焊接，但是轨道式爬行机器人是必须运行在专用轨道上，在大型工件焊接过程中会受到严重的制约，并且铺设轨道会大幅增加生产成本。履带式爬行机器人采用两侧履带差动工作模式，在平面上直线运行有较好的稳定性，但由于履带结构的转弯负载较大，转向灵活性差，不适合转弯半径小的焊接作业。传统的永磁轮式爬行机器人采用的是两轮差动加万向轮辅助稳定的结构，此类机器人运动灵活但稳定性不加，在全位置焊接过程中容易出现不可控的滑动，旋转等问题。

如申请号为CN03153663.8，申请日为2003-8-19，名称为“永磁履带自主全位置爬行式弧焊机器人的控制方法”的发明专利，其技术方案如下：由激光CCD传感器14得到的图像信号传输到跟踪控制器6，它发出指示经十字滑块控制13使焊炬15在两方向运动，该图像信号同时也输入到爬行机驱动器5而使爬行机8驱动；还有一种控制是跟踪控制器6根据图像信号发出指令经十字滑块控制13使焊炬15在两个方向运动，并且根据横向滑块产生的横向位置信号借助爬行机驱动装置5而使爬行机8做相应运动。

上述系统同样存在于对于爬行机器人的控制无法实现运动灵活和稳定性兼具的目的，并且在全位置焊接过程中仍然会出现不可控的滑动、旋转等问题。

发明内容

为了克服背景技术中轨道爬行式、永磁履带爬行式和传统的永磁轮式弧焊机器人存在的不足，为实现大型工件的高精度、高效率、高可靠、低成本的焊接，本发明的提出一种全驱动复合吸附式爬行机器人的控制系统：

为实现上述技术效果，具体的技术方案为：

一种全驱动复合吸附式爬行机器人的控制系统，包括远程监控层、现场控制层和执行检测控制层，其特征在于： 

所述远程监控层包括监控计算机；

所述现场控制层次包括了可编程计算机控制器、视频服务器、手操盒、驱动器；

所述执行检测控制层包括爬行执行机构和操作执行机构两套执行系统、进行焊缝识别的激光跟踪传感器、用于设置焊机焊接参数的焊机适配器、环境监控云台、环境监控摄像机、熔池监控摄像机；

监控计算机与可编程计算机控制器、视频服务器之间采用工业以太网进行通信；

可编程控制器和手操盒、驱动器之间采用CAN总线连接；

所述驱动器都通过CAN总线与可编程控制器进行控制速度给定的信息传递；

可编程控制器和激光跟踪传感器、焊机适配器采用RS232/RS485总线连接。

所述操作执行机构包含了十字滑块横轴电机、十字滑块纵轴电机、摆动器电机三个电机；

可编程计算机控制器带有分时多任务的操作系统，实现了位置闭环的运动控制与多轴联动控制，视频服务器为对视音频数据进行压缩、存储及处理的专用嵌入式设备，将现场图像进行处理，直接以数字化接口的形式传送到远程监控层，手操盒是一个便携式操作设备，驱动器是针对相应电机配置的驱动装置。

所述十字滑块上装有左、中、右分别三个位置开关。其中左、右开关用于位置限位，中间的开关用于十字滑块初始化位置的定位。

本发明的优点在于：

1、激光跟踪传感器先对焊缝的位置进行感知处理。由于激光跟踪传感器受到弧光的干扰，传感器的数据会进行波动，须对来自激光传感器的信号进行阈值滤波。先设定阈值，每次收到传感器数据后，会跟上一次的有效值进行比较，如果两次数据的差值大于阈值，则放弃这个数据，仍保持上次值为有效值；如果两次数据的差值小于阈值，则将本次值更新为有效值。

2、利用滤波后的激光传感器数据，对十字滑块的横轴、纵轴进行实时的调节。进行小范围、快速的实时跟踪。

3、考虑到焊接工艺的要求，操作机构的摆动器，根据设置进行摆动。

4、根据激光跟踪传感器滤波后的数据，控制器会根据十字滑块的位置、爬行机构行驶的距离，进行爬行机构的位置估计。

5、利用爬行机构位置估计的数据，爬行机构的控制器，会计算出爬行机构执行的线速度和角速度。然后将执行命令发送到后轮左、右驱动电机，前轮驱动、转向电机。