[发明专利]一种多关节全向式管外机器人控制系统

权利要求书

1.一种多关节全向式管外机器人控制系统，其特征在于，所述机器人包括设备承载梁、前夹持机构、后夹持机构和夹持开合机构，前夹持机构通过前翻转关节铰接于设备承载梁的一端，后夹持机构通过后翻转关节铰接于设备承载梁的另一端，所述前夹持机构或后夹持机构上设置有轴向驱动机构，设备承载梁上设置有周向驱动机构，所述夹持开合机构通过蜗轮传动结构和钢丝绳驱动前夹持机构和后夹持机构的各关节；

所述控制系统包括夹持力控制单元、整机运动状态控制单元、驱动舵机控制单元、无线传输单元和组网单元；

所述夹持力控制单元包括安装于夹持开合机构的蜗杆轴上的力传感器，夹持力控制单元用于通过所述力传感器检测前夹持机构和后夹持机构的驱动钢丝绳的绕紧程度，并与预设的最大夹持力以及预先标定的标准力值比较，判断机器人夹持机构的夹持力是否足够，以及对夹持开合机构输出进行调整，使前夹持机构和后夹持机构的夹持力在设定范围内；

所述整机运动状态控制单元包括9轴姿态传感器，整机运动状态控制单元用于输出驱动控制信号，使机器人完成翻转、轴向运行、周向运行、螺旋运行，以及通过所述9轴姿态传感器采集机器人的运动状态信息，并与机器人当前运动状态对应的标准状态信息比较，判断机器人当前运动是否正常，当机器人运动异常时，控制机器人进行运动自适应调整；

其中，整机运动状态控制单元控制机器人进行轴向运动时的运动自适应调整包括：

整机运动状态控制单元获取机器人的当前运动速度，并根据9轴姿态传感器采集的信息判断机器人的当前空间姿态；

通过夹持力控制单元获取前夹持机构与后夹持机构的当前夹持力度；

对比机器人的当前运动速度与预设的机器人轴向标准运动速度，以及对比当前夹持力度与预设的轴向运动的标准夹持力度；

若当前运动速度低于轴向标准运动速度，且当前夹持力度与标准夹持力度在预设的误差范围内，则增大前夹持机构与后夹持机构的夹持力度；

若当前运动速度高于轴向标准运动速度，且当前夹持力度与标准夹持力度在预设的误差范围内，则减小前夹持机构与后夹持机构的夹持力度。

2.根据权利要求1所述的多关节全向式管外机器人控制系统，其特征在于，整机运动状态控制单元通过所述9轴姿态传感器采集到的运动状态信息包括：轴向运动速度、周向运动速度、螺旋运动速度与方向、翻转方位和翻转速度。

3.根据权利要求1所述的多关节全向式管外机器人控制系统，其特征在于，整机运动状态控制单元控制机器人进行翻转时的运动自适应调整包括：

增大前夹持机构或后夹持机构的夹持力度；

整机运动状态控制单元采集机器人的当前翻转速度和轴向运动速度；

比较当前翻转速度与预设的标准翻转速度；

若当前翻转速度大于标准翻转速度或轴向运动速度不为零，则再次增大前夹持机构或后夹持机构的夹持力度。

4.根据权利要求1所述的多关节全向式管外机器人控制系统，其特征在于，

所述组网单元包括TCP/IP硬件通讯协议栈，用于两台以上机器人之间，以及机器人与上位机之间通讯，实现作业区域分配与协调；

所述无线传输单元包括RS232串行通讯总线和RS485串行通讯总线，所述RS232串行通讯总线用于机器人与上位机之间信号传输，RS485串行通讯总线用于机器人主控单元与各驱动舵机之间信号传输。

5.根据权利要求1所述的多关节全向式管外机器人控制系统，其特征在于，所述设备承载梁为长度可变式伸缩梁，所述整机运动状态控制单元还包括雷达测距机构；

整机运动状态控制单元在控制机器人翻转时，先通过所述雷达测距机构检测障碍物距离与方位或待翻跃的两个管道的距离与方位；

整机运动状态控制单元根据所述障碍物距离或两个管道的距离调整长度可变式伸缩梁的长度，以及根据障碍物方位或两个管道的方位确定机器人的翻转角度。