[发明专利]一种自移动式胎架机构控制系统和方法

权利要求书

1.一种自移动式胎架机构控制系统，其包括上位机、自移动小车以及设置在自移动小车上的主控模块、驱动转向模块、小车固定模块、组合导航模块、胎架升降模块、电源模块和通信模块；其中，所述自移动小车用于承载胎架本体以将胎架本体自动行驶到目标位置，所述电源模块为各个模块供电，所述通信模块用于上位机和主控模块之间的数据传输；所述组合导航模块用于采集小车实时位置信息、姿态信息和环境特征信息，并传输给所述主控模块；所述主控模块用于接收上位机的信息和传感器数据的采集，并进行数据的分析处理形成相应的控制指令并传递至自移动小车的运动控制器，以便对所述驱动转向模块、小车固定模块和胎架升降模块的控制动作，进而实现自移动小车的自动行驶、自动固定和胎架自动升降的动作；其特征在于，

所述小车固定模块包括电控永磁铁、悬挂机构和定位装置，电控永磁铁设置在自移动小车的底盘的底部，所述悬挂机构设置在驱动转向装置上，所述自移动小车移动行驶时，所述悬挂机构用于承载自移动胎架；

所述定位装置预先布置在预定位置，且所述定位装置为磁性材质，以便使得电控永磁铁工作时能够与所述定位装置相吸；

当所述主控模块发出自动固定的控制指令时，所述电控永磁铁充电以便与定位装置相吸，进而使得悬挂机构收缩以收起车轮，并将所述自移动小车固定在定位装置的目标位置，当所述主控模块发出解除自动固定的控制指令时，向所述电控永磁铁施加反向电流以便使其磁性消失，进而使得自移动小车从定位装置上脱离。

2.根据权利要求1所述的一种自移动式胎架机构控制系统，其特征在于：所述的定位装置为预先布置在建造场地预定位置的铁板，且该预定位置由所述上位机根据分段质量BOM信息计算得到，根据分段的不同和实际情况的变化与地面的固定位置可以随时变换。

3.根据权利要求1所述的一种自移动式胎架机构控制系统，其特征在于：所述的驱动转向模块包括两个轮毂电机和舵机，两个轮毂电机作为后轮驱动轮，所述舵机控制前轮转向；通过主控模块输出脉冲宽度调制信号PWM来调节输出电流，进而控制轮毂电机的转动速度和舵机的旋转转角，从而实现自移动小车启动、停止、前进，后退和转向的动作，直至到达目标位置时停止。

4.根据权利要求1所述的一种自移动式胎架机构控制系统，其特征在于：所述的组合导航模块包括里程计、惯性导航单元、电子罗盘和超声波传感器；主控模块控制里程计、惯性导航单元和电子罗盘采集数据，并利用扩展卡尔曼滤波算法和PID控制算法进行最佳路径的规划；其中，所述主控模块控制里程计、惯性导航单元和电子罗盘采集的数据包括里程计测量的车轮转速、惯性导航单元测量的加速度、角加速度和电子罗盘测量的磁航向角，且所述惯性测量单元作为主要轨迹规划模块，里程计和电子罗盘分别抑制速度和航向角的误差累计。

5.根据权利要求4所述的一种自移动式胎架机构控制系统，其特征在于：所述的超声波传感器设置在自移动小车的底板的前后端，在行驶过程中两个超声波传感器通过向外发送和接收超声波来测距，当检测到障碍物距离小于安全距离时，超声波传感器发送低电平到主控模块，主控模块立即发送控制指令完成紧急避障。

6.根据权利要求1所述的一种自移动式胎架机构控制系统，其特征在于：所述的胎架升降模块包括步进电机、步进电机驱动器、齿轮组、位移传感器和压力传感器，所述步进电机与齿轮组通过联轴器连接，通过所述步进电机驱动所述齿轮组的齿轮转动，从而带动所述齿轮组的丝杆上下移动，以便驱动胎架升降，所述位移传感器用于实时检测升降过程中胎架的位移距离；升降动作时，所述主控模块接收上位机发送的胎架升降高度信息，并根据指令控制步进电机驱动器，实现所述步进电机的启停和转动速度动作，当位移传感器检测到的位移高度达到预设高度时，所述步进电机停止转动；通过压力传感器检测的压力大小范围来实现建造过程中的高度动态调节。

7.根据权利要求1所述的一种自移动式胎架机构控制系统，其特征在于：所述的主控模块选用STM32F103单片机控制板，分别与驱动转向模块、小车固定模块、组合导航模块、胎架升降模块通过串口通讯连接，以用于获取通讯模块获得的胎架目标位置信息、胎架高度信息和永磁铁控制指令，并接收组合导航模块采集的信息。