CN104750109B - 爬索机器人回收方法及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及爬索机器人回收方法及其设备，设备包括爬索机器本体、步进电机、下位机以及上位机，爬索机器本体的动力组件由四组步进电机、四组驱动轮以及两个自适应调整轮组成，如图2所示。所述步进电机分别由主动力电源以及备用电池供电连接，爬索机器本体上自带编码器，所述编码器仅与备用电源供电连接，所述备用电池采用锂电池，下位机中设有一个主动力电源采样芯片以及编码器采样芯片，下位机通过无线方式与上位机连接，上位机无线控制连接步进电机的步进驱动器以及自锁组件。本发明实现了爬索机器人在电力耗尽情况下，安全快速回收爬索机器人，实用性强。
Description
[技术领域]
本发明涉及机器人回收技术领域，具体的说是爬索机器人回收的一种新的方式及其设备。
[背景技术]
斜拉桥以其优美的外观及良好的抗震性越来越得到桥梁设计师的青睐。斜拉桥的主要受力构件是缆索，但其长期暴露在大气之中，受到风吹、日晒、雨淋和环境污染的侵蚀，其表面会受到较严重的破坏，这会对整座斜拉桥带来不利的影响。因此，对缆索的有效维护是十分必要的。目前斜拉桥缆索的检测具有很大的潜在市场，研究爬索机器人有着重要的意义。
爬索机器人的供电方式采用锂电池供电，锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池比传统的蓄电池能量大，重量轻等优点，现在的仪器大多采用锂电池的供电方式。爬索机器人在检测的过程中，如果电力耗尽的话机器人无法回收，由于爬索机器人特殊的作业场合，这种情况下将给爬索机器人的使用带来了极大的麻烦，因此研究爬索机器人在电力耗尽情况下，如何回收爬索机器人有着重要的意义。
[发明内容]
本发明的目的是提供爬索机器人回收的一种新的方式，实现爬索机器人在检测作业过程中，在电力耗尽的情况下，安全回收机器人。
为实现上述目的，设计一种爬索机器人回收方法，其特征在于，采用分段回收法，由以下步骤组成：
(1)爬索机器人的动力组件采用四组步进电机驱动，四组步进电机由主动力电源以及备用电池交替供电，爬索机器人的下位机有一个主动力电源采样芯片用来检测爬索机器人主动力电源的剩余电量，采样频率为1分钟/次，下位机将实时剩余电量通过无线传输到上位机，上位机分析实时剩余电量的值，计算判断该值维持动力系统工作时间，当维持动力系统工作时间小于等于5分钟时，上位机报警，并启动备用电池为步进电机供电进行机器人回收；
(2)回收时，上位机发出指令切断步进电机的主电源，爬索机器人基于自身重力沿索道下滑，通过爬索机器人上自有的编码器，获得爬索机器人的实时位移，继而计算出爬索机器人的实时速度，当速度达到2米/秒时候指令步进电机自锁，爬索机器人停止下降，完成第一段回收；
(3)自锁一秒钟后，上位机指令步进电机打开自锁，爬索机器人基于自身重力沿索道继续下滑，通过爬索机器人上自有的编码器，获得爬索机器人的实时位移，继而计算出爬索机器人的实时速度，当爬索机器人速度大于两米每秒，爬索机器人上面的单片机发出指令让步进电机自锁。
爬索机器人上自有的编码器由且仅由备用电池供电，保证编码器一直工作，编码器通过对爬索机器人实时位移进行微分的方法计算出爬索机器人实时速度，下位机对编码器的采样频率为0.2秒/次。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件，当步进驱动器接收到脉冲信号时，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为步距角，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而准确定位；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速。
一种上述爬索机器人回收方法的设备，包括爬索机器人及上位机，其特征在于，爬索机器本体的动力组件由四组步进电机、四组驱动轮以及两个自适应调整轮组成，所述步进电机分别由主动力电源以及备用电池供电连接，爬索机器本体上自带编码器，所述编码器仅与备用电源供电连接，所述备用电池采用锂电池，下位机中设有一个主动力电源采样芯片以及编码器采样芯片，下位机通过无线方式与上位机连接，上位机无线控制连接步进电机的步进驱动器以及自锁组件。
爬索机器本体的动力部分由四组步进电机、四个驱动轮以及两个自适应调整轮组成，驱动电机输出轴与驱动轮同轴，直接为驱动轮提供动力，同时驱动轮结构能够将机器人抱紧时受到的径向力传递到驱动轮支架之上，以避免电机输出轴受到径向力，两个驱动轮及一个调整轮为一组，间隔120度均匀分布于机身环上，机器人主体由上下两个机身环组成，四个驱动轮由于重力作用保持重心最低，能够消除螺旋上升现象，两个自适应调整轮能够自适应缆绳直径及圆度发生变化，保证机器人在跨越障碍物的同时保持恒定的爬升扭矩。
爬索机器人的四个步进电机在自锁的时候，提供足够的摩擦力可以克服机器人自身的重力，这样可以让爬索机器人静止在缆索上，在机器人滑落过程中，利用步进电机的自锁功能，当机器人的速度达到一定值时候，让步进电机自锁。
步进电机由步进驱动器控制连接，所述步进驱动器设有电脉冲信号接收组件，将电脉冲信号转变为角位移或线位移。
本发明实现了爬索机器人在电力耗尽情况下，安全快速回收爬索机器人，实用性强。
[附图说明]
图1为爬索机器人的整体框架结构示意图
图2为机器人动力部分结构示意图
图中标记说明
1支承座，2导轮安装座，3驱动轮导向轴，4机身圈，5驱动轮组件，6驱动轮架，7机身联杆，8安装门压块1，9安装门压块2，10安装门，11从动轮调整轴，12压紧弹簧，13从动轮架，14从动轮组件，15从动轮轴套，16从动轮轴。
[具体实施方式]
现结合附图及实施例对本实用新型的技术方案作进一步阐述，相信对本领域技术人员来说是清楚的。
如图1所示，爬索机器人的整体框架如上图所示，包括爬索机器本体、步进电机、下位机以及上位机，爬索机器本体的动力组件由四组步进电机、四组驱动轮以及两个自适应调整轮组成，如图2所示。所述步进电机分别由主动力电源以及备用电池供电连接，爬索机器本体上自带编码器，所述编码器仅与备用电源供电连接，所述备用电池采用锂电池，下位机中设有一个主动力电源采样芯片以及编码器采样芯片，下位机通过无线方式与上位机连接，上位机无线控制连接步进电机的步进驱动器以及自锁组件。驱动电动机输出轴受到径向力作用以提供足够的摩擦力。步进电机由步进驱动器控制连接，所述步进驱动器设有电脉冲信号接收组件，将电脉冲信号转变为角位移或线位移。
爬索机器人动力系统采用四个步进电机的驱动方式，该动力系统有专门的动力电源，如果该电源耗尽的话，步进电机不能自锁，将从缆索上滑下来，如果爬索机器人从200米的高度滑下来的话，滑到地面时，机器人的速度将达到30米/秒的速度，这样的速度不仅把机器人摔坏，而且会给地面工作人员和桥面带来损坏，如果在机器人滑落过程中，利用步进电机的自锁功能，当机器人的速度达到一定值时候，让步进电机自锁，这时候步进电机会停止，然后让机器人打开自锁，接着滑落。采用这种分段回收的方式会安全的可以将机器人安全的回收，回收过程如下：
1.爬索机器人的电量将要耗尽，系统报警，采用备用电池
爬索机器人的动力组件采用四组步进电机驱动，四组步进电机由主动力电源以及锂电池作为备用电池交替供电，爬索机器人的下位机有一个主动力电源采样芯片用来检测爬索机器人主动力电源的剩余电量，采样频率为1分钟/次，下位机将实时剩余电量通过无线传输到上位机，上位机分析实时剩余电量的值，计算判断该值维持动力系统工作时间，当维持动力系统工作时间小于等于5分钟时，上位机报警，并启动备用电池为步进电机供电进行机器人回收；
2.分段回收爬索机器人
爬索机器人上面有一个编码器，该编码器是用备用电源供电，这样可以保证编码器一直工作，编码器可以计算出爬索机器人的位移，然后对位移进行微分的方法可以计算出速度，对编码器的采样频率为0.2秒/次,例如第一次的位移为100米，第二次的位移为100.3米，算下来爬索机器人的速度为1.5米/秒。
(2)回收时，上位机发出指令切断步进电机的主电源，爬索机器人基于自身重力沿索道下滑，通过爬索机器人上自有的编码器，获得爬索机器人的实时位移，继而计算出爬索机器人的实时速度，当速度达到2米/秒时候指令步进电机自锁，爬索机器人停止下降，完成第一段回收；
(3)自锁一秒钟后，上位机指令步进电机打开自锁，爬索机器人基于自身重力沿索道继续下滑，通过爬索机器人上自有的编码器，获得爬索机器人的实时位移，继而计算出爬索机器人的实时速度，当爬索机器人速度大于两米每秒，爬索机器人上面的单片机发出指令让步进电机自锁。
采用这种基于机器人自身重力的回收方式，可以解决当爬索机器人电力耗尽回收的问题，经过多次试验，机器人在电力耗尽的情况下，可以安全回收，而且速度始终小于2米/秒。
Claims (7)
1.一种爬索机器人回收方法，其特征在于，采用分段回收法，由以下步骤组成：
(1)爬索机器人的动力组件采用四组步进电机驱动，四组步进电机由主动力电源以及备用电池交替供电，爬索机器人的下位机有一个主动力电源采样芯片用来检测爬索机器人主动力电源的剩余电量，采样频率为1分钟/次，下位机将实时剩余电量通过无线传输到上位机，上位机分析实时剩余电量的值，计算判断该值维持动力系统工作时间，当维持动力系统工作时间小于等于5分钟时，上位机报警，并启动备用电池为步进电机供电进行机器人回收；
(2)回收时，上位机发出指令切断步进电机的主电源，爬索机器人基于自身重力沿索道下滑，通过爬索机器人上自有的编码器，获得爬索机器人的实时位移，继而计算出爬索机器人的实时速度，当速度达到2米/秒时候指令步进电机自锁，爬索机器人停止下降，完成第一段回收；
(3)自锁一秒钟后，上位机指令步进电机打开自锁，爬索机器人基于自身重力沿索道继续下滑，通过爬索机器人上自有的编码器，获得爬索机器人的实时位移，继而计算出爬索机器人的实时速度，当爬索机器人速度大于两米每秒，爬索机器人上面的单片机发出指令让步进电机自锁。
2.如权利要求1所述的一种爬索机器人回收方法，其特征在于，爬索机器人上自有的编码器由且仅由备用电池供电，保证编码器一直工作，编码器通过对爬索机器人实时位移进行微分的方法计算出爬索机器人实时速度，下位机对编码器的采样频率为0.2秒/次。
3.如权利要求1所述的一种爬索机器人回收方法，其特征在于，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件，当步进驱动器接收到脉冲信号时，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为步距角，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而准确定位；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速。
4.一种如权利要求1所述爬索机器人回收方法的设备，包括爬索机器人及上位机，其特征在于，爬索机器本体的动力组件由四组步进电机、四组驱动轮以及两个自适应调整轮组成，所述步进电机分别由主动力电源以及备用电池供电连接，爬索机器本体上自带编码器，所述编码器仅与备用电源供电连接，所述备用电池采用锂电池，下位机中设有一个主动力电源采样芯片以及编码器采样芯片，下位机通过无线方式与上位机连接，上位机无线控制连接步进电机的步进驱动器以及自锁组件。
5.如权利要求4所述爬索机器人回收方法的设备，其特征在于，爬索机器本体的动力部分由四组步进电机、四个驱动轮以及两个自适应调整轮组成，驱动电机输出轴与驱动轮同轴，直接为驱动轮提供动力，同时驱动轮结构能够将机器人抱紧时受到的径向力传递到驱动轮支架之上，以避免电机输出轴受到径向力，两个驱动轮及一个调整轮为一组，间隔120度均匀分布于机身环上，机器人主体由上下两个机身环组成，四个驱动轮由于重力作用保持重心最低，能够消除螺旋上升现象，两个自适应调整轮能够自适应缆绳直径及圆度发生变化，保证机器人在跨越障碍物的同时保持恒定的爬升扭矩。
6.如权利要求4所述爬索机器人回收方法的设备，其特征在于，爬索机器人的四个步进电机在自锁的时候，提供足够的摩擦力可以克服机器人自身的重力，这样可以让爬索机器人静止在缆索上，在机器人滑落过程中，利用步进电机的自锁功能，当机器人的速度达到一定值时候，让步进电机自锁。
7.如权利要求4所述爬索机器人回收方法的设备，其特征在于，步进电机由步进驱动器控制连接，所述步进驱动器设有电脉冲信号接收组件，将电脉冲信号转变为角位移或线位移。
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