CN108081292A - 一种巡线机器人夹持机构压力复合控制系统 - Google Patents

Abstract

一种巡线机器人夹持机构压力复合控制系统，该系统利用比例电磁阀、活塞气缸和压力压强传感器构建夹持机构气压闭环回路，通过分析系统工作原理，建立了气动压力控制系统的非线性模型，实现对夹持机构输出压力平稳，快速输出。该系统可实现高精度，高稳定性的夹持机构压力控制，该系统输出压力在0~550N之间，压力波动小于5N，在扰动状态下能及时修正自身偏差，保证机器人的稳定运行，满足该巡线机器人工作状态下对夹持机构的控制要求。

Description

一种巡线机器人夹持机构压力复合控制系统

技术领域

本发明涉及一种巡线机器人夹持机构压力复合控制系统，适用于机械领域。

背景技术

巡线机器人自主越障一直是巡线机器人研究的重点和难点之一，其中机器人越障机构稳定性更是自主越障的重要指标之一。本文介绍的是一款跨越式越障巡线机器人的夹持机构压力控制系统，用于提高机器人自主越障稳定性。本团队根据国内外同类机器人的优缺点及SOOWKV电网实际情况研发了一款跨越式越障机器人。这种机器人的越障与巡线主要依靠二个模块化关节上的夹持机构开合与夹紧电力线来跨越障碍物。所以对夹持机构的压力控制至关重要。

由于气动技术具有响应速度快、元件结构简单、抗环境污染、成本低廉和工作时无污染等特点，被广泛应用于自动控制场合所以机器人夹持机构采用气动技术进行传动。通过比例压力控制夹持机构，并对机器人本体通过多传感器融合的方式调节机器人本体对夹持机构的扰动。而比例压力控制技术是较为常用的气动压力控制方式，具有响应速度快、可连续控制等优点，用比例阀作为压力控制部件的优点是装置结构相对简单，且具有较好的控制准确度和响应速度。

但是由于机器人本体会对夹持机构造成扰动，而夹持机构控制系统本身无法克服这些扰动带来的干扰，所以需要采用复合扰动控制技术来消除这方面的影响。首先通过机器人本体摆动对夹持机构扰动受力分析。再通过多传感器对机器人本体扰动参数进行实时采集，最后把数据送多传感器信息融合技术中心进行处理比较，给出扰动误差补偿，修正夹持机构压力偏差，提高夹持机构控制精度。

发明内容

本发明提出了一种巡线机器人夹持机构压力复合控制系统，该系统利用比例电磁阀、活塞气缸和压力压强传感器构建夹持机构气压闭环回路，通过分析系统工作原理，建立了气动压力控制系统的非线性模型，实现对夹持机构输出压力平稳，快速输出。

本发明所采用的技术方案是：

所述夹持机构采用气缸比例压力控制方式控制夹持机构中的压力大小，电气中的比例压力控制主要是通过控制比例电磁阀阀芯的位移，使得阀门的开度与控制电压成比例。

所述控制系统中，气缸作为整个系统的被控对象，气动比例方向阀作为整个系统中的被控阀。在夹持机构工作状态下，根据给定压力值，控制器控制比例阀，改变其电磁阀阀芯位置，控制气罐输出气体流量，同时控制系统通过数据采集模块对与比例阀出口相连的压力传感器的电压信号进行实时采集，再与储气罐出口压力传感器采集数据进行比较，并对控制算法进行运算，再通过数据输出模块将控制信号输出给气动比例方向控制阀，控制进入气缸气体的流量，达到调节气缸推杆压力的目的。

所述夹持机构由一个压紧机构与二个驱动轮组成，在夹持机构抓紧电力线时，二个驱动轮由伺服电机驱动合拢，最后和压紧机构一起夹紧电力线。

本发明的有益效果是：该系统可实现高精度，高稳定性的夹持机构压力控制，该系统输出压力在0~550N之间，压力波动小于5N，在扰动状态下能及时修正自身偏差，保证机器人的稳定运行，满足该巡线机器人工作状态下对夹持机构的控制要求。

附图说明

图1是本发明的气动压力控制系统原理图。

图2是本发明的双作用气缸换向回路。

图3是本发明的多传感融合算法原理图。

图4是本发明的复合控制器模型图。

图中：1.减压阀；2.单向阀；3.过滤器；4.比例阀；5.无摩擦活塞气缸。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，夹持机构采用气缸比例压力控制方式控制夹持机构中的压力大小，电气中的比例压力控制主要是通过控制比例电磁阀阀芯的位移，使得阀门的开度与控制电压成比例。通过比例阀开度的变化，控制压力容器内压力的升降速度和压力值。用比例阀作为压力控制部件的优点是装置结构相对简单，且具有较好的控制准确度和响应速度。

由前面夹持机构结构设计所知，控制夹持机构的压力，就是夹持机构活塞气缸中活塞推杆推力的控制。本文研究的气动比例压力控制系统的气缸作为整个系统的被控对象，气动比例方向阀作为整个系统中的被控阀。在夹持机构工作状态下，根据给定压力值，控制器控制比例阀，改变其电磁阀阀芯位置，控制气罐输出气体流量，同时控制系统通过数据采集模块对与比例阀出口相连的压力传感器的电压信号进行实时采集，再与储气罐出口压力传感器采集数据进行比较，并对控制算法进行运算，再通过数据输出模块将控制信号输出给气动比例方向控制阀，控制进人气缸气体的流量，达到调节气缸推杆压力的目的。

如图2，方向控制回路的作用是利用各种方向阀来控制流体的接通、切断和变向，以便使执行元件启动、停止和换向。普通的单作用气缸换向阀在排出气缸尾气时主要靠气缸内弹簧压力，排气时间过长。本文采用双作用气缸回路，有效的解决了上述问题。

结合电路控制系统描述压力控制过程:这种回路主要用是控制贮气罐输送的气体压力稳定在一定的压力范围内。而输出压力与输入电信号成比例，气体压力靠比例电磁阀来控制。气体从气瓶出来经过单向阀与气体过滤装置进入比例阀，比例阀通常采用二位五通换向阀来实现双作用气缸的换向。如图所示电磁阀得电，换向阀换向，缸伸出;电磁阀断电，换向阀复位，缸缩回。压力传感器1用来测量输出的压力，并对电路控制提供反馈电压信号，反馈回的信号跟输入的命令信号相比较。两个信号的差值控制电磁阀补齐气体或者排出气体。

如图3，首先传感器采集数据经过联合卡尔曼滤波处理，消除机器人系统对其影响，然后把扰动参数分别代入上一章夹持机构受力分析公，算出扰动力，并计算出夹持机构所需压力值，再与代入夹持机构现阶段的压力值进行比较。算出差值。通过控制器给予夹持控制机构压力输入进行补偿。

如图4，夹持机构压力控制过程中即需要气动比例压力系统控制夹持机构内部压力误差修正，同时又需要对机器人本体扰动误差进行多传感器融合分析，给出误差有效补充。

Claims (3)

1.一种巡线机器人夹持机构压力复合控制系统，其特征是：所述夹持机构采用气缸比例压力控制方式控制夹持机构中的压力大小，电气中的比例压力控制主要是通过控制比例电磁阀阀芯的位移，使得阀门的开度与控制电压成比例。

2.根据权利要求1所述的一种巡线机器人夹持机构压力复合控制系统，其特征是：所述控制系统中，气缸作为整个系统的被控对象，气动比例方向阀作为整个系统中的被控阀，在夹持机构工作状态下，根据给定压力值，控制器控制比例阀，改变其电磁阀阀芯位置，控制气罐输出气体流量，同时控制系统通过数据采集模块对与比例阀出口相连的压力传感器的电压信号进行实时采集，再与储气罐出口压力传感器采集数据进行比较，并对控制算法进行运算，再通过数据输出模块将控制信号输出给气动比例方向控制阀，控制进入气缸气体的流量，达到调节气缸推杆压力的目的。

3.根据权利要求1所述的一种巡线机器人夹持机构压力复合控制系统，其特征是：所述夹持机构由一个压紧机构与二个驱动轮组成，在夹持机构抓紧电力线时，二个驱动轮由伺服电机驱动合拢，最后和压紧机构一起夹紧电力线。