CN109702749A - 一种精平机器人电气控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精平机器人电气控制系统，包括双机同步控制装置和平整机构控制装置，所述双机同步控制装置包括控制底盘、视觉巡线模块、绝对值编码器、轴向偏转检测模块和无线传输模块，所述平整机构控制装置包括伸缩式支撑横梁机构、刮板上下调节机构、刮板伸缩机构和刮板旋转机构。本发明利用双机同步控制装置对两个精平机器人进行同步控制，并利用平整机构控制装置对两个精平机器人之间设置的平整机构进行控制，通过精平机器人的横向和旋转运动能够实现整个粮面的自动平整工作，大大提高粮食平整工作的工作效率。

Description

一种精平机器人电气控制系统

技术领域

本发明属于粮食储藏技术领域，具体涉及一种精平机器人电气控制系统。

背景技术

目前，高大平房仓和浅圆仓是我国粮食储备中的主导仓型。在粮食储藏过程中，平仓作业是储粮管理的基本要求，其次是要布设测温电缆，这两种作业均采用人工操作完成。粮食“四散”流通技术(即散装、散运、散卸、散存)是当前粮食物流技术的发展趋势，“散装”是其中关键环节之一。近年来，国家投资兴建了大批中央粮食储备库，这些储备库多以高大平房仓和浅圆仓为主，粮食储存、运输方式多为散装和散运的形式。我国智能平仓除杂设备的严重缺失，直接制约了提升总公司仓储技术装备水平的发展要求，因此应加快平仓除杂关键技术及配套装备的研制工作。

粮面平整是粮食储藏中的重要环节，直接影响到储粮工作的整体水平。目前国内粮仓多为人工平粮，存在工作量大，工作效率低，劳动强度大，作业环境恶劣等问题。

发明内容

本发明的发明目的是：为了解决现有技术中存在的以上问题，本发明提出了一种精平机器人电气控制系统。

本发明的技术方案是：一种精平机器人电气控制系统，包括双机同步控制装置和平整机构控制装置；

所述双机同步控制装置包括控制底盘、视觉巡线模块、绝对值编码器、轴向偏转检测模块和无线传输模块，所述视觉巡线模块用于检测巡线色带、对图像信号进行处理、生成相对巡线目标角度，所述绝对值编码器用于检测平整机构旋转轴处的转角信号，所述轴向偏转检测模块用于检测平整机构沿轴向的角度偏转信号，所述无线传输模块用于双机数据通讯，所述控制底盘用于根据相对巡线目标角度、转角信号及角度偏转信号进行双机同步控制；

所述平整机构控制装置包括伸缩式支撑横梁机构、刮板上下调节机构、刮板伸缩机构和刮板旋转机构，所述伸缩式支撑横梁机构通过第一电动推杆和第二电动推杆控制左右伸缩运动，所述刮板上下调节机构通过第三电动推杆控制刮板上下调节，所述刮板伸缩机构通过第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机、第五步进电机和第六步进电机控制刮板伸缩运动，所述刮板旋转机构通过第七步进电机控制刮板旋转运动。

进一步地，所述视觉巡线模块采用OPENMV模块检测有色差的巡线色带，并对图像信号进行处理，生成相对巡线目标角度传输至控制底盘。

进一步地，所述双机同步控制装置还包括TTL转RS485模块，所述TTL转RS485模块用于对输出信号进行转换。

进一步地，所述控制底盘通过RS485接口模块与无线传输模块连接，实现两个精平机器人之间进行数据通信。

进一步地，第一精平机器人的控制底盘包括第一LOC板和第二LOC板，第二精平机器人的控制底盘包括第三LOC板和第四LOC板。

进一步地，所述第一LOC板通过RS485接口与绝对值编码器连接，第二LOC板通过RS232接口与第一LOC板连接，第二LOC板还通过TTL转RS485模块与OPENMV模块连接。

进一步地，所述第三LOC板通过TTL转RS485模块与轴向偏转检测模块连接，第四LOC板通过RS232接口与第三LOC板连接，第四LOC板还通过TTL转RS485模块与OPENMV模块连接。

进一步地，所述平整机构控制装置通过主控芯片向步进电机驱动器发送控制信号控制步进电机正反转及启停。

进一步地，所述平整机构控制装置通过主控芯片采集限位开关信号控制步进电机行程。

进一步地，所述平整机构控制装置通过主控芯片控制双刀双掷继电器电压正反接，控制电动推杆伸缩运动。

本发明的有益效果是：本发明利用双机同步控制装置对两个精平机器人进行同步控制，并利用平整机构控制装置对两个精平机器人之间设置的平整机构进行控制，通过精平机器人的横向和旋转运动能够实现整个粮面的自动平整工作，大大提高粮食平整工作的工作效率。

附图说明

图1为本发明的精平机器人电气控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本发明的精平机器人电气控制系统的结构示意图。一种精平机器人电气控制系统，包括双机同步控制装置和平整机构控制装置；

所述双机同步控制装置包括控制底盘、视觉巡线模块、绝对值编码器、轴向偏转检测模块和无线传输模块，所述视觉巡线模块用于检测巡线色带、对图像信号进行处理、生成相对巡线目标角度，所述绝对值编码器用于检测平整机构旋转轴处的转角信号，所述轴向偏转检测模块用于检测平整机构沿轴向的角度偏转信号，所述无线传输模块用于双机数据通讯，所述控制底盘用于根据相对巡线目标角度、转角信号及角度偏转信号进行双机同步控制；

所述平整机构控制装置包括伸缩式支撑横梁机构、刮板上下调节机构、刮板伸缩机构和刮板旋转机构，所述伸缩式支撑横梁机构通过第一电动推杆和第二电动推杆控制左右伸缩运动，所述刮板上下调节机构通过第三电动推杆控制刮板上下调节，所述刮板伸缩机构通过第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机、第五步进电机和第六步进电机控制刮板伸缩运动，所述刮板旋转机构通过第七步进电机控制刮板旋转运动。

本发明在粮仓预先铺好井字型走道，采用两台精平机器人在井字型走道上移动，在走道板限制条件下，精平机器人能够自动平整粮食。本发明的精平机器人电气控制系统包括双机同步控制装置和平整机构控制装置，其中双机同步控制装置包括控制底盘、视觉巡线模块、绝对值编码器、轴向偏转检测模块和无线传输模块，平整机构控制装置包括伸缩式支撑横梁机构、刮板上下调节机构、刮板伸缩机构和刮板旋转机构。

在本发明的双机同步控制装置中，视觉巡线模块采用OPENMV模块检测有色差的巡线色带，并对图像信号进行处理，生成相对巡线目标角度传输至控制底盘，控制底盘根据相对巡线目标角度控制精平机器人沿巡线行走，实现机器人自动巡线。

在本发明的双机同步控制装置中，绝对值编码器用于检测平整机构旋转轴处的转角信号，以第一精平机器人为主机，当绝对值编码器检测到转角信号传给LOC板，判断后输出信号对两台机器人的速度做闭环控制，直到编码器读出的角度为零。

在本发明的双机同步控制装置中，本发明还包括TTL转RS485模块，TTL转RS485模块用于对输出信号进行转换；两个精平机器人的控制底盘通过RS485接口模块与无线传输模块连接，实现两个精平机器人之间进行数据通信。

在本发明的双机同步控制装置中，轴向偏转检测模块用于检测平整机构沿轴向的角度偏转信号，具体采用MPU6050模块采集自身绕XYZ三个轴的角度偏转信息，假设行进方向是X轴，平整机构绕X轴转动一定角度时，杆件不再水平，MPU6050模块测得该信号后反馈给LOC板，LOC板控制电动推杆的升降调整机构水平。

本发明的第一精平机器人的控制底盘包括第一LOC板和第二LOC板，第二精平机器人的控制底盘包括第三LOC板和第四LOC板。第一LOC板通过RS485接口与绝对值编码器连接，第二LOC板通过RS232接口与第一LOC板连接，第二LOC板还通过TTL转RS485模块与OPENMV模块连接。第三LOC板通过TTL转RS485模块与轴向偏转检测模块连接，第四LOC板通过RS232接口与第三LOC板连接，第四LOC板还通过TTL转RS485模块与OPENMV模块连接。

本发明的左右两个控制底盘承载着整个平粮设备重量，将中间下部的刮板组下降至粮面以下，刮板即可以随着底盘车的同步移动而实现粮面的横刮平整，可以实现底盘之间范围内X方向的粮面平整。

本发明共设置共有7个刮板组，整体悬挂在中间的框架上，通过回转支撑和框架连接，回转支撑上带有电机+减速机，可以驱动刮板组件转动，从而实现刮板绕着中间框体进行回转运动，实现粮面在Y方向的粮面平整。通过机器人的横向和旋转运动实现整个粮面的平整工作。

在本发明的平整机构控制装置中，第一步进电机至第六步进电机为刮板伸缩机构的驱动模块，由主控板控制步进电机驱动器驱动，为精确控制伸缩机构的行程并保护机构，每个伸缩机构的极限位置设置限位开关，限位开关信号由主控板采集。第七步进电机为刮板旋转机构的驱动模块，由主控板控制步进电机驱动器驱动，为控制旋转角度，在0度和90度位置设置限位开关，限位开关信号由主控板采集。第一电动推杆和第二电动推杆为伸缩式支撑横梁机构驱动模块，由主控板控制。第三电动推杆为刮板上下调节机构驱动模块，由主控板控制。电池为各运动机构、限位开关以及主控板供电，由于采用2块电池供电，需要主控板提供电源管理模块。底盘负责机器人速度和方向控制。

本发明的主控板以STM32F407为控制核心，主要包括：电源模块；步进电机控制模块；限位开关信号采集模块；推杆控制模块；电池电源管理模块；总线通信模块等。使用STM32F407的片内资源主要有：GPIO、定时器、串口、ADC等。

在本发明的平整机构控制装置中，本发明的平整机构控制装置通过主控芯片向步进电机驱动器发送控制信号控制步进电机正反转及启停；步进电机由步进电机驱动器控制，STM32F407通过向驱动器发送控制信号来控制电机启停和速度。采用STM32的定时器PWM功能输出多路脉宽和频率可调的PWM波形，来控制电机速度，再由GPIO产生方向和使能信号来控制电机正反转以及启停。7个电机驱动器需要7个定时器独立控制。

在本发明的平整机构控制装置中，本发明的平整机构控制装置通过主控芯片采集限位开关信号控制步进电机行程；限位开关用于控制步进电机行程。STM32F407的GPIO能配置成一个外部中断触发源，通过根据引脚的序号不同将众多中断触发源分成不同的组，比如：PA0，PB0，PC0，PD0，PE0，PF0，PG0为第一组，那么依此类推，我们能得出一共有16组，STM32规定，每一组中同时只能有一个中断触发源工作，也就是最多16个外部中断同时工作。14个限位开关共需要14个外部中断。

本发明的主控板与底盘1和底盘2通过RS485通信，主控板作为主机，两个底盘作为从机。

在本发明的平整机构控制装置中，本发明的平整机构控制装置通过主控芯片控制双刀双掷继电器电压正反接，控制电动推杆伸缩运动；电动推杆只有伸、缩两种动作，通过电压正接或反接来实现。因此可以用STM32F407的GPIO控制双刀双掷继电器实现电压正反接。当GPIO为高电平时继电器吸合，电动推杆伸出，GPIO为低电平时继电器断开，电动推杆收缩。

本发明的电源管理模块主要负责电池供电选通，输出电压、电流检测等。电源管理模块实时检测两个电池的电压，当某一个电压较低时切换到另一个电池供电。电压和电流检测通过STM32F407片内ADC转换。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种精平机器人电气控制系统，其特征在于，包括双机同步控制装置和平整机构控制装置；

所述双机同步控制装置包括控制底盘、视觉巡线模块、绝对值编码器、轴向偏转检测模块和无线传输模块，所述视觉巡线模块用于检测巡线色带、对图像信号进行处理、生成相对巡线目标角度，所述绝对值编码器用于检测平整机构旋转轴处的转角信号，所述轴向偏转检测模块用于检测平整机构沿轴向的角度偏转信号，所述无线传输模块用于双机数据通讯，所述控制底盘用于根据相对巡线目标角度、转角信号及角度偏转信号进行双机同步控制；

所述平整机构控制装置包括伸缩式支撑横梁机构、刮板上下调节机构、刮板伸缩机构和刮板旋转机构，所述伸缩式支撑横梁机构通过第一电动推杆和第二电动推杆控制左右伸缩运动，所述刮板上下调节机构通过第三电动推杆控制刮板上下调节，所述刮板伸缩机构通过第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机、第五步进电机和第六步进电机控制刮板伸缩运动，所述刮板旋转机构通过第七步进电机控制刮板旋转运动。

2.如权利要求1所述的精平机器人电气控制系统，其特征在于，所述视觉巡线模块采用OPENMV模块检测有色差的巡线色带，并对图像信号进行处理，生成相对巡线目标角度传输至控制底盘。

3.如权利要求1所述的精平机器人电气控制系统，其特征在于，所述双机同步控制装置还包括TTL转RS485模块，所述TTL转RS485模块用于对输出信号进行转换。

4.如权利要求1所述的精平机器人电气控制系统，其特征在于，所述控制底盘通过RS485接口模块与无线传输模块连接，实现两个精平机器人之间进行数据通信。

5.如权利要求1-4所述的精平机器人电气控制系统，其特征在于，第一精平机器人的控制底盘包括第一LOC板和第二LOC板，第二精平机器人的控制底盘包括第三LOC板和第四LOC板。

6.如权利要求5所述的精平机器人电气控制系统，其特征在于，所述第一LOC板通过RS485接口与绝对值编码器连接，第二LOC板通过RS232接口与第一LOC板连接，第二LOC板还通过TTL转RS485模块与OPENMV模块连接。

7.如权利要求6所述的精平机器人电气控制系统，其特征在于，所述第三LOC板通过TTL转RS485模块与轴向偏转检测模块连接，第四LOC板通过RS232接口与第三LOC板连接，第四LOC板还通过TTL转RS485模块与OPENMV模块连接。

8.如权利要求1所述的精平机器人电气控制系统，其特征在于，所述平整机构控制装置通过主控芯片向步进电机驱动器发送控制信号控制步进电机正反转及启停。

9.如权利要求8所述的精平机器人电气控制系统，其特征在于，所述平整机构控制装置通过主控芯片采集限位开关信号控制步进电机行程。

10.如权利要求9所述的精平机器人电气控制系统，其特征在于，所述平整机构控制装置通过主控芯片控制双刀双掷继电器电压正反接，控制电动推杆伸缩运动。