CN111716351A - 一种导线施工机器人控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导线施工机器人控制系统，包括本体控制器、地面控制系统及遥控器；本体控制器包括控制模块、电机模块、无线图传模块及无线数传模块；遥控器，用于向本体控制器发送第一控制指令和移动速度信号；地面控制系统，用于向本体控制器发送第二控制指令；无线数传模块，用于接收第一机器人控制指令和移动速度信号，或第二控制指令；控制模块，用于响应于第一控制指令和移动速度信号控制电机模块进行行走和作业工作；响应于第二控制指令控制电机模块工作，并向地面控制系统反馈机器人状态信息；无线图传模块，用于当机器人本体工作时，获取当前工作的图像信息，后发送至地面控制系统，实现隔绝高电压，杜绝电磁干扰，方便作业。

Description

一种导线施工机器人控制系统

技术领域

本发明涉及自动化技术领域，尤其涉及一种导线施工机器人控制系统。

背景技术

目前，电力系统的输电导线需要进行各种施工作业，如导线上的探伤、绝缘喷涂、除异物等。由于输电线路环境特殊，具有野外作业、电磁干扰严重、高电压环境等特点。因此，为克服上述输电线路环境问题，急需一种导线施工机器人控制系统。

发明内容

本发明实施例提供一种导线施工机器人控制系统，能实现本体控制器、地面控制系统及遥控器之间的隔离，方便作业，并且实现高电压的隔绝，杜绝电磁对地面平台及遥控器的干扰。

本发明一实施例提供一种导线施工机器人控制系统，包括：本体控制器、地面控制系统及遥控器；所述本体控制器包括控制模块、电机模块、无线图传模块及无线数传模块；

所述遥控器，与所述本体控制器连接，用于向所述本体控制器发送第一控制指令和移动速度信号；

所述地面控制系统，与所述本体控制器连接，用于向所述本体控制器发送第二控制指令；

所述无线数传模块，与所述控制模块连接，用于接收来自所述遥控器的第一机器人控制指令和移动速度信号，或来自所述地面控制系统的第二控制指令，后发送至所述控制模块；

所述控制模块，与所述电机模块连接，用于响应于所述第一控制指令，基于所述移动速度信号控制所述电机模块进行行走和作业工作；响应于所述第二控制指令，控制所述电机模块工作，并向所述地面控制系统反馈机器人状态信息；

所述无线图传模块，与所述控制模块、所述地面控制系统连接，用于当机器人本体工作时，获取当前工作的图像信息，后将所述图像信息发送至所述地面控制系统。

作为上述方案的改进，所述本体控制器包括增量编码器；

所述控制模块，与所述增量编码器连接，用于从所述电机模块获取所述电机转速信息，并发送至所述增量编码器；

所述增量编码器，用于将所述电机转速信息转换为电信号，后将所述电信号转换为计数脉冲，从而根据所述计数脉冲对所述电机模块的转速进行反馈控制。

作为上述方案的改进，所述本体控制器包括第一ADC模块及第一电源模块；

所述第一ADC模块，与所述第一电源模块连接，用于采集电源电压和电源电流，将电源电压转化为所述本体控制器需要的电压源，并根据所述电源电压和所述电源电流监测所述本体控制器的电源电量信息；

所述控制模块，与所述第一ADC模块连接，用于通过所述无线数传模块将所述电源电量信息反馈到所述遥控器和所述地面控制系统。

作为上述方案的改进，所述本体控制器包括微动开关；

所述微动开关，用于控制所述电机模块电源的开关；

所述控制模块，与所述微动开关连接，用于响应于所述第一控制指令或所述第二控制指令，闭合所述微动开关，后控制所述电机模块工作。

作为上述方案的改进，所述电机模块包括第一电机和第二电机；

所述控制模块，与所述第一电机连接，用于响应于所述第一控制指令或所述第二控制指令，控制所述第一电机执行作业部件加紧及作业头闭合的操作；

所述控制模块，与所述第二电机连接，用于根据所述移动速度信号或所述第二控制指令，控制所述第二电机转动以带动机器人前进。

作为上述方案的改进，所述电机模块还包括电机驱动器和电机驱动桥；

所述第一电机通过所述电机驱动器与所述控制模块的串口通信连接；

所述第二电机通过所述电机驱动桥与所述控制模块通信连接。

作为上述方案的改进，所述遥控器包括处理模块、无线通信模块及指令采集模块；

所述指令采集模块，与所述处理模块连接，用于采集控制机器人本体的动作指令，并将所述动作指令发送至所述处理模块；

所述处理模块，与所述无线通信模块连接，用于基于所述动作指令，生成所述第一控制指令，并将所述第一控制指令发送至所述无线通信模块；

所述无线通信模块，与所述无线数传模块连接，用于向所述无线数传模块发送所述第一控制指令。

作为上述方案的改进，所述遥控器包括第二电源模块、第二ADC模块和电源指示灯；

所述第二ADC模块，与所述第二电源模块、所述处理模块连接，用于将所述第二电源模块的电源电压转化为所述遥控器需要的电压源，并监测所述遥控器的电量信息后发送至所述处理模块；

所述处理模块，与所述电源指示灯连接，用于根据所述电量信息控制所述电源指示灯以指示电源电量状态。

作为上述方案的改进，所述地面控制系统包括数传模块、图像接收模块及计算机模块；

所述数传模块，与所述无线数传模块连接，用于发送所述第二控制指令，并接收所述机器人状态信息；

所述图像接收模块，与所述无线图传模块连接，用于接收所述图像信息；

所述计算机模块，与所述数传模块、所述图像接收模块连接，用于生成所述第二控制指令；显示所述机器人状态信息和所述图像信息。

作为上述方案的改进，所述无线图传模块包括摄像头和无线图传单元；

所述摄像头，用于获取机器人本体工作的图像信息，并将所述图像信息发送至所述无线图传单元；

所述无线图传单元，与所述地面控制系统连接，用于将所述图像信息发送至所述地面控制系统；

所述本体控制器包括继电器；

所述继电器，与所述控制模块、所述无线图传模块连接，用于控制所述控制模块向所述无线图传模块供电。

与现有技术相比，本发明实施例公开的一种导线施工机器人控制系统，所述导线施工机器人控制系统包括本体控制器、地面控制系统及遥控器；所述本体控制器包括控制模块、电机模块、无线图传模块及无线数传模块；所述遥控器，与所述本体控制器连接，用于向所述本体控制器发送第一控制指令和移动速度信号；所述地面控制系统，与所述本体控制器连接，用于向所述本体控制器发送第二控制指令；所述无线数传模块，与所述控制模块连接，用于接收来自所述遥控器的第一机器人控制指令和移动速度信号，或来自所述地面控制系统的第二控制指令，后发送至所述控制模块；所述控制模块，与所述电机模块连接，用于响应于所述第一控制指令，基于所述移动速度信号控制所述电机模块进行行走和作业工作；响应于所述第二控制指令，控制所述电机模块工作，并向所述地面控制系统反馈机器人状态信息；所述无线图传模块，与所述控制模块、所述地面控制系统连接，用于当机器人本体工作时，获取当前工作的图像信息，后将所述图像信息发送至所述地面控制系统。这样，通过本体控制器、地面控制系统及遥控器之间通过无线数传模块进行数据传输，通过无线图传模块进行图像传输，实现本体控制器、地面控制系统及遥控器之间的隔离，实现控制机器人本体的行走和作业工作，方便作业，也能实现高电压的隔绝，杜绝电磁对地面平台及遥控器的干扰。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种导线施工机器人控制系统的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的本体控制器的结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的遥控器的结构示意图；

图4是本发明一实施例提供的地面控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明一实施例提供的一种导线施工机器人控制系统的结构示意图，以及参见图2，是本发明一实施例提供的本体控制器的结构示意图，所述导线施工机器人控制系统包括：本体控制器1、地面控制系统3及遥控器2；所述本体控制器1包括控制模块11、电机模块12、无线图传模块13及无线数传模块14；

所述遥控器2，与所述本体控制器1连接，用于向所述本体控制器1发送第一控制指令和移动速度信号；

所述地面控制系统3，与所述本体控制器1连接，用于向所述本体控制器1发送第二控制指令；

所述无线数传模块14，与所述控制模块11连接，用于接收来自所述遥控器2的第一机器人控制指令和移动速度信号，或来自所述地面控制系统3的第二控制指令，后发送至所述控制模块11；

所述控制模块11，与所述电机模块12连接，用于响应于所述第一控制指令，基于所述移动速度信号控制所述电机模块12进行行走和作业工作；响应于所述第二控制指令，控制所述电机模块12工作，并向所述地面控制系统3反馈机器人状态信息；

所述无线图传模块13，与所述控制模块11、所述地面控制系统3连接，用于当机器人本体工作时，获取当前工作的图像信息，后将所述图像信息发送至所述地面控制系统3。

本实施例中，本体控制器1为设置在机器人本体，并实现对机器人本体电机控制的设备。本体控制器用于完成本体电机控制(如控制本体行走和作业工作)，利用各种传感器将其信号输入嵌入式芯片；利用本体携带的摄像头获取图像并将发送给地面控制系统；接收、解释、执行地面控制系统3、遥控器2发送的控制指令；实时反馈施工机器人本体信息给地面平台。遥控器2为具有无线控制功能的智能设备，如手持式遥控器。遥控器2用于对绝缘施工装置行走速度、启停、档位进行遥控。地面控制系统3用于向本体控制器1发送控制指令，同时接收本体控制器的反馈状态信息，并能对机器人本体的行走速度、启停、档位进行遥控，实时反馈机器人状态信息，如电源电量、档位、故障等信息。更具体的，控制器可实现对机器人本体的行走控制和作业控制；其中，行走控制包括：前进、后退、停止和夹紧等；作业控制包括：作业头的打开及闭合、作业开始及作业停止等。

请参见图2，控制模块11具体为PLC控制器，无线数传模块14通过PLC控制器的串口模块与核心控制器通信。同时，无线数传模块14连接第一天线192等通信设备，以实现本体控制器1与遥控器2、地面控制系统3的数据交互。优选的，无线数传模块14采用点对多点SCADA专网进行无线通讯，如MDS EL705数传电台等解决方案。

在一种优选的实施例中，所述无线图传模块13包括摄像头131和无线图传单元132；

所述摄像头131，用于获取机器人本体工作的图像信息，并将所述图像信息发送至所述无线图传单元132；

所述无线图传单元132，与所述地面控制系统3连接，用于将所述图像信息发送至所述地面控制系统3；

所述本体控制器1包括继电器18；

所述继电器18，与所述控制模块11、所述无线图传模块13连接，用于控制所述控制模块11向所述无线图传模块13供电。

请参见图2，无线图传模块13通过I/O接口与PLC控制器的通信连接。本实施例中，图像获取设备和发射设备为独立子系统，控制模块11仅负责无线图传模块13电源质量，因此，通过设置继电器18作为开关，以控制控制模块11向无线图传模块13供电。此外，无线图传模块13连接第二天线191等通信设备，以实现本体控制器1与地面控制系统3的图像数据传输。

在一种优选的实施例中，所述电机模块12包括第一电机121和第二电机122；

所述控制模块11，与所述第一电机121连接，用于响应于所述第一控制指令或所述第二控制指令，控制所述第一电机121执行作业部件加紧及作业头闭合的操作；

所述控制模块11，与所述第二电机122连接，用于根据所述移动速度信号或所述第二控制指令，控制所述第二电机122转动以带动机器人前进。

进一步，所述电机模块12还包括电机驱动器123和电机驱动桥124；

所述第一电机121通过所述电机驱动器123与所述控制模块11的串口通信连接；

所述第二电机122通过所述电机驱动桥124与所述控制模块11通信连接。

需要说明的是，在导线施工机器人本体中设有两类电机，其一为固定行为式电机，其二为调速式电机。其中，请参见图2，第二电机122为固定行为式电机，PLC控制器通过PWM模块与电机驱动桥连接。固定行为式电机由于所需功率不大，可采用电机驱动桥124进行控制，驱动芯片具有3A的连续驱动电流，自带温度保护功能，为系统安全运行提供了保证，同时具备电流检测功能。另外，第一电机121为调速式电机，调速式电机采用伺服驱动器进行控制，PLC控制器通过串口发送控制指令实现对机器人行走和夹紧电机的控制或获取电机的信息。优选的，电机驱动器123通过RS232接口线与PLC控制器的串口通信。

在一种优选的实施例中，所述本体控制器1包括增量编码器15；

所述控制模块11，与所述增量编码器15连接，用于从所述电机模块12获取所述电机转速信息，并发送至所述增量编码器15；

所述增量编码器15，用于将所述电机转速信息转换为电信号，后将所述电信号转换为计数脉冲，从而根据所述计数脉冲对所述电机模块12的转速进行反馈控制。

本实施例中，增量编码器15可以为增量式光电编码器，将电机转速转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示转速的大小，并进而实现电机转速的反馈控制。请参见图2，增量编码器15通过PLC控制器的EQep接口与PLC控制器通信。

在一种优选的实施例中，所述本体控制器1包括第一ADC模块及第一电源模块16；

所述第一ADC模块，与所述第一电源模块16连接，用于采集电源电压和电源电流，将电源电压转化为所述本体控制器1需要的电压源，并根据所述电源电压和所述电源电流监测所述本体控制器1的电源电量信息；

所述控制模块11，与所述第一ADC模块连接，用于通过所述无线数传模块将所述电源电量信息反馈到所述遥控器2和所述地面控制系统3。

本实施例中，通过本体控制器1自带的ADC模块，实现对电源电压进行采集，从而监控电源的电量。具体的，请参见图2，PLC控制器的A/D模块与第一电源模块16连接，以采集电源电压，进而对电源电压进行转换，从而监控电源的电量。

在一种优选的实施例中，所述本体控制器1包括微动开关17；

所述微动开关17，用于控制所述电机模块12电源的开关；

所述控制模块11，与所述微动开关17连接，用于响应于所述第一控制指令或所述第二控制指令，闭合所述微动开关17，后控制所述电机模块12工作。

本实施例中，请参见图2，PLC控制器通过I/O接口与微动开关连接，以控制机器人电机电源的开关，进而实现机器人启、停等作业。

参见图3，是本发明一实施例提供的遥控器的结构示意图，所述遥控器2包括处理模块21、无线通信模块22及指令采集模块23；

所述指令采集模块23，与所述处理模块21连接，用于采集控制机器人本体的动作指令，并将所述动作指令发送至所述处理模块21；

所述处理模块21，与所述无线通信模块22连接，用于基于所述动作指令，生成所述第一控制指令，并将所述第一控制指令发送至所述无线通信模块22；

所述无线通信模块22，与所述无线数传模块14连接，用于向所述无线数传模块14发送所述第一控制指令。

需要说明的是，处理模块21可具体为DSP芯片；指令采集模块23可以是具有指令输入、采集等功能的智能设备，如触摸屏。请参见图3，无线通信模块22及指令采集模块23通过串口28实现与处理模块21通信。控制器2为无线通讯方式，通过串口连接无线数传模块14与导线施工机器人进行通信。优选的，无线通信模块22采用点对多点SCADA专网进行无线通讯。

示例性的，遥控器控制导线施工机器人作业的工作原理为：当导线施工机器人架设到导线上之后，利用遥控器2上的触摸屏，点击相应控制键，生成该第一控制指令，以控制机器人本体上的第一电机121实现作业部件夹紧，及实现作业头闭合，此时闭合微动开关并完成相应动作。根据导线参数，选定机器人移动速度并将选定的速度信号命令发送给本体控制器1。点击遥控器上触摸屏上的开始键控制机器人本体开始作业，此时微动开关闭合并导通电源，机器人本体上的第二电机122开始转动，带动机器人前进。

在一种优选的实施例中，所述遥控器2包括第二电源模块24、第二ADC模块25和电源指示灯26；

所述第二ADC模块25，与所述第二电源模块24、所述处理模块21连接，用于将所述第二电源模块24的电源电压转化为所述遥控器2需要的电压源，并监测所述遥控器2的电量信息后发送至所述处理模块21；

所述处理模块21，与所述电源指示灯26连接，用于根据所述电量信息控制所述电源指示灯26以指示电源电量状态。

具体的，遥控器2采用一体化电源，将电池电压转化为遥控器2需要的12V、5V、3.3V等标准电压。

优选的，请参见图3，所述遥控器2还包括JTAG27，与处理模块21连接，以实现对处理芯片内部测试。

参见图4，是本发明一实施例提供的地面控制系统的结构示意图，所述地面控制系统3包括数传模块32、图像接收模块33及计算机模块31；

所述数传模块31，与所述无线数传模块14连接，用于发送所述第二控制指令，并接收所述机器人状态信息；

所述图像接收模块33，与所述无线图传模块13连接，用于接收所述图像信息；

所述计算机模块31，与所述数传模块32、所述图像接收模块33连接，用于生成所述第二控制指令；显示所述机器人状态信息和所述图像信息。

需要说明的是，请参见图4，地面控制系统3由计算机模块31、数传模块32、图像接收模块33、电池35、存储卡34组成，地面控制系统3与本体控制器1之间通过数传模块31进行通讯。优选的，计算机模块31通过转接卡与数传模块32和图像接收模块33连接，图像接收模块33可接收本体控制器1回传的图像信息，并显示在计算机模块31的人机界面上。通过设置电池35，为地面控制系统3供电；通过设置存储卡34，存储图像信息、机器人状态信息等。

本发明实施例提供的一种导线施工机器人控制系统，所述导线施工机器人控制系统包括本体控制器、地面控制系统及遥控器；所述本体控制器包括控制模块、电机模块、无线图传模块及无线数传模块；所述遥控器，与所述本体控制器连接，用于向所述本体控制器发送第一控制指令和移动速度信号；所述地面控制系统，与所述本体控制器连接，用于向所述本体控制器发送第二控制指令；所述无线数传模块，与所述控制模块连接，用于接收来自所述遥控器的第一机器人控制指令和移动速度信号，或来自所述地面控制系统的第二控制指令，后发送至所述控制模块；所述控制模块，与所述电机模块连接，用于响应于所述第一控制指令，基于所述移动速度信号控制所述电机模块进行行走和作业工作；响应于所述第二控制指令，控制所述电机模块工作，并向所述地面控制系统反馈机器人状态信息；所述无线图传模块，与所述控制模块、所述地面控制系统连接，用于当机器人本体工作时，获取当前工作的图像信息，后将所述图像信息发送至所述地面控制系统。这样，通过本体控制器、地面控制系统及遥控器之间通过无线数传模块进行数据传输，通过无线图传模块进行图像传输，实现本体控制器、地面控制系统及遥控器之间的隔离，实现控制机器人本体的行走和作业工作，方便作业，也能实现高电压的隔绝，杜绝电磁对地面平台及遥控器的干扰。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种导线施工机器人控制系统，其特征在于，包括：本体控制器、地面控制系统及遥控器；所述本体控制器包括控制模块、电机模块、无线图传模块及无线数传模块；

所述遥控器，与所述本体控制器连接，用于向所述本体控制器发送第一控制指令和移动速度信号；

所述地面控制系统，与所述本体控制器连接，用于向所述本体控制器发送第二控制指令；

所述无线数传模块，与所述控制模块连接，用于接收来自所述遥控器的第一机器人控制指令和移动速度信号，或来自所述地面控制系统的第二控制指令，后发送至所述控制模块；

所述控制模块，与所述电机模块连接，用于响应于所述第一控制指令，基于所述移动速度信号控制所述电机模块进行行走和作业工作；响应于所述第二控制指令，控制所述电机模块工作，并向所述地面控制系统反馈机器人状态信息；

所述无线图传模块，与所述控制模块、所述地面控制系统连接，用于当机器人本体工作时，获取当前工作的图像信息，后将所述图像信息发送至所述地面控制系统。

2.如权利要求1所述的导线施工机器人控制系统，其特征在于，所述本体控制器包括增量编码器；

所述控制模块，与所述增量编码器连接，用于从所述电机模块获取所述电机转速信息，并发送至所述增量编码器；

所述增量编码器，用于将所述电机转速信息转换为电信号，后将所述电信号转换为计数脉冲，从而根据所述计数脉冲对所述电机模块的转速进行反馈控制。

3.如权利要求1所述的导线施工机器人控制系统，其特征在于，所述本体控制器包括第一ADC模块及第一电源模块；

所述第一ADC模块，与所述第一电源模块连接，用于采集电源电压和电源电流，将电源电压转化为所述本体控制器需要的电压源，并根据所述电源电压和所述电源电流监测所述本体控制器的电源电量信息；

所述控制模块，与所述第一ADC模块连接，用于通过所述无线数传模块将所述电源电量信息反馈到所述遥控器和所述地面控制系统。

4.如权利要求1所述的导线施工机器人控制系统，其特征在于，所述本体控制器包括微动开关；

所述微动开关，用于控制所述电机模块电源的开关；

所述控制模块，与所述微动开关连接，用于响应于所述第一控制指令或所述第二控制指令，闭合所述微动开关，后控制所述电机模块工作。

5.如权利要求1所述的导线施工机器人控制系统，其特征在于，所述电机模块包括第一电机和第二电机；

所述控制模块，与所述第一电机连接，用于响应于所述第一控制指令或所述第二控制指令，控制所述第一电机执行作业部件加紧及作业头闭合的操作；

所述控制模块，与所述第二电机连接，用于根据所述移动速度信号或所述第二控制指令，控制所述第二电机转动以带动机器人前进。

6.如权利要求5所述的导线施工机器人控制系统，其特征在于，所述电机模块还包括电机驱动器和电机驱动桥；

所述第一电机通过所述电机驱动器与所述控制模块的串口通信连接；

所述第二电机通过所述电机驱动桥与所述控制模块通信连接。

7.如权利要求1所述的导线施工机器人控制系统，其特征在于，所述遥控器包括处理模块、无线通信模块及指令采集模块；

所述指令采集模块，与所述处理模块连接，用于采集控制机器人本体的动作指令，并将所述动作指令发送至所述处理模块；

所述处理模块，与所述无线通信模块连接，用于基于所述动作指令，生成所述第一控制指令，并将所述第一控制指令发送至所述无线通信模块；

所述无线通信模块，与所述无线数传模块连接，用于向所述无线数传模块发送所述第一控制指令。

8.如权利要求7所述的导线施工机器人控制系统，其特征在于，所述遥控器包括第二电源模块、第二ADC模块和电源指示灯；

所述第二ADC模块，与所述第二电源模块、所述处理模块连接，用于将所述第二电源模块的电源电压转化为所述遥控器需要的电压源，并监测所述遥控器的电量信息后发送至所述处理模块；

所述处理模块，与所述电源指示灯连接，用于根据所述电量信息控制所述电源指示灯以指示电源电量状态。

9.如权利要求1所述的导线施工机器人控制系统，其特征在于，所述地面控制系统包括数传模块、图像接收模块及计算机模块；

所述数传模块，与所述无线数传模块连接，用于发送所述第二控制指令，并接收所述机器人状态信息；

所述图像接收模块，与所述无线图传模块连接，用于接收所述图像信息；

所述计算机模块，与所述数传模块、所述图像接收模块连接，用于生成所述第二控制指令；显示所述机器人状态信息和所述图像信息。

10.如权利要求1所述的导线施工机器人控制系统，其特征在于，所述无线图传模块包括摄像头和无线图传单元；

所述摄像头，用于获取机器人本体工作的图像信息，并将所述图像信息发送至所述无线图传单元；

所述无线图传单元，与所述地面控制系统连接，用于将所述图像信息发送至所述地面控制系统；

所述本体控制器包括继电器；

所述继电器，与所述控制模块、所述无线图传模块连接，用于控制所述控制模块向所述无线图传模块供电。

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