CN115056237A - 一种管道运输机器人运输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种管道运输机器人运输系统，所述第一变径模块和第二变径模块均设有变径电机，所述驱动轮模块设有驱动电机；所述主电机驱动模块采用FOC矢量控制算法电子调速器，设有双路电流采样与14位高精度霍尔编码器；由红外传感器检测管道内的标定点；使用陀螺仪惯性制导并在采样点通过红外传感器消除累计误差，通过驱动轮差速实现姿态矫正，所述变径电机驱动模块实现变径电机的高动态运动控制、无传感器力矩检测。本发明通过变径电机的的工作电流来判断管道内径是否改变；使用电流传感器和霍尔编码器实现对驱动电机的电流和旋转角度的检测，进而得知驱动电机当前工作的扭矩和转速，然后通过FOC矢量控制算法实现对驱动电机的限位控制。

Description

一种管道运输机器人运输系统
技术领域
本发明属于运输机器人技术领域，具体的说是一种管道运输机器人运输系统。
背景技术
目前，市场上取样与送检的方法还高度依赖于人工，部分先进企业能实现自动化取样，但依然需要人工送检。而在施工现场，取样点与检验室距离往往只有几百米，却因为送检样品数量大、种类多、送检频次高等原因，需要专门雇佣送检人员专职进行送检工作，并需要配上三轮车等交通运输工具，使得整个采样送检工作成本高。并且还常常出现送检人员未取得相关驾驶车辆驾驶证书等情况，为送检过程增添了几分风险因素。
鉴于此，申请人提出了一种管道运输机器人，解决了上述的问题，但是机器人在管道内运输时，不仅要适应管道变径的问题，还要解决驱动轮在管道中的水平、垂直、行进中自旋等运动，因此本申请提出了一种管道运输机器人运输系统，通过变径电机的的工作电流来判断管道内径是否改变；使用电流传感器和霍尔编码器实现对驱动电机的电流和旋转角度的检测，进而得知驱动电机当前工作的扭矩和转速，然后通过FOC矢量控制算法实现对驱动电机的限位控制。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提出的一种管道运输机器人运输系统；采用RTOS实时操作系统控制技术，通过变径电机的的工作电流来判断管道内径是否改变；使用电流传感器和霍尔编码器实现对驱动电机的电流和旋转角度的检测，进而得知驱动电机当前工作的扭矩和转速，然后通过FOC矢量控制算法实现对驱动电机的限位控制。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种管道运输机器人运输系统，采用RTOS实时操作系统控制技术，包括设置在机器人两端的第一变径模块和第二变径模块、以及设置在第二变径模块上的驱动轮模块，所述第一变径模块和第二变径模块由变径电机驱动模块控制，所述驱动轮模块由主电机驱动模块控制；所述第一变径模块和第二变径模块均设有变径电机，所述驱动轮模块设有驱动电机；所述主电机驱动模块采用FOC矢量控制算法电子调速器，设有双路电流采样与14位高精度霍尔编码器；由红外传感器检测管道内的标定点；使用陀螺仪惯性制导并在采样点通过红外传感器消除累计误差，通过驱动轮差速实现姿态矫正；所述变径电机驱动模块实现变径电机的高动态运动控制、无传感器力矩检测；通过变径电机的的工作电流来判断管道内径是否改变；使用电流传感器和霍尔编码器实现对驱动电机的电流和旋转角度的检测，进而得知驱动电机当前工作的扭矩和转速，然后通过FOC矢量控制算法实现对驱动电机的限位控制。
优选的，所述主电机驱动模块的控制器采用ESP32-D0WD-V3。
优选的，所述变径电机驱动模块采用型号TMC2209的变径电机控制器。
优选的，变径电机驱动模块驱动板以插拔件的形式引出UART接口，允许变径电机控制器对变径电机的各项参数进行调整，调整后的参数存储在TMC2209内部的存储器中。
优选的，所述驱动电机采用FOC矢量控制技术，将电机三相交流信号变为直流可控的两相正交电流的，即Clarke变换和Park变换，通过坐标变换解耦电流关系，使得无刷电机定子绕组也能产生近似正弦的旋转磁场。
本发明的有益效果如下：
1.1.本发明所述的一种管道运输机器人运输系统，搭载大功率FOC驱动的无刷电机作为动力源，在极小的体积下具备极强的运动和负载能力，可使机器人实现在管道中的水平、垂直、行进中自旋、改变直径等运动。采用RTOS实时操作系统控制技术，通过变径电机的的工作电流来判断管道内径是否改变；使用电流传感器和霍尔编码器实现对驱动电机的电流和旋转角度的检测，进而得知驱动电机当前工作的扭矩和转速，然后通过FOC矢量控制算法实现对驱动电机的限位控制。
2.本发明所述的一种管道运输机器人运输系统，所述驱动电机采用FOC矢量控制技术，将电机三相交流信号变为直流可控的两相正交电流的，即Clarke变换和Park变换，通过坐标变换解耦电流关系，使得无刷电机定子绕组也能产生近似正弦的旋转磁场。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明提出的一种管道运输机器人运输系统的任务框图。
图2是本发明提出的一种管道运输机器人运输系统的流程图。
图3是Clarke变换示意图。
图4是Park变换示意图。
图5是FOC转矩控制原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1-2所示，一种管道运输机器人运输系统，采用RTOS实时操作系统控制技术，通过主界面输入信息，包括设置在机器人两端的第一变径模块和第二变径模块、以及设置在第二变径模块上的驱动轮模块，所述第一变径模块和第二变径模块由变径电机驱动模块控制，所述驱动轮模块由主电机驱动模块控制；所述第一变径模块和第二变径模块均设有变径电机，所述驱动轮模块设有驱动电机；所述主电机驱动模块采用FOC矢量控制算法电子调速器，设有双路电流采样与14位高精度霍尔编码器；由红外传感器检测管道内的标定点；使用陀螺仪惯性制导并在采样点通过红外传感器消除累计误差，通过驱动轮差速实现姿态矫正；所述变径电机驱动模块实现变径电机的高动态运动控制、无传感器力矩检测；通过变径电机的的工作电流来判断管道内径是否改变；使用电流传感器和霍尔编码器实现对驱动电机的电流和旋转角度的检测，进而得知驱动电机当前工作的扭矩和转速，然后通过FOC矢量控制算法实现对驱动电机的限位控制。
在具体实施例中，所述主电机驱动模块的控制器采用ESP32-D0WD-V3，所述变径电机驱动模块采用型号TMC2209的变径电机控制器，变径电机驱动模块驱动板以插拔件的形式引出UART接口，允许变径电机控制器对变径电机的各项参数进行调整，调整后的参数存储在TMC2209内部的存储器中。
所述驱动电机采用FOC矢量控制技术，将电机三相交流信号变为直流可控的两相正交电流的，即Clarke变换和Park变换，通过坐标变换解耦电流关系，使得无刷电机定子绕组也能产生近似正弦的旋转磁场。
将电机三相电流从静止的U、V、W坐标系变换到两相静止α、β坐标系的变换过程称为Clarke变换。其实现过程如图3所示；
结合图3，采用等幅值变换，可以得到式(1)所示的Clarke变换公式:
Figure BDA0003683465630000041
FOC矢量控制的目的是解耦复杂的电流关系，通过式(1)将电机电流从三相静止坐标系变换到两相静止坐标系后，电流依然由时间和速度决定，因此还需要进一步变换。将α、β两相静止坐标系进一步变换为随转子磁场旋转的d、q坐标系的过程称为Park变换，具体实现如图4所示。
结合上图，可以得到式(2)所示的Park变换公式:
Figure BDA0003683465630000042
式(2)中，θr表示转子磁链与α轴的夹角。通过式(2)还可以得到该变换过程的逆变换,称为Park逆变换，基于电压变换的Park逆变换公式如式(3)所示。
Figure BDA0003683465630000043
基于FOC的电机转矩控制,过图5可以看到,在d、q坐标系通过控制d轴和q轴的两个电流分量id、iq，就可以控制合成的定子电流矢量is的幅值和相位，进而控制电机的电磁转矩。d、q坐标系中的d轴与永磁转子的磁链方向相同，或者说d、q坐标系是沿转子磁场定向的，因此称之为磁场定向控制，即FOC矢量控制。
因此，可以得到电机转矩的表达式:
Te＝p0ψfis sinβ＝p0ψfiq (4)
式(4)中，p0代表电机极对数，ψf代表转子的永磁磁链，is为定子合成电流，β为ψf与is的夹角，iq为q轴电流。
式(4)表明，决定电机电磁转矩的是定子电流的q轴分量，因此iq也被称为转矩电流。若控制β＝90°电角度，也即iq＝0，则is与ψf在空间上正交，定子电流is全部转化为转矩电流，由于ψf为定值，此时交轴电流iq已相当于他励直流电机的电枢电流，控制iq即相当于控制电枢电流，可获得与他励直流电动机同样的转矩控制效果。
上述前、后、左、右、上、下按照人物观察视角为标准，装置面对观察者的一面定义为前，观察者左侧定义为左，依次类推。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种管道运输机器人运输系统，采用RTOS实时操作系统控制技术，包括设置在机器人两端的第一变径模块和第二变径模块、以及设置在第二变径模块上的驱动轮模块，其特征在于：所述第一变径模块和第二变径模块由变径电机驱动模块控制，所述驱动轮模块由主电机驱动模块控制；所述第一变径模块和第二变径模块均设有变径电机，所述驱动轮模块设有驱动电机；所述主电机驱动模块采用FOC矢量控制算法电子调速器，设有双路电流采样与14位高精度霍尔编码器；由红外传感器检测管道内的标定点；使用陀螺仪惯性制导并在采样点通过红外传感器消除累计误差，通过驱动轮差速实现姿态矫正；所述变径电机驱动模块实现变径电机的高动态运动控制、无传感器力矩检测；通过变径电机的的工作电流来判断管道内径是否改变；使用电流传感器和霍尔编码器实现对驱动电机的电流和旋转角度的检测，进而得知驱动电机当前工作的扭矩和转速，然后通过FOC矢量控制算法实现对驱动电机的限位控制。
2.根据权利要求1所述的一种管道运输机器人运输系统，其特征在于：所述主电机驱动模块的控制器采用ESP32-D0WD-V3。
3.根据权利要求1所述的一种管道运输机器人运输系统，其特征在于：所述变径电机驱动模块采用型号TMC2209的变径电机控制器。
4.根据权利要求1所述的一种管道运输机器人运输系统，其特征在于：变径电机驱动模块驱动板以插拔件的形式引出UART接口，允许变径电机控制器对变径电机的各项参数进行调整，调整后的参数存储在TMC2209内部的存储器中。
5.根据权利要求1所述的一种管道运输机器人运输系统，其特征在于：所述驱动电机采用FOC矢量控制技术，将电机三相交流信号变为直流可控的两相正交电流的，即Clarke变换和Park变换，通过坐标变换解耦电流关系，使得无刷电机定子绕组也能产生近似正弦的旋转磁场。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6560512B1 (en) * 2002-01-04 2003-05-06 Machine Consciousness, Inc. Relational robotic controller
US6940251B1 (en) * 2004-04-30 2005-09-06 Honeywell International Inc. Decoupling of cross coupling for floating reference frame controllers for sensorless control of synchronous machines
CN108768220A (zh) * 2018-07-23 2018-11-06 南京工程学院 一种多关节机器人一体化协同控制装置及方法
CN111913489A (zh) * 2019-05-10 2020-11-10 欧舶智能科技（上海）有限公司 水下机器人多推进器耦合控制方法及系统
KR102187486B1 (ko) * 2020-06-16 2020-12-07 에스케이씨솔믹스 주식회사 로봇의 상태 판단 방법 및 장치
CN112234874A (zh) * 2020-09-18 2021-01-15 江苏科技大学 一种水下机器人多电机推进系统及控制方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6560512B1 (en) * 2002-01-04 2003-05-06 Machine Consciousness, Inc. Relational robotic controller
US6940251B1 (en) * 2004-04-30 2005-09-06 Honeywell International Inc. Decoupling of cross coupling for floating reference frame controllers for sensorless control of synchronous machines
CN108768220A (zh) * 2018-07-23 2018-11-06 南京工程学院 一种多关节机器人一体化协同控制装置及方法
CN111913489A (zh) * 2019-05-10 2020-11-10 欧舶智能科技（上海）有限公司 水下机器人多推进器耦合控制方法及系统
KR102187486B1 (ko) * 2020-06-16 2020-12-07 에스케이씨솔믹스 주식회사 로봇의 상태 판단 방법 및 장치
CN112234874A (zh) * 2020-09-18 2021-01-15 江苏科技大学 一种水下机器人多电机推进系统及控制方法

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