CN207264199U - 一种上位机集中控制的爬墙机器人系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型披露了一种上位机集中控制的爬墙机器人系统，包括上位机系统、无线传输模块和爬墙机器人硬件电路模块，上位机系统包括开关控制模块、数据传输模块和爬墙机器人上位机控制模块；无线传输模块包括总节点无线收发模块和至少一个分节点无线收发模块，总节点无线收发模块安装于上位机，分节点无线收发模块安装于爬墙机器人；开关控制模块连接数据传输模块，数据传输模块和总节点无线收发模块双向数据传输，总节点无线收发模块和分节点无线收发模块连接，分节点无线收发模块和爬行机器人硬件电路模块个数相同并相互连接。本实用新型通过无线通讯方式远程集中控制各爬墙机器人进行攀爬工作，既节约人力又提高工作效率。

Description

一种上位机集中控制的爬墙机器人系统

技术领域

本实用新型涉及一种爬墙机器人控制系统，尤其涉及一种上位机集中控制多爬墙机器人的系统。

背景技术

随着城市建筑楼群的不断增多，诸如商场、小区住户等建筑玻璃多、清洁频繁等特点，使得工人高空作业强度大、危险性高且有许多不确定因素。目前虽然出现了某些机器人可以进行玻璃清洁，但是对于清洁面积大的场所，独立工作的爬墙机器人耗时长。如果多爬墙机器人同时单机进行，则耗费人力较多。同时很多机器人没有配有安全保护措施，跌落后很容易损坏。

发明内容

本实用新型为了解决上述问题，提供了可以机集中控制的多爬墙机器人运行的系统，可以实现单机和联机工作选择。

一种上位机集中控制的爬墙机器人系统，其包括上位机系统、无线传输模块和爬墙机器人硬件电路模块，所述爬墙机器人硬件电路模块安装于爬墙机器人，所述上位机系统包括开关控制模块、数据传输模块和爬墙机器人上位机控制模块；无线传输模块包括总节点无线收发模块和至少一个分节点无线收发模块，所述总节点无线收发模块安装于上位机，所述分节点无线收发模块安装于爬墙机器人；所述数据传输模块连接所述开关控制模块、所述爬墙机器人上位机控制模块和所述总节点无线收发模块，所述总节点无线收发模块连接所述分节点无线收发模块，所述分节点无线收发模块连接所述爬行机器人硬件电路模，所述分节点无线收发模块和爬行机器人硬件电路模块个数相同并一一对应。

优选的，所述爬墙机器人硬件电路模块包括控制器单元、超声波模块、陀螺仪模块、驱动模块和动力模块，所述分节点无线收发模块连接控制器单元，所述控制器单元连接超声波模块、陀螺仪模块和驱动模块，所述驱动模块连接动力模块。

优选的，所述爬墙机器人硬件电路模块还包括摄像头模块、储存模块、报警模块、防跌落模块，所述摄像头模块、储存模块、报警模块和防跌落模块分别连接控制器单元。

优选的，所述分节点无线收发模块和其对应的爬行机器人硬件电路模通过串口进行双向数据传输，所述总节点无线收发模块和上位机系统通过串口进行双向数据传输，所述分节点无线收发模块和所述总节点无线收发模块通过无线信号进行双向数据传输。

本实用新型的有益效果：

基于LabVIEW的上位机控制系统，该控制系统通过无线通讯方式远程集中控制各爬墙机器人进行攀爬工作，这样既可以节约人力又提高工作效率。同时各爬墙机器人也可以单机进行爬墙动作，这样便可以根据实际工作需要、实际机器人数量的多少选择是多机器人联机工作还是单机工作，提高了工作的灵活性；同时通过防跌落装置实现机器人高空跌落的防护。

附图说明

图1为上位机集中控制的爬墙机器人系统模块图；

图2为基于LabVIEW的爬墙机器人上位机系统模块图；

图3为1号爬墙机器人上位机控制模块和2号爬墙机器人上位机控制模块模块图；

图4为1号爬墙机器人硬件电路模块和2号爬墙机器人硬件电路模块模块图。

具体实施方式

本实施例阐述通过上位机集中控制的爬墙机器人系统控制两个爬墙机器人。

如图1：一种上位机集中控制的爬墙机器人系统，包括基于LabVIEW的爬墙机器人上位机系统、无线传输模块和爬墙机器人硬件电路模块。爬墙机器人硬件电路模块为两个，分别安装在爬墙机器人上，分别为1号爬墙机器人硬件电路模块和2号爬墙机器人硬件电路模块；

无线传输模块采用基于Zigbee的无线通讯协议、星型拓扑结构，其包括总节点无线收发模块(以下简称总节点)和两个分节点无线收发模块(以下简称分节点)。分节点分别为分节点(I)和分节点(II)，分节点(I)和分节点(II)分别和总节点通过无线进行双向数据传输，总节点和基于LabVIEW的爬墙机器人上位机系统之间数据传输通过串口进行双向数据传输。分节点(I)和1号爬墙机器人硬件电路模块通过串口进行数据传输。分节点(II)和2号爬墙机器人硬件电路模块通过串口进行数据传输。

如图2：基于LabVIEW的爬墙机器人上位机系统包括用户登录模块、开关控制模块、数据传输模块、爬墙机器人上位机控制模块。其中，爬墙机器人上位机控制模块包括1号爬墙机器人上位机控制模块和2号爬墙机器人上位机控制模块。开关控制模块连接数据传输模块，数据传输模块连接爬墙机器人硬件电路模块，同时和总节点进行双向数据传输。

如图3：1号爬墙机器人上位机控制模块包括开关控制模块、路径选择模块、报警控制模块、数据分析模块和视频采集模块；2号爬墙机器人上位机控制模块组件及连接关系和1号爬墙机器人上位机控制模块一样。

如图4：1号爬墙机器人硬件电路模块包括控制器单元、超声波模块、陀螺仪模块、存储模块、摄像头模块、防跌落装置、报警模块、驱动模块和动力模块。超声波模块、陀螺仪模块、存储模块、摄像头模块、防跌落装置、报警模块和驱动模块连接控制器单元，驱动模块连接动力模块。其中，驱动模块为电机，动力模块可以为轮子或者脚步式移动结构等，本实施例采用轮子。

分节点数量和爬墙机器人上位机控制模块数量以及爬墙机器人硬件电路模块的数量相同，并且一一对应连接。分节点(I)和分节点(II)分别安装于两个爬墙机器人；分节点(I)连接1号爬墙机器人硬件电路模块的控制器单元，分节点(II)连接2号爬墙机器人硬件电路模块的控制器单元；总节点无线收发模块安装于上位机，本实施例将总节点无线收发模块制成U盘形式安装于上位机，具体结构和安装形式有多种。

其中，控制器单元采用双联PID控制算法，超声波模块采用HC-SR04实现距离检测，陀螺仪模块为六轴传感器，用于测量爬墙机器人三维空间的角度数值和加速度数值，摄像头模块用于视频采集，驱动模块采用PWM控制方式驱动动力模块，储存模块采用SD卡方式，报警模块采用声光报警器，防跌落模块安装降落伞，防跌落模块接收命令后弹出降落伞。

2号爬墙机器人硬件电路模块组件及连接关系和1号爬墙机器人硬件电路模块的一样。

本实施例以两个爬墙机器人做举例，实际根据操作中爬墙机器人的个数需要可以增加分节点和爬墙机器人硬件电路模块及相应的爬墙机器人上位机控制模块的个数。

在基于LabVIEW的爬墙机器人上位机系统的用户登录模块登陆，通过开关控制模块选择爬墙机器人是单机工作还是和其他爬墙机器人联机工作，路径选择模块控制爬墙机器人的爬行路径；报警控制模块控制爬墙机器人正常工作时绿灯亮，出现故障时红灯亮；数据分析模块记录爬墙机器人的实际爬行路径；视频采集模块实时对爬墙机器人的工作情况进行视频传输，保证上位机系统能够实时观察爬墙机器人工作状况。

数据传输模块将开关控制的指令、路径选择模块的指令传输到总节点，总节点再无线传输给分节点(I)和分节点(II)，最终指令通过串口传输给1号爬墙机器人硬件电路模块和2号爬墙机器人硬件电路模块的控制器单元。

下面以1号爬墙机器人硬件电路模块为例描述爬墙机器人硬件电路模块工作流程：

控制器单元采用ARM32控制芯片、双联PID控制算法控制爬墙机器人，超声波模块检测实时距离，并将距离信号传输给控制器单元，控制器单元判断实测距离与程序设定距离的关系，当实测距离小于设定距离时认定前方有障碍物，控制器单元发送命令信号给驱动模块驱动轮子调转方向，调整行驶路径。

陀螺仪模块为六轴传感器，实时采集当前角度数据和加速度数据，并将数据实时传输给控制器单元，采集和传输频率根据具体需求确定。控制器单元根据接收的角度数据通过双闭环负反馈的PID算法改变PWM使机器人保持平衡。控制器单元根据采集到的加速度数据与程序设定值进行比较，判断机器人是否出现跌落情况。如果测量的加速度值大于程序设定的值时，判定机器人跌落。控制器单元发送指令给防跌落装置启动降落伞，控制器单元发送指令给报警模块启动声光报警器，并发送数据给分节点(I)，分节点(I)发送给总节点，总节点通过数据传输模块发送数据给报警控制模块，报警控制模块在基于LabVIEW的爬墙机器人上位机系统实现灯光报警。

爬墙机器人的运动轨迹数据存储到存储模块中，存储模块中的轨迹数据经过无线传输模块上传到上位机系统中数据分析模块。摄像头模块采集视频，并通过无线传输模块传输给基于LabVIEW的爬墙机器人上位机系统的视频采集模块。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种上位机集中控制的爬墙机器人系统，其特征在于，其包括上位机系统、无线传输模块和爬墙机器人硬件电路模块，所述爬墙机器人硬件电路模块安装于爬墙机器人，所述上位机系统包括开关控制模块、数据传输模块和爬墙机器人上位机控制模块；无线传输模块包括总节点无线收发模块和至少一个分节点无线收发模块，所述总节点无线收发模块安装于上位机，所述分节点无线收发模块安装于爬墙机器人；所述数据传输模块连接所述开关控制模块、所述爬墙机器人上位机控制模块和所述总节点无线收发模块，所述总节点无线收发模块连接所述分节点无线收发模块，所述分节点无线收发模块连接爬行机器人硬件电路模，所述分节点无线收发模块和爬行机器人硬件电路模块个数相同并一一对应。

2.根据权利要求1所述的上位机集中控制的爬墙机器人系统，其特征在于，所述爬墙机器人硬件电路模块包括控制器单元、超声波模块、陀螺仪模块、驱动模块和动力模块，所述分节点无线收发模块连接控制器单元，所述控制器单元连接超声波模块、陀螺仪模块和驱动模块，所述驱动模块连接动力模块。

3.根据权利要求2所述的上位机集中控制的爬墙机器人系统，其特征在于，所述爬墙机器人硬件电路模块还包括摄像头模块、储存模块、报警模块、防跌落模块，所述摄像头模块、储存模块、报警模块和防跌落模块分别连接控制器单元。

4.根据权利要求1所述的上位机集中控制的爬墙机器人系统，其特征在于，所述分节点无线收发模块和其对应的爬行机器人硬件电路模通过串口进行双向数据传输，所述总节点无线收发模块和上位机系统通过串口进行双向数据传输，所述分节点无线收发模块和所述总节点无线收发模块通过无线信号进行双向数据传输。