CN207367057U - 一种水下焊接爬行载体的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种水下焊接爬行载体的控制系统，包括一多路直流供电的电源模块；一照明前后方向的水下照明模块，水下照明模块电压端连接电源模块第一电压输出端；一监测四周倾斜角度的倾角传感器，倾角传感器电压端连接电源模块第一电压输出端；一驱动并收集运动信息的动力驱动模块，动力驱动模块电压端连接电源模块第二电压输出端，输出端连接水下焊接爬行载体履带；一采集电源模块电压变化并控制输出以及控制倾角传感器和动力驱动模块通电工作或停止的控制模块，控制模块分别连接电源模块第三电压输出端及其控制端，还连接倾角传感器输入端和动力驱动模块输入端。实施本实用新型，具有结构简单、控制难度较低、供电设备电源转换少等优点。

Description

一种水下焊接爬行载体的控制系统

技术领域

本实用新型涉及水下机器人技术领域和核安全技术领域，尤其涉及一种水下焊接爬行载体的控制系统。

背景技术

核电站发生事故工况时，因反应堆和乏燃料水池内设备出现泄漏而产生大量有害的辐射气体和放射性废物，因此通常需要将水下焊接工具移动到指定位置，并通过水下焊接机器人来修复反应堆和乏燃料水池内泄漏设备。

水下焊接爬行载体作为焊接工具的主要支撑，是水下焊接机器人的基本工作平台，而载体控制系统，是水下焊接机器人的核心之一。然而，现有的水下焊接爬行载体所携带的供电设备较多，使得载体控制系统所需供电压种类多转换复杂，能量损耗较大，并且导致载体控制系统结构复杂，控制难度极大。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供一种水下焊接爬行载体的控制系统，具有结构简单、控制难度较低、供电设备电源转换少等优点。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种水下焊接爬行载体的控制系统，设置于具有履带的水下焊接爬行载体上，包括：

一用于多路直流供电的电源模块；

一用于照明所述水下焊接爬行载体前后方向的水下照明模块，所述水下照明模块的电压端与所述电源模块的第一电压输出端相连；

一用于监测所述水下焊接爬行载体四周倾斜角度的倾角传感器，所述倾角传感器的电压端与所述电源模块的第一电压输出端相连；

一用于驱动所述水下焊接爬行载体运动并收集所述水下焊接爬行载体运动信息的动力驱动模块，所述动力驱动模块的电压端与所述电源模块的第二电压输出端相连，输出端与所述水下焊接爬行载体的履带相连；以及

一用于采集所述电源模块直流电压变化情况并控制所述电源模块直流电输出，以及控制所述倾角传感器和所述动力驱动模块在通电后正常工作或工作停止的控制模块，所述控制模块分别与所述电源模块的第三电压输出端及其控制端相连，还分别与所述倾角传感器的输入端和所述动力驱动模块的输入端相连。

其中，所述控制模块由集成有CPU处理卡、CAN卡和电源继电控制卡的工控机形成；其中，

所述CPU处理卡分别与所述电源模块的第三电压输出端、CAN卡的输入端和电源继电控制卡的输入端相连

所述CAN卡的输出端与所述倾角传感器的输入端和所述动力驱动模块的输入端相连；

所述电源继电控制卡的输出端与所述电源模块的控制端相连。

其中，所述电源模块包括依序连接的充电子模块、蓄电池、第一继电器和 DC-DC转换器；其中，

所述蓄电池还与所述控制模块中的CPU处理卡相连；

所述第一继电器上设有与所述蓄电池相连的输入端、与所述DC-DC转换器相连的输出端以及与所述控制模块中电源继电控制卡输出端相连的控制端；

所述DC-DC转换器上设有与所述第一继电器输出端相连的输入端、同时与所述水下照明模块电压端和所述倾角传感器电压端相连的第一输出端以及与所述动力驱动模块电压端相连的第二输出端。

其中，所述水下照明模块包括多个LED照明灯，且所述多个LED照明灯分别与所述DC-DC转换器的第一输出端相连。

其中，所述水下照明模块还包括第二继电器，且所述第二继电器设置于所述DC-DC转换器的第一输出端与所述多个LED照明灯之间；其中，

所述第二继电器上设有与所述DC-DC转换器第一输出端相连的输入端、与所述多个LED照明灯分别相连的输出端以及与所述控制模块中电源继电控制卡输出端相连的控制端。

其中，所述动力驱动模块包括至少一个由驱动器和直流电机形成的驱动子模块；其中，

每一驱动器的电压端均与所述DC-DC转换器的第二输出端相连，输入端均与所述CAN卡相连，输出端均与相应的直流电机的输入端相连；

每一直流电机的输出端均与所述水下焊接爬行载体的履带相连。

其中，所述动力驱动模块还包括第三继电器，所述第三继电器设置于所述 DC-DC转换器的第二输出端与每一个驱动子模块之间；其中，

所述第三继电器上设有与所述DC-DC转换器的第二输出端相连的输入端，同时与每一个驱动子模块中对应驱动器电压端相连的输出端以及与所述控制模块中电源继电控制卡输出端相连的控制端。

其中，所述DC-DC转换器的第一输出端产生24V直流电压，第二输出端产生44.4V直流电压。

其中，所述控制模块中CAN卡采用的型号为PCI-9820I。

其中，所述控制模块中电源继电控制卡采用的型号为NI PCIe-6320。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：

1、本实用新型实施例中电源模块只给水下照明模块、倾角传感器和动力驱动模块供电，结构简单明了，精简了供电设备，使得电源转换少，基本功能都能够实现；

2、本实用新型实施例中控制模块中的CPU处理卡、CAN卡和电源继电控制卡集成在一体工控机上，通过CPU处理卡计算电源模块电量变化情况来实现电源继电控制卡控制各模块的直流供电以及实现CAN卡控制倾角传感器和动力驱动模块运动，降低了整个控制系统的复杂度及控制难度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本实用新型的范畴。

图1为本实用新型实施例提供的水下焊接爬行载体的控制系统的系统结构示意图；

图2为图1中控制模块的系统结构示意图；

图3为图1中电源模块的系统结构示意图；

图4为图1中水下照明模块的系统结构示意图；

图5为图1中动力驱动模块的系统结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

如图1至图5所示，为本实用新型实施例中，提供的一种水下焊接爬行载体的控制系统，设置于具有履带的水下焊接爬行载体上(未图示)，包括：

一用于多路直流供电的电源模块1；

一用于照明水下焊接爬行载体前后方向的水下照明模块2，水下照明模块2 的电压端与电源模块1的第一电压输出端a1相连；

一用于监测水下焊接爬行载体四周倾斜角度的倾角传感器3，倾角传感器3 的电压端与电源模块1的第一电压输出端a1相连；

一用于驱动水下焊接爬行载体运动并收集水下焊接爬行载体运动信息的动力驱动模块4，所述动力驱动模块4的电压端与电源模块1的第二电压输出端 a2相连，输出端与水下焊接爬行载体的履带(未图示)相连；以及

一用于采集电源模块1直流电压变化情况并控制电源模块1直流电输出，以及控制倾角传感器3和动力驱动模块4在通电后正常工作或工作停止的控制模块5，控制模块5分别与电源模块1的第三电压输出端a3及其控制端a4相连，还分别与倾角传感器3的输入端和动力驱动模块4的输入端相连。

可以理解的是，整个控制系统只由电源模块1、水下照明模块2、倾角传感器3、动力驱动模块4和控制模块5形成，其结构简单明了，且电源模块1只提供两路直流供电，精简了供电设备，使得电源转换少，基本功能都能够实现。

应当说明的是，为确保突发情况下电池无法充电，设计了电池电量监测功能，通过控制模块5连接电源模块1的第三电压输出端a3来实时监测电源模块 1电量的变化。通过观察电量大小，操作人员可以决定水下焊接爬行载体是否需要返回。例如，当电量≤30％时，系统会提示操作人员将载体返回。电池电量监测的实现是从输出位置引出两个输出电压监测点，监测输出电压值，通过数据采集卡将输出电压显示在工控机上，达到随时监测电池电量的目的，具体变化关系如下表1所示。

表1

当然，当整个控制系统出现异常时，可以通过控制模块5控制电源模块1 的控制端a4来使得整个控制系统总电源断开，保护供电设备。

更进一步的，如图2所示，控制模块5由集成有CPU处理卡51、CAN卡 52和电源继电控制卡53的工控机形成；其中，

CPU处理卡51分别与电源模块1的第三电压输出端a3、CAN卡52的输入端和电源继电控制卡53的输入端相连

CAN卡52的输出端与倾角传感器3的输入端和动力驱动模块4的输入端相连；

电源继电控制卡53的输出端与电源模块1的控制端a4相连。

应当说明的是，CPU处理卡51采用的型号为市面常用于工控机中的处理板卡，且其上预设有系统软件及相应的数据处理软件；CAN卡52采用的型号为 PCI-9820I；电源继电控制卡53采用的型号为NI PCIe-6320。

可以理解的是，CPU处理卡51实时监测电源模块1电量变化情况，对低于预设阈值电压时，可以给电源模块1的控制端a4发送切断所有模块供电的指令，并由CPU处理卡51转化成CAN卡52发出返回指令，控制水下焊接爬行载体返回。同时，也可以根据接收用户输入的操作指令，并由CPU处理卡51转化成CAN卡52发出的控制指令，从而实现用户操作指令需求，如通过CAN卡 51控制倾角传感器3打开以及开启动力驱动模块4来驱动水下焊接爬行载体前行等。

更进一步的，如图3所示，电源模块1包括依序连接的充电子模块11、蓄电池12、第一继电器13和DC-DC转换器14；其中，

蓄电池12还与控制模块5中的CPU处理卡51相连，这样就可以实时监测蓄电池12电压变化情况；

第一继电器13上设有与蓄电池12相连的输入端J11、与DC-DC转换器14 相连的输出端J12以及与控制模块5中电源继电控制卡53输出端相连的控制端 J13；

DC-DC转换器14上设有与第一继电器13输出端相连的输入端b1、同时与水下照明模块2电压端和倾角传感器3电压端相连的第一输出端b2以及与动力驱动模块4电压端相连的第二输出端b3；在本实用新型实施例中，DC-DC转换器14的第一输出端b2产生24V直流电压，第二输出端b3产生44.4V直流电压。

应当说明的是，充电子模块11为常规设计，可以将220V交流电转换成蓄电池12所需的电压。该蓄电池12可为锂电池或铅酸电池，并支持浮充，且其上预装有BMS电池管理系统，将蓄电池12的电压实时反映出来。

更进一步的，如图4所示，水下照明模块2包括多个LED照明灯21，且多个LED照明灯21分别与DC-DC转换器14的第一输出端b2相连。当然，为了便于水下环境较为昏暗时打开LED照明灯21，而水下环境较为光亮时关闭LED 照明灯21来节省直流电压供电，因此水下照明模块2还包括第二继电器22，且第二继电器22设置于DC-DC转换器14的第一输出端b2与多个LED照明灯21 之间，其中，第二继电器22上设有与DC-DC转换器14第一输出端b2相连的输入端J21、与多个LED照明灯21分别相连的输出端J22以及与控制模块5中电源继电控制卡53输出端相连的控制端J23，这样就能通过第二继电器22开启或关闭控制来有效的控制LED照明灯21开启或关闭。

更进一步的，如图5所示，动力驱动模块4包括至少一个由驱动器41和直流电机42形成的驱动子模块；其中，

每一驱动器41的电压端均与DC-DC转换器14的第二输出端b3相连，输入端均与CAN卡52相连，输出端均与相应的直流电机42的输入端相连，这样就可以在通电后接收CAN卡52发出的控制指令来驱动直流电机42转动；

每一直流电机42的输出端均与水下焊接爬行载体的履带相连，由相应的直流电机42转动控制履带运动方向。

当然，当水下焊接爬行载体达到指定地点后，需要断开动力驱动模块4电源，降低系统能耗，从而起到延长系统工作时间的目的，因此动力驱动模块4 还包括第三继电器43，第三继电器43设置于DC-DC转换器14的第二输出端 b3与每一个驱动子模块之间；其中，第三继电器43上设有与DC-DC转换器14 的第二输出端b3相连的输入端J31，同时与每一个驱动子模块中对应驱动器41 电压端相连的输出端J32以及与控制模块5中电源继电控制卡53输出端相连的控制端J33。

本实用新型实施例中水下焊接爬行载体的控制系统的工作原理为：在水下灯、电机、总电源处分别设有相应的继电器，当系统出现异常时，可以通过电源继电控制卡53断开第一继电器13使得系统总电源断开，保护供电设备；根据作业现场的明暗情况，通过电源继电控制卡53选择开启或关闭第二继电器22，用于水下灯的开断；通过电源继电控制卡53控制第三继电器用于开断直流电机 42电源，当水下焊接爬行载体达到指定地点后，断开电源来降低系统能耗，从而起到延长系统工作时间的目的。

整个控制系统在工控机中的CPU处理卡51预设有系统软件及相应的数据处理软件，经CAN卡52向动力驱动模块4相应驱动器41发送相应的数据，使得对应直流电机42发出相对应的动作，达到控制水下焊接爬行载体运动的目的，并且通过倾角传感器3和动力驱动模块4中运动状态的驱动器41不断返回监测的角度和速度，达到水下焊接爬行载体运动状态监测的目的。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：

1、本实用新型实施例中电源模块只给水下照明模块、倾角传感器和动力驱动模块供电，结构简单明了，精简了供电设备，使得电源转换少，基本功能都能够实现；

2、本实用新型实施例中控制模块中的CPU处理卡、CAN卡和电源继电控制卡集成在一体工控机上，通过CPU处理卡计算电源模块电量变化情况来实现电源继电控制卡控制各模块的直流供电以及实现CAN卡控制倾角传感器和动力驱动模块运动，降低了整个控制系统的复杂度及控制难度。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种水下焊接爬行载体的控制系统，设置于具有履带的水下焊接爬行载体上，其特征在于，包括：

一用于多路直流供电的电源模块（1）；

一用于照明所述水下焊接爬行载体前后方向的水下照明模块（2），所述水下照明模块（2）的电压端与所述电源模块（1）的第一电压输出端相连；

一用于监测所述水下焊接爬行载体四周倾斜角度的倾角传感器（3），所述倾角传感器（3）的电压端与所述电源模块（1）的第一电压输出端相连；

一用于驱动所述水下焊接爬行载体运动并收集所述水下焊接爬行载体运动信息的动力驱动模块（4），所述动力驱动模块（4）的电压端与所述电源模块（1）的第二电压输出端相连，输出端与所述水下焊接爬行载体的履带相连；以及

一用于采集所述电源模块（1）直流电压变化情况并控制所述电源模块（1）直流电输出，以及控制所述倾角传感器（3）和所述动力驱动模块（4）在通电后正常工作或工作停止的控制模块（5），所述控制模块（5）分别与所述电源模块（1）的第三电压输出端及其控制端相连，还分别与所述倾角传感器（3）的输入端和所述动力驱动模块（4）的输入端相连。

2.如权利要求1所述的水下焊接爬行载体的控制系统，其特征在于，所述控制模块（5）由集成有CPU处理卡（51）、CAN卡（52）和电源继电控制卡（53）的工控机形成；其中，

所述CPU处理卡（51）分别与所述电源模块（1）的第三电压输出端、CAN卡（52）的输入端和电源继电控制卡（53）的输入端相连

所述CAN卡（52）的输出端与所述倾角传感器（3）的输入端和所述动力驱动模块（4）的输入端相连；

所述电源继电控制卡（53）的输出端与所述电源模块（1）的控制端相连。

3.如权利要求2所述的水下焊接爬行载体的控制系统，其特征在于，所述电源模块（1）包括依序连接的充电子模块（11）、蓄电池（12）、第一继电器（13）和DC-DC转换器（14）；其中，

所述蓄电池（12）还与所述控制模块（5）中的CPU处理卡（51）相连；

所述第一继电器（13）上设有与所述蓄电池（12）相连的输入端、与所述DC-DC转换器（14）相连的输出端以及与所述控制模块（5）中电源继电控制卡（53）输出端相连的控制端；

所述DC-DC转换器（14）上设有与所述第一继电器（13）输出端相连的输入端、同时与所述水下照明模块（2）电压端和所述倾角传感器（3）电压端相连的第一输出端以及与所述动力驱动模块（4）电压端相连的第二输出端。

4.如权利要求3所述的水下焊接爬行载体的控制系统，其特征在于，所述水下照明模块（2）包括多个LED照明灯（21），且所述多个LED照明灯（21）分别与所述DC-DC转换器（14）的第一输出端相连。

5.如权利要求4所述的水下焊接爬行载体的控制系统，其特征在于，所述水下照明模块（2）还包括第二继电器（22），且所述第二继电器（22）设置于所述DC-DC转换器（14）的第一输出端与所述多个LED照明灯（21）之间；其中，

所述第二继电器（22）上设有与所述DC-DC转换器（14）第一输出端相连的输入端、与所述多个LED照明灯（21）分别相连的输出端以及与所述控制模块（5）中电源继电控制卡（53）输出端相连的控制端。

6.如权利要求5所述的水下焊接爬行载体的控制系统，其特征在于，所述动力驱动模块（4）包括至少一个由驱动器（41）和直流电机（42）形成的驱动子模块；其中，

每一驱动器（41）的电压端均与所述DC-DC转换器（14）的第二输出端相连，输入端均与所述CAN卡（52）相连，输出端均与相应的直流电机（42）的输入端相连；

每一直流电机（42）的输出端均与所述水下焊接爬行载体的履带相连。

7.如权利要求6所述的水下焊接爬行载体的控制系统，其特征在于，所述动力驱动模块（4）还包括第三继电器（43），所述第三继电器（43）设置于所述DC-DC转换器（14）的第二输出端与每一个驱动子模块之间；其中，

所述第三继电器（43）上设有与所述DC-DC转换器（14）的第二输出端相连的输入端，同时与每一个驱动子模块中对应驱动器（41）电压端相连的输出端以及与所述控制模块（5）中电源继电控制卡（53）输出端相连的控制端。

8.如权利要求7所述的水下焊接爬行载体的控制系统，其特征在于，所述DC-DC转换器（14）的第一输出端产生24V直流电压，第二输出端产生44.4V直流电压。

9.如权利要求8所述的水下焊接爬行载体的控制系统，其特征在于，所述控制模块（5）中CAN卡（52）采用的型号为PCI-9820I。

10.如权利要求9所述的水下焊接爬行载体的控制系统，其特征在于，所述控制模块（5）中电源继电控制卡（53）采用的型号为NI PCIe-6320。