CN208071140U - 一种腿履复合型智能起重机器人及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种腿履复合型智能起重机器人及其控制系统，包括机器人本体、设置在机器人本体上的数据采集设备、主控制器、电控液压比例阀和发动机控制单元，数据采集设备用于采集机器人的运行状态数据以及环境数据；主控制器根据接收到的所述数据采集设备发送的数据，控制电控液压比例阀的开度，电控液压比例阀与机器人本体的执行元件连接，控制执行元件的速度和方向；发动机控制单元通过CAN总线与主控制器连接，检测发动机的油门位置、温度、油压和液位数据并传输至主控制器，接收主控制器发送的控制命令，实现对发动机油门的控制。

Description

一种腿履复合型智能起重机器人及其控制系统

技术领域

本实用新型涉及机器人控制领域，具体涉及一种腿履复合型智能起重机器人及其控制系统。

背景技术

随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，作为物料搬运重要设备的起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高，起重机的设计也向定制化、智能化、大型化和微型化两极发展等方面快速发展。腿履复合式智能起重机器人又称微型智能折叠吊车，属于起重机智能化、微型化的产物。因其具有蜘蛛型支腿，行走和运输状态支腿收紧、结构紧凑、机动性好，作业状态支腿伸开跨度较大、稳定性高而受到行业关注。随着微电子技术、计算机技术、智能仪表技术及传感器技术的迅速发展，现今起重机用户己越来越不满足于起重机仅仅拥有载荷、力矩限制功能，他们希望获得更多关于起重机状态的准确信息，包括起升高度、风速、起升角度、工作幅度甚至钢丝绳状况、油温、振动情况等信息；并希望起重机具有较强的自动控制功能及自诊断能力，以降低操作和维护的劳动负担并保证起重机的安全。因此，开发一种新型腿履复合型智能起重机器人的控制系统，最大限度的扩展控制距离，提高控制系统的可靠性和安全性，减轻操作人员的工作负担，为现场工作带来便利，对社会经济发展具有重要作用。新型腿履复合型智能起重机器人的控制系统的使用，具有相当的社会、经济意义和广阔的应用前景。目前针对此类智能机器人控制系统的研究还没有比较成熟、可靠的方案。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种腿履复合型智能起重机器人及其控制系统，采用数据采集设备对机器人本体负载重量、工作环境的风速、与障碍物距离、倾斜角度和车轮转速等数据进行采集，通过主控制器控制机器人本体在危险状况下自动规避，在工作中防倾翻，风速过高时自动停止工作，并能自适应负载；在机器人本体工作过程中，配以报警器的声音提示和显示器的文字提示，保证整个系统安全平稳的运行。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种腿履复合型智能起重机器人的控制系统，包括机器人本体、设置在机器人本体上的数据采集设备、主控制器、电控液压比例阀和发动机控制单元，所述数据采集设备用于采集机器人的运行状态数据以及环境数据，并将采集的数据发送至主控制器；主控制器根据接收到的所述数据采集设备发送的数据，控制电控液压比例阀的开度，所述电控液压比例阀与机器人本体的执行元件连接，用于控制执行元件的速度和方向；所述发动机控制单元通过CAN总线与主控制器连接，用于检测发动机的油门位置、温度、油压和液位数据并传输至主控制器，接收主控制器发送的控制命令，实现对发动机油门的控制。

进一步的，还包括遥控器，所述遥控器包括遥控器本体、第一无线收发器和第二无线收发器，所述第一无线收发器安装在遥控器本体上，用于向主控制器发送用户控制命令和接收主控制器上传的机器人主体的运行状态数据以及报警信息；所述第二无线收发器安装在机器人本体上，通过CAN总线与主控制器通信连接，用于接收第一无线收发器发送的用户控制命令并传输至主控制器，以及接收主控制器发送的数据并传输至遥控器本体。

进一步的，所述遥控器本体上设置有操作手柄、开关和显示屏，所述操作手柄、开关和显示屏与设置在遥控器本体内的控制器连接。

进一步的，所述数据采集设备包括称重传感器、风速传感器、接近传感器、转速传感器、拉线测距传感器和倾角传感器，所述称重传感器安装在机器人本体的伸缩臂上，用于测量机器人本体吊起货物的重量；所述风速传感器安装在机器人本体的伸缩臂上，用于监测机器人本体工作环境的风速；所述接近传感器安装在机器人本体的前部，用于监测机器人本体与障碍物之间距离；所述转速传感器安装在机器人本体车轮的轮毂上，用于采集机器人本体的车轮转速；所述拉线测距传感器安装在机器人本体的回转马达与伸缩臂之间，用于测量伸缩臂的实际长度；所述倾角传感器安装在机器人本体的车体底盘上，用于测量机器人本体的倾斜角度。

进一步的，还包括设置在机器人本体上的输入输出设备，所述输入输出设备包括开关、按钮、指示灯和照明灯，所述开关、按钮、指示灯和照明灯分别与主控制器连接，所述开关用于给机器人本体上电，所述按钮用于输入控制信号，所述指示灯用于报警指示，所述照明灯用于光线不良时采光。

进一步的，所述机器人本体的执行元件包括左前支腿液压缸、左后支腿液压缸、右前支腿液压缸、右后支腿液压缸、主臂回转液压缸、变幅液压缸、伸缩臂液压缸、左行走马达、右行走马达和起升马达。

进一步的，所述发动机控制单元包括控制器、以及与控制器连接的检测发动机油门位置的油门位置传感器、检测发动机油温的温度传感器、检测发动机油压信号的压力传感器、检测发动机油面的液位传感器和发动机油面液位过高语音报警的报警器。

进一步的，所述发动机控制单元连接有发动机油门调节电机和空调系统，发动机油门调节电机、空调系统分别与发动机控制单元的控制器连接。

进一步的，还包括设置在机器人本体上的显示器，所述显示器通过CAN总线与主控制器连接，用于显示机器人主体的运行状态数据以及环境数据、发动机的监控数据以及报警信息，

一种腿履复合型智能起重机器人，包括上述的腿履复合型智能起重机器人的控制系统。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型采用数据采集设备对机器人本体负载重量、工作环境的风速、与障碍物距离、倾斜角度和车轮转速等数据进行采集，通过主控制器控制机器人本体在危险状况下自动规避，在工作中防倾翻，风速过高时自动停止工作，并能自适应负载；在机器人本体工作过程中，配以报警器的声音提示和显示器的文字提示，保证整个系统安全平稳的运行；

(2)本实用新型通过遥控器与主控制器无线通讯，实现对机器人本体的两种控制模式，遥控器具有操作手柄、开关和显示屏，可以下达各个执行元件的控制指令，并且可以显示机器人本体的状态数据信息和报警信息；通过主控制器对电控液压比例阀和发动机控制，控制机器人作业；主控制器还完成对发动机的油门控制和温度、油压、液位检测等，实现油门的自动控制、液位的自动报警等，从而实现发动机输出功率的自动调节。

附图说明

图1是本实用新型的腿履复合式智能起重机器人机械部分右视图；

图2是本实用新型的腿履复合式智能起重机器人机械部分后视图；

图3是本实用新型的腿履复合型智能起重机器人的控制系统结构框图；

其中，1、右后支腿液压缸；2、起升马达；3、变幅液压缸；4、右前支腿液压缸；5、伸缩臂液压缸；6、右行走马达；7、主臂回转液压缸。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-2所示，提出了一种腿履复合型智能起重机器人，该腿履复合型智能起重机器人由橡胶履带底盘、机架、四个支腿、液压回转机构、伸缩臂变幅机构、起升机构、液压伸缩吊臂、动力、液压传动及控制系统、包装件、安全防护装置等组成。需要控制的部分包括履带行走机构、四个支腿、液压回转机构、伸缩臂变幅机构、起升机构和液压伸缩吊臂。

橡胶履带底盘用来承载吊车和实现吊车行走；机架用来安装底盘其它部件、发动机、吊机和支腿；四个支腿为蜘蛛型，分布在机架四角，行走和运输状态折叠收起，放置于机架两侧，吊重作业时伸开，“四腿八挓”，并可根据作业空间调节支腿跨度，极大的增加作业稳定性；液压回转机构安装于机架一端，可实现吊机部分平稳回转和制动；伸缩臂变幅机构由变幅油缸、平衡阀等组成，用于吊臂改变作业幅度；起升机构由起升绞车、起升马达、平衡阀、起升钢丝绳及吊钩组件等组成，用于货物吊装作业；液压伸缩吊臂通过伸缩臂油缸伸缩，依次带动二、三、四、五级臂伸缩，从而实现吊车不同高度、幅度吊装需求。

本申请的另一种典型的实施方式中，如图3所示，提供了一种腿履复合型智能起重机器人的控制系统，该控制系统主要是通过CAN总线，对腿履复合式智能起重机器人的发动机数据和倾角传感器进行监测，对机器人上的开关量和模拟量进行数据采集，将采集到的数据进行逻辑判断和数据处理，分别用于数据显示和控制操作。在机器人本体工作过程中，配以声音和文字提示，保证整个系统安全平稳的运行。该控制系统主要有以下功能：

(1)主控制器与遥控器通过无线收发器进行通讯，完成二者之间的数据交互；

(2)遥控器具有操作手柄、开关和显示屏，可以下达各个执行元件的控制指令，并且可以显示数据信息和报警信息；

(3)显示器的显示信息丰富，可进行机器人的状态监视查询、发动机的状态监测和整个机器人的故障信息查询等；

(4)具有危险状况的自动规避，机器人本体在工作中平衡调节和风速过高自动停止工作等；

(5)机器人本体工作中负载称重功能，并且自适应负载功能；

(6)吊装起重等作业工况下的吊具高精度定位。

该控制系统包括：

遥控器，所述遥控器包括遥控器本体、第一无线收发器和第二无线收发器，所述第一无线发射器安装在遥控器本体上，构成遥控器的操作端，用于向主控制器发送用户控制命令和接收主控制器上传的机器人主体的运行状态数据以及报警信息，可以下达控制指令，也可以监视机器人的状态和查询报警信息；所述第二无线收发器安装在机器人本体上，通过CAN总线与主控制器通信连接，是遥控器与主控制器通讯的纽带，用于接收第一无线收发器发送的用户控制命令并传输至主控制器，以及接收主控制器发送的数据并传输至遥控器本体。

主控制器，设置在机器人本体上，用于接收各类传感器采集的数据，并对所采集的数据进行处理，生成控制指令，通过主控制器的出口对电控液压比例阀进行PWM控制和发动机的旋转控制，控制机器人作业；主控制器还要完成对发动机的油门控制和温度、油压、液位检测等，可实现油门的自动控制、液位的自动报警等，以实现发动机输出功率的自动调节；主控制器通过第二无线收发器与遥控器通讯，完成二者之间的数据交互。

数据采集设备，分布在腿履复合式智能起重机器人本体上，用于采集机器人本体的运行状态数据以及环境数据，并发送至主控制器；数据采集设备包括称重传感器、风速传感器、接近传感器、转速传感器、拉线测距传感器和倾角传感器，所述称重传感器、风速传感器、接近传感器、转速传感器、拉线测距传感器和倾角传感器分别与主控制器连接；其中，

称重传感器安装在机器人本体的伸缩臂上，用于测量机器人本体吊起货物的重量，并将测量的重量数据传输给主控制器，主控制器结合伸缩臂的长短来判断机器人本体所吊货物的合理性，若不合理，通过指示灯报警。

风速传感器安装在机器人本体的伸缩臂上，用于监测机器人工作环境的风速，将检测的风速数据当风速超过设定值后将自动停止作业；

接近传感器安装在机器人本体的前部，用于监测机器人本体与障碍物之间距离，并将采集的距离数据传输给主控制器，防止机器人本体在行走过程中出现碰撞；当障碍物与机器人本体的距离达到距离安全阈值时，通过主控制器控制机器人本体立即停止，防止机器人本体在行走过程中出现碰撞。

转速传感器车安装在安装在机器人本体车轮的轮毂上，根据转速反馈来控制行走马达的速度，达到机器人匀速行走的目的；

拉线测距传感器安装在机器人本体的回转马达和伸缩臂之间，用于测量伸缩臂的实际长度，对机器人本体在吊装起重等作业工况下的吊具高精度定位；

倾角传感器安装在车体底盘上，用于测量机器人本体车身的倾斜角度，并将测量的数据传输给主控制器，主控制器根据实时测量结果分别控制四个支腿液压缸，来进行平衡调节，保持车身在一个允许的倾斜角度范围之内。

电控液压比例阀，所述电控液压比例阀设置在机器人本体上；所述电控液压比例阀的一端与主控制器连接，另一端与机器人本体的执行元件连接，接收主控制器发送的控制命令，控制电控液压比例阀的开度，间接控制执行元件的速度和方向。

所述机器人本体的执行元件包括左前支腿液压缸、左后支腿液压缸、右前支腿液压缸4、右后支腿液压缸1、主臂回转液压缸7、变幅液压缸3、伸缩臂液压缸5、左行走马达、右行走马达6和起升马达2。

发动机油门调节电机，用于控制油门的开度，通过此方式控制发动机的输出功率。

左前、左后、右前和右后四个支腿液压缸，行走时收缩起来，节省空间，伸出时，用于在机器人作业时，保持机器人的稳定和平衡。

主臂回转液压缸，用于机器人作业时，使主臂具有360度的回转空间。

变幅液压缸3，用于在机器人作业时调节伸缩臂与地面的角度，控制伸缩臂的上升和下降幅度。

伸缩臂液压缸5，机器人行走时收缩起来，节省空间，当作业时，根据需求进行调节伸出长度。

左、右行走马达，马达带动轮毂及履带，用于完成机器人的行走。

起升马达2，用于控制吊具的起升，完成吊装工作。

发动机控制单元，所述发动机控制单元设置在机器人本体上，所述发动机控制单元通过CAN总线与主控制器连接，用于检测发动机的油门位置、温度、油压和液位数据并传输至主控制器，接收主控制器发送的控制命令，实现对发动机油门的控制。

所述发动机控制单元包括控制器、以及与控制器连接的检测发动机油门位置的油门位置传感器、检测发动机油温的温度传感器、检测发动机油压信号的压力传感器、检测发动机油面的液位传感器和发动机油面液位过高语音报警的报警器。

所述发动机控制单元连接有发动机油门调节电机和空调系统，发动机油门调节电机与发动机控制单元的控制器连接，用于控制油门的开度；所述空调系统为驾驶室的空调控制系统，其与发动机控制单元的控制器连接，通过发动机控制单元的控制器通过空调系统控制驾驶室内空调，使驾驶人员具有良好的驾驶环境。

显示器，安装在机器人本体上，通过CAN总线与主控制器通信连接，用于显示整个机器人本体的运行状态、发动机的监控数据和报警信息。

输入输出设备，所述输入输出设备设置在机器人本体上，所述输入输出设备包括开关、按钮、指示灯和照明灯，所述开关、按钮、指示灯和照明灯分别与主控制器连接，所述开关用于给机器人本体上电，所述按钮用于输入控制信号，所述指示灯用于报警指示，所述照明灯用于光线不良时采光。

在本实施例中，所述遥控器本体上设置有操作手柄、开关和显示屏，所述操作手柄、开关和显示屏与设置在遥控器本体内的控制器连接。

本实用新型实施例提出的腿履复合式智能起重机器人的控制系统基于CAN总线设计，节省了很多线缆，提高了腿履复合式智能起重机器人的集成度。对机器人本体有两种控制模式，一种是通过主控制器直接控制位于电控液压比例阀上的阀杆，一种是控制无线遥控器上的手柄，操作人员通过手柄输入信号来控制各个执行元件的动作；两种模式互相补充，达到最优的配合效果。同时采用无线遥控模式，操作者可以位于几十米以外的空间操作机器人，视野广阔，操作者可以随时观察周围情况，把控操作环节，如果操作者位于机器人本体上操作，将会提高操作风险，降低操作者的安全系数。

如图3所示，本实用新型提出的腿履复合式智能起重机器人的控制系统使用时，在自动控制模式下，通过主控制器对电控液压比例阀和发动机控制，控制机器人作业；主控制器还完成对发动机的油门控制和温度、油压、液位检测等，实现油门的自动控制、液位的自动报警等，从而实现发动机输出功率的自动调节；在遥控控制下，操作员通过遥控器下达各个执行元件的控制指令，并通过遥控器显示机器人本体的状态数据信息和报警信息。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种腿履复合型智能起重机器人的控制系统，其特征是，包括机器人本体、设置在机器人本体上的数据采集设备、主控制器、电控液压比例阀和发动机控制单元，所述数据采集设备用于采集机器人的运行状态数据以及环境数据，并将采集的数据发送至主控制器；主控制器根据接收到的所述数据采集设备发送的数据，控制电控液压比例阀的开度，所述电控液压比例阀与机器人本体的执行元件连接，用于控制执行元件的速度和方向；所述发动机控制单元通过CAN总线与主控制器连接，用于检测发动机的油门位置、温度、油压和液位数据并传输至主控制器，接收主控制器发送的控制命令，实现对发动机油门的控制。

2.根据权利要求1所述的腿履复合型智能起重机器人的控制系统，其特征是，还包括遥控器，所述遥控器包括遥控器本体、第一无线收发器和第二无线收发器，所述第一无线收发器安装在遥控器本体上，用于向主控制器发送用户控制命令和接收主控制器上传的机器人主体的运行状态数据以及报警信息；所述第二无线收发器安装在机器人本体上，通过CAN总线与主控制器通信连接，用于接收第一无线收发器发送的用户控制命令并传输至主控制器，以及接收主控制器发送的数据并传输至遥控器本体。

3.根据权利要求2所述的腿履复合型智能起重机器人的控制系统，其特征是，所述遥控器本体上设置有操作手柄、开关和显示屏，所述操作手柄、开关和显示屏与设置在遥控器本体内的控制器连接。

4.根据权利要求1所述的腿履复合型智能起重机器人的控制系统，其特征是，所述数据采集设备包括称重传感器、风速传感器、接近传感器、转速传感器、拉线测距传感器和倾角传感器，所述称重传感器安装在机器人本体的伸缩臂上，用于测量机器人本体吊起货物的重量；所述风速传感器安装在机器人本体的伸缩臂上，用于监测机器人本体工作环境的风速；所述接近传感器安装在机器人本体的前部，用于监测机器人本体与障碍物之间距离；所述转速传感器安装在机器人本体车轮的轮毂上，用于采集机器人本体的车轮转速；所述拉线测距传感器安装在机器人本体的回转马达与伸缩臂之间，用于测量伸缩臂的实际长度；所述倾角传感器安装在机器人本体的车体底盘上，用于测量机器人本体的倾斜角度。

5.根据权利要求1所述的腿履复合型智能起重机器人的控制系统，其特征是，还包括设置在机器人本体上的输入输出设备，所述输入输出设备包括开关、按钮、指示灯和照明灯，所述开关、按钮、指示灯和照明灯分别与主控制器连接，所述开关用于给机器人本体上电，所述按钮用于输入控制信号，所述指示灯用于报警指示，所述照明灯用于光线不良时采光。

6.根据权利要求1所述的腿履复合型智能起重机器人的控制系统，其特征是，所述机器人本体的执行元件包括左前支腿液压缸、左后支腿液压缸、右前支腿液压缸、右后支腿液压缸、主臂回转液压缸、变幅液压缸、伸缩臂液压缸、左行走马达、右行走马达和起升马达。

7.根据权利要求1所述的腿履复合型智能起重机器人的控制系统，其特征是，所述发动机控制单元包括控制器、以及与控制器连接的检测发动机油门位置的油门位置传感器、检测发动机油温的温度传感器、检测发动机油压信号的压力传感器、检测发动机油面的液位传感器和发动机油面液位过高语音报警的报警器。

8.根据权利要求7所述的腿履复合型智能起重机器人的控制系统，其特征是，所述发动机控制单元连接有发动机油门调节电机和空调系统，发动机油门调节电机、空调系统分别与发动机控制单元的控制器连接。

9.根据权利要求1所述的腿履复合型智能起重机器人的控制系统，其特征是，还包括设置在机器人本体上的显示器，所述显示器通过CAN总线与主控制器连接，用于显示机器人主体的运行状态数据以及环境数据、发动机的监控数据以及报警信息。

10.一种腿履复合型智能起重机器人，其特征是，包括权利要求1-9中任一项所述的腿履复合型智能起重机器人的控制系统。