一種電力金屬部件清掃探傷機(jī)器人控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電力金屬部件清掃探傷機(jī)器人控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)管道廣泛應(yīng)用于自來水及供熱系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、化工、冶金和制藥領(lǐng)域，主要擔(dān)負(fù)運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù)。管道的應(yīng)用給人類的生活及生產(chǎn)帶來了許多便捷，但同時(shí)由于腐蝕、老化、裂紋等缺陷的影響會造成管道的裂隙或破損，泄露的物質(zhì)可能會對人類生活的環(huán)境造成巨大的不利影響。因此，管道的維護(hù)、清潔及檢測變得至關(guān)重要。在我國，火力發(fā)電在整個電力系統(tǒng)中仍然占有很大的比例，而金屬管道在火力發(fā)電中的應(yīng)用且十分廣泛。由于火力發(fā)電廠特殊的環(huán)境，使運(yùn)行其中的金屬管道易出現(xiàn)裂紋、腐蝕、斷裂等缺陷，給電廠的安全運(yùn)行帶來的巨大隱患，同時(shí)也關(guān)系著千萬家庭的正常生活及諸多企業(yè)的正常生產(chǎn)，這些缺陷如若未被及時(shí)檢測發(fā)現(xiàn)，將可能會帶來巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失。
[0003]然而，考慮到安全因素，目前火力發(fā)電廠大多是通過定期停機(jī)人為檢測的方法來排除管道缺陷的，這種方法不但影響正常的供電，而且工作量大，檢測效率低，檢測范圍有限，存在漏檢及誤檢現(xiàn)象，同時(shí)對檢測人員而言存在安全威脅。因此，為了高效而安全的檢測電力系統(tǒng)的金屬部件，需要檢測手段更加高效、可靠和高精度，檢測載體更加自動化，從而為火力發(fā)電提供安全、可靠的技術(shù)保障。
[0004]我國近年來針對上述問題開展了諸多的研究，其中就包括能夠?qū)饘俨考M(jìn)行檢測的探傷機(jī)器人，并且取得了一定的成果。中國發(fā)明專利申請CN100561213公開了一種石油管道超聲波檢測機(jī)器人，采用從動式結(jié)構(gòu)，輪式載體，由機(jī)身、行駛機(jī)構(gòu)和檢測裝置組成，檢測裝置是超聲波探頭，安裝在機(jī)器人的機(jī)身前端，該機(jī)器人的控制及運(yùn)動形式單一，只能實(shí)現(xiàn)水平管道的運(yùn)動及檢測。中國發(fā)明專利申請CN101887137B公開了一種輪式X射線探傷機(jī)器人，由X射線探傷裝置、遠(yuǎn)程無線傳輸裝置、計(jì)算機(jī)控制裝置、差分GPS衛(wèi)星定位裝置、燃料電池等組成，通過采用數(shù)字電臺傳輸現(xiàn)場信號給上位控制計(jì)算機(jī)，在顯示器上顯示視頻信號的方式來實(shí)現(xiàn)本體運(yùn)行控制及工作狀態(tài)監(jiān)測；但該控制系統(tǒng)的組成復(fù)雜，且設(shè)備體積較大，會給現(xiàn)場操作帶來諸多不便。
[0005]中國發(fā)明專利申請CN104149083A公開了一種電力金屬部件清掃探傷機(jī)器人，包括機(jī)器人本體、清掃裝置和控制系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)的核心為嵌入式計(jì)算機(jī)主板，采用PC/104總線進(jìn)行傳感器信息的傳輸；該控制系統(tǒng)主板與現(xiàn)有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)缺乏良好的兼容性，并且所選總線數(shù)據(jù)傳輸速率不夠理想，超聲波信號檢測的距離較小。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種電力金屬部件清掃探傷機(jī)器人控制系統(tǒng)，采用本實(shí)用新型，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人檢測過程的自主軌跡規(guī)劃，增加機(jī)器人在代替人進(jìn)行復(fù)雜而危險(xiǎn)的管道檢測作業(yè)時(shí)的可靠度，提高機(jī)器人的檢測效率，增強(qiáng)機(jī)器人作業(yè)時(shí)的靈活度；同時(shí)，提高缺陷的檢出率，減少缺陷的誤檢和漏檢，進(jìn)而保障工業(yè)管道系統(tǒng)的安全，本實(shí)用新型具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會價(jià)值。
[0007]解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0008]—種電力金屬部件清掃探傷機(jī)器人控制系統(tǒng)，所述的機(jī)器人包括本體、清掃裝置和探傷裝置，其特征是:所述的控制系統(tǒng)設(shè)在本體上，其包括一 NI SbR1嵌入式控制主板，其第一接口通過高頻數(shù)據(jù)線外接所述本體上設(shè)有的各角度傳感器和力/力矩傳感器，第二接口通過高頻數(shù)據(jù)線依次外接所述探傷裝置上設(shè)有的超聲導(dǎo)波信號激勵/采集板和超聲導(dǎo)波探頭，第三接口外接射頻模塊后與一內(nèi)嵌控制軟件的用戶機(jī)無線連接，第四接口通過CAN總線分別外接所述機(jī)器人的本體、清掃裝置和探傷裝置設(shè)有的各驅(qū)動器和各舵機(jī)，所述的驅(qū)動器控制有伺服電機(jī)，各伺服電機(jī)則通過帶有的編碼器反饋連接各對應(yīng)驅(qū)動器。
[0009]所述的各伺服電機(jī)通過減速器減速增扭。
[0010]有益效果:本實(shí)用新型采用多個回路的PID控制算法來控制伺服電機(jī)，同時(shí)結(jié)合各種傳感器反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比評估，以使機(jī)器人在四種管道環(huán)境中完成攀爬步態(tài)，并可以進(jìn)行自主調(diào)整以適應(yīng)不同的作業(yè)環(huán)境，在機(jī)器人行進(jìn)過程中可以控制舵機(jī)以清掃管道；還可以通過控制超聲導(dǎo)波信號激勵與采集板及超聲導(dǎo)波探頭，對存在缺陷的管道進(jìn)行探傷，以確定缺陷的位置，及時(shí)修補(bǔ)缺陷，達(dá)到保障電廠正常運(yùn)行的目的。
[0011]因此，本實(shí)用新型具體有如下優(yōu)點(diǎn):1.本實(shí)用新型采用嵌入式主板，具備成本低、尺寸小、高集成度、低功耗等特性，且配有內(nèi)置1/0、實(shí)時(shí)處理器，可用于實(shí)現(xiàn)自定制嵌入式控制和監(jiān)控應(yīng)用；2.本實(shí)用新型采用射頻模塊，整合了收發(fā)電路的功能，以特小體積更低成本實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽稍趽頂D的ISM頻段中達(dá)到穩(wěn)定可靠的短距離數(shù)據(jù)傳輸而互不干擾，避免了拖纜給機(jī)器人帶來的不便；3.本實(shí)用新型采用多個獨(dú)立的閉環(huán)回路的控制方法，多個傳感器的運(yùn)用，可以確保機(jī)器人準(zhǔn)確的完成指定的運(yùn)動；4.本實(shí)用新型采用高頻數(shù)據(jù)線，可以連接高速外接設(shè)備，使數(shù)據(jù)傳輸速度更快，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的快速響應(yīng)；5.本實(shí)用新型采用CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可以使多個模塊使用同一信息傳輸路徑，簡化了系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)框圖；
[0013]圖2是本實(shí)用新型的控制方法流程圖；
[0014]圖3是本實(shí)用新型的伺服電機(jī)控制框圖；
[0015]圖4是本實(shí)用新型的舵機(jī)控制框圖；
[0016]圖5是本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)安裝示意圖；
[0017]圖6是本實(shí)用新型的超聲導(dǎo)波探傷過程框圖；
[0018]圖7是本實(shí)用新型的力/力矩傳感器工作框圖；
[0019]圖8是本實(shí)用新型的角速度傳感器工作框圖；
[0020]圖9 (a)?(d)是本實(shí)用新型的控制方法應(yīng)用到機(jī)器人單管爬行、清掃及探傷過程示意圖；
[0021]圖10(a)?10(c)是本實(shí)用新型的控制方法應(yīng)用到機(jī)器人彎管爬行的示意圖；
[0022]圖11 (a)?11 (C)是本實(shí)用新型的控制方法應(yīng)用到機(jī)器人管間切換的示意圖；
[0023]圖12(a)?12(e)是本實(shí)用新型的控制方法應(yīng)用到機(jī)器人管屏切換的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的介紹。
[0025]本實(shí)用新型的電力金屬部件清掃探傷機(jī)器人控制系統(tǒng)實(shí)施例，本實(shí)用新型所述的電力金屬部件清掃探傷機(jī)器人特指中國發(fā)明專利申請CN104149083A中的機(jī)器人，參見圖5，該機(jī)器人包括本體、清掃裝置II和探傷裝置III。
[0026]本體包括三個平行排布且縱向設(shè)置的柱形的縱向回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)1-2，1-3，1-4，兩個與縱向回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相垂直的柱形的行走回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)1-1、1-5、一對電磁吸盤V1-UV1-2和四塊連接板，各縱向回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)之間通過與其中兩塊連接板固連構(gòu)成可轉(zhuǎn)動連接，行走回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的上端通過另外兩塊連接板與位于兩側(cè)的縱向回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固連構(gòu)成可轉(zhuǎn)動連接使各回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)串聯(lián)成一體，行走回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)1-1、1-5可沿豎向平面旋轉(zhuǎn)，具有五個自由度。
[0027]電磁吸盤V1-UV1-2分別固定在行走回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的下端上，清掃裝置II和探傷裝置III分別安裝在行走回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的柱身上。
[0028]參見中國發(fā)明專利申請CN104149083A的說明書附圖。
[0029]該機(jī)器人所述的縱向回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和行走回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)均分別包括筒形基座、封堵住筒形基座一端的封裝蓋板、設(shè)有編碼器的伺服電機(jī)、減速器、位于筒形基座另一端外的筒形的旋轉(zhuǎn)外殼和固定在旋轉(zhuǎn)外殼外端上的連接法蘭，設(shè)有編碼器的伺服電機(jī)位于筒形基座中的前部，所述減速器的動力輸入端與伺服電機(jī)的動力輸出端相連，所述減速器的動力輸出端與連接法蘭連接，在所述旋轉(zhuǎn)外殼與減速器之間設(shè)有用于支撐旋轉(zhuǎn)外殼的支承組件；設(shè)置在回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)內(nèi)的控制單元包括用于連接電源/信號線的連接器、分別與連接器相連的第一控制器和第二控制器，所述連接器插裝在封裝蓋板上，所述第一控制器豎向安裝在所述筒形基座中的后部，所述第二控制器橫向安裝在所述筒形基座中的前部且位于伺服電機(jī)的外圍。
[0030]該機(jī)器人所述的縱向回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)為三個，用于連接縱向回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的連接板是長形直板，該長形直板兩端分設(shè)有安裝孔，其中兩個相鄰的縱向回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)外殼分別通過連接法蘭與其中一個長形直板的兩端連接固連構(gòu)成可轉(zhuǎn)動連接，另一個縱向回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)外殼通過連接法蘭和上述之一的縱向回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的筒形基座外壁分別與另一個長形直板的兩端固連構(gòu)成可轉(zhuǎn)動連接；用于連接豎向回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和行走回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的連接板是直角彎折板，所述行走回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的筒形基座外壁分別與位于兩側(cè)的縱向回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的筒形基座外壁通過直角彎折板固連構(gòu)成可轉(zhuǎn)動連接。
[0031]該機(jī)器人所述的支承組件包括軸承和軸承座，所述減速器部分伸入旋轉(zhuǎn)外殼內(nèi)成為減速器的伸出部，所述軸承座套裝在所述減速器的伸出部上，所述軸承座分別與所述筒形基座、減速器的機(jī)殼固定連接，所述軸承套于所述軸承座上，所述旋轉(zhuǎn)外殼套于所述軸承上，所述減速器的動力輸出端伸