電力金屬部件清掃探傷機(jī)器人控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力金屬部件清掃探傷機(jī)器人控制系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及采用所述系統(tǒng)控制電力金屬部件清掃探傷機(jī)器人的方法。
【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(huì)造成管道的裂隙或破損，泄露的物質(zhì)可能會(huì)對(duì)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(cè)變得至關(guān)重要。在我國，火力發(fā)電在整個(gè)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(cè)發(fā)現(xiàn)，將可能會(huì)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(cè)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(cè)效率低，檢測(cè)范圍有限，存在漏檢及誤檢現(xiàn)象，同時(shí)對(duì)檢測(cè)人員而言存在安全威脅。因此，為了高效而安全的檢測(cè)電力系統(tǒng)的金屬部件，需要檢測(cè)手段更加高效、可靠和高精度，檢測(cè)載體更加自動(dòng)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(duì)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(cè)的探傷機(jī)器人，并且取得了一定的成果。中國發(fā)明專利CN100561213申請(qǐng)公開了一種石油管道超聲波檢測(cè)機(jī)器人，采用從動(dòng)式結(jié)構(gòu)，輪式載體，由機(jī)身、行駛機(jī)構(gòu)和檢測(cè)裝置組成，檢測(cè)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(dòng)形式單一，只能實(shí)現(xiàn)水平管道的運(yùn)動(dòng)及檢測(cè)。中國發(fā)明專利申請(qǐng)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(tái)傳輸現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)給上位控制計(jì)算機(jī)，在顯示器上顯示視頻信號(hào)的方式來實(shí)現(xiàn)本體運(yùn)行控制及工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)；但該控制系統(tǒng)的組成復(fù)雜，且設(shè)備體積較大，會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)操作帶來諸多不便。
[0005]中國發(fā)明專利申請(qǐng)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(hào)檢測(cè)的距離較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的第一個(gè)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)。
[0007]本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題，就是提供一種采用上述系統(tǒng)進(jìn)行電力金屬部件清掃探傷機(jī)器人控制的方法。
[0008]采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人檢測(cè)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(cè)作業(yè)時(shí)的可靠度，提高機(jī)器人的檢測(cè)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，本發(fā)明具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。
[0009]解決上述第一個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0010]一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(hào)激勵(lì)/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(dòng)器和各舵機(jī)，所述的驅(qū)動(dòng)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(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)器。
[0011]所述的各伺服電機(jī)通過減速器減速增扭。
[0012]所述的NI sbR1嵌入式控制主板，用于伺服電機(jī)和舵機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制、超聲導(dǎo)波信號(hào)的激勵(lì)與采集控制、本體電磁吸盤線圈電流的控制、以及接收與分析角度傳感器及力/力矩傳感器采集到的數(shù)據(jù)；
[0013]用戶機(jī)，為內(nèi)嵌控制軟件的電腦，用于操作人員對(duì)機(jī)器人進(jìn)行直觀的控制命令發(fā)送；
[0014]射頻模塊，以無線的方式接收用戶機(jī)發(fā)出的各項(xiàng)控制指令，同時(shí)傳輸伺服電機(jī)、舵機(jī)及各類傳感器反饋的各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)；
[0015]驅(qū)動(dòng)器，解析數(shù)據(jù)指令，設(shè)定速度、加/減速度等命令，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)按指定要求啟動(dòng)、停機(jī)或加速，對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行過載、短路或欠壓保護(hù)；
[0016]編碼器，將伺服電機(jī)的各項(xiàng)轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用的電信號(hào)，檢測(cè)反饋伺服電機(jī)速度、位置和角位移信息；
[0017]減速器，用來降速，提高伺服電機(jī)的輸出扭矩，同時(shí)降低負(fù)載的慣量；
[0018]伺服電機(jī)，用來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)，使機(jī)器人按照規(guī)定路徑運(yùn)動(dòng)；
[0019]舵機(jī)，用來驅(qū)動(dòng)清掃裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)將旋轉(zhuǎn)的角度轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)來提升或降下探頭裝置；
[0020]CAN總線，用來連接控制主板、驅(qū)動(dòng)器和編碼器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸；
[0021]超聲導(dǎo)波信號(hào)激勵(lì)與采集板，用來激勵(lì)產(chǎn)生可用來進(jìn)行缺陷檢測(cè)的超聲導(dǎo)波，同時(shí)初步處理采集所得的管道缺陷回波信號(hào)；
[0022]超聲導(dǎo)波探頭，用來將超聲導(dǎo)波信號(hào)發(fā)送到所要檢測(cè)的管道中，并接收采集缺陷回波信號(hào)；
[0023]角度傳感器，采集伺服電機(jī)輸出軸的角位移，并將數(shù)據(jù)反饋給所述控制主板；
[0024]力/力矩傳感器，記錄機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中與外部管道的接觸力或力矩信息，將采集的力及力矩信息傳輸給所述控制主板；
[0025]高頻數(shù)據(jù)線，用來以高速傳輸速率將上述各類傳感器采集的數(shù)據(jù)信息傳輸給所述控制主板。
[0026]解決上述第二個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0027]—種采用上述系統(tǒng)控制電力金屬部件清掃探傷機(jī)器人的方法，其特征是包括以下步驟:
[0028]步驟1，用戶機(jī)控制軟件讀入某一組步態(tài)數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)及相關(guān)指令通過無線局域網(wǎng)發(fā)送出去；
[0029]步驟2，搭載在機(jī)器人上的射頻模塊接收到上述發(fā)送的步態(tài)數(shù)據(jù)及指令，并將其傳輸給NI sbR1嵌入式控制主板；
[0030]步驟3，上述控制主板根據(jù)上述指令，將上述一組步態(tài)數(shù)據(jù)通過CAN總線發(fā)往到驅(qū)動(dòng)器中；
[0031]步驟4，上述驅(qū)動(dòng)器接收到上述步態(tài)數(shù)據(jù)，然后解析數(shù)據(jù)，并且根據(jù)數(shù)據(jù)中的要求設(shè)定指定的角位移、轉(zhuǎn)速、位置或啟動(dòng)、停機(jī)，并將解析后的信息傳輸給相應(yīng)的伺服電機(jī)；
[0032]步驟5，上述伺服電機(jī)接收到上述解析信息，并做出指定的運(yùn)動(dòng)，并將運(yùn)動(dòng)傳遞給減速器；
[0033]步驟6，上述減速器將上述伺服電機(jī)傳遞的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行降速，并提升扭矩，然后輸出給負(fù)載；
[0034]步驟7，編碼器將上述伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用的電信號(hào)，然后將此轉(zhuǎn)換后的信號(hào)反饋給相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器；
[0035]步驟8，上述轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)輸入給相應(yīng)驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器對(duì)上述伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)與原始指令數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比評(píng)估，如有差別，則進(jìn)行修改補(bǔ)償；
[0036]步驟9，上述修改補(bǔ)償過程重復(fù)步驟4?8，直至伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)與原始指令數(shù)據(jù)無差別為止；
[0037]步驟10，角度傳感器將從動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，再傳輸給上述控制主板；
[0038]步驟11，上述控制主板中的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將上述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后評(píng)估判斷從動(dòng)件是否到達(dá)指定位置，若未到達(dá)則進(jìn)行角度修正；
[0039]步驟12，上述角度修改過程重復(fù)步驟4?步驟11，直至從動(dòng)件到達(dá)指定位置為止;
[0040]步驟13，上述控制主板同時(shí)控制流過電磁吸盤中線圈電流的大小，以使吸盤產(chǎn)生磁力吸附，將機(jī)器人固定在管道上；
[0041]步驟14，力/力矩傳感器，記錄機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中電磁吸盤與外部管道的接觸力/力矩信息，將采集的信息傳輸給上述控制主板；
[0042]步驟15，上述控制主板接收到上述力/力矩信息，轉(zhuǎn)換后與制定的力/力矩對(duì)比，若未達(dá)到制定的數(shù)值，則進(jìn)行力/力矩修正；
[0043]步驟16，上述力/力矩修正過程重復(fù)步驟13?步驟15，直至電磁吸盤吸牢，機(jī)器人穩(wěn)定為止；
[0044]步驟17，按指令對(duì)管道進(jìn)行清掃或?qū)艿肋M(jìn)行探傷。
[0045]以下步驟為機(jī)器人對(duì)管道進(jìn)行清掃的控制方法:
[0046]清1，用戶機(jī)控制軟件通過無線局域網(wǎng)發(fā)送出清掃指令；
[0047]清2，搭載在機(jī)器人上的射頻模塊接收到上述指令，并將其傳輸給NI sbR1嵌入式控制主板；
[0048]清3，上述控制主板根據(jù)上述指令，產(chǎn)生舵機(jī)控制信號(hào)，并通過CAN總線傳輸給指定舵機(jī)；
[0049]清4，上述舵機(jī)接收到上述控制信號(hào)后轉(zhuǎn)動(dòng)，并將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給清掃連桿，帶動(dòng)毛刷清掃管道。
[0050]以下步驟為機(jī)器人對(duì)管道進(jìn)行探傷的控制方法:
[0051]探1，用戶機(jī)控制軟件通過無線局域網(wǎng)發(fā)送出探傷指令；
[0052]探2，搭載在機(jī)器人上的射頻模塊接收到上述指令，并將其傳輸給NI sbR1嵌入式控制主板；
[0053]探3，上述控制主板根據(jù)上述指令，產(chǎn)生舵機(jī)控制信號(hào)，并通過CAN總線傳輸給舵機(jī)；
[0054]探4，上述舵機(jī)接收到上述控制信號(hào)后轉(zhuǎn)動(dòng)，并將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給螺桿轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)超聲導(dǎo)波探頭貼合管道；