一种基于自动化高空作业机器人的中控系统的制作方法

本申请涉及控制系统，具体是指一种基于自动化高空作业机器人的中控系统。

背景技术：

1、露天环境下高空喷砂过程中砂料和粉尘回收问题一直是船舶、油罐、桥梁行业等室外施工难以解决的问题，以船舶行业为例，为了延长船舶的使用寿命，保证船舶的安全航行，船舶必须定期进坞进行修理，而船舶进坞修理过程中必不可少的一大环节就是进行表面清理，即通过喷砂除去船体表面钢板上的氧化皮、铸层和杂质，为提高喷涂质量作表面预处理，在清理过程中，未能将磨料及时回收，增加了购买砂料的成本。

2、目前我国 90%以上的船舶表面清理工作仍然是由传统的人工喷砂清理来实现，针对传统的人工喷砂清理存在效率低，损害人体健康等缺点，利用高空作业机器人替代工人执行繁重、危险的任务已是大势所趋，就高空作业机器人的控制系统而言，通常需要处理大量的输入和输出，包括机器人的位置、角度以及动态调节等，这使得控制系统变得非常复杂，现有技术中的控制系统无法满足各部分之间的配合、协调，进行自动化作业。

技术实现思路

1、本申请目的在于提供一种基于自动化高空作业机器人的中控系统，用于通过轨迹信息控制各部分配合协调进行高空作业。

2、本申请通过下述技术方案实现：

3、一种基于自动化高空作业机器人的中控系统，包括交互模块，还包括：中控模块，与所述交互模块信号连接，用于将接收的轨迹信息进行轨迹分解，并分解为各部位对应的控制信号；行走控制模块，与所述中控模块信号连接，用于接收行走模块对应的控制信号并执行控制过程；伸缩控制模块，与所述中控模块信号连接，用于接收伸缩臂对应的控制信号并执行控制过程；模糊控制模块，与所述中控模块信号连接，用于接收机械臂对应的控制信号并执行控制过程；以及转动控制模块，与所述中控模块信号连接，用于接收转动机构对应的控制信号并执行控制过程；

4、其中，所述轨迹信息基于数字孪生生成，所述中控模块通过主从控制方式控制所述行走控制模块、伸缩控制模块、模糊控制模块以及转动控制模块，且在完成轨迹分解之后将机器人的实际坐标与孪生层内的虚拟坐标进行匹配来完成初始位置定位，所述模糊控制模块能够通过内置的多级增益控制环控制所述机械臂的动态过程。

5、进一步地，所述中控模块通过逆运动学分析对轨迹信息进行轨迹分解，轨迹分解过程为：初始位置定位完成后，定义轨迹信息中的末端位置，在孪生层的三维模型内建立伸缩臂与机械臂的运动学方程，并通过求解运动学方程得到伸缩臂关节伸长量与机械臂的关节角度，最后将关节伸长量和关节角度转换为伸缩臂与机械臂的控制信号。

6、进一步地，所述多级增益控制环包括由外向内的位置环、速度环以及电流环，位置环中，当机械臂的控制信号指令输入后，将编码器的位置反馈信号与控制信号进行乘法操作得到位置环增益信号，再通过编码器的速度计算信号、速度反馈滤波信号与位置环增益信号进行乘法操作。

7、进一步地，速度环中，通过速度环积分时间常数信号与速度环增益信号进行一次乘法操作后再与转矩前馈信号进行二次乘法操作。

8、进一步地，电流环中，电流反馈信号参与二次乘法操作。

9、进一步地，所述机械臂的自由端连接有作业模块，所述作业模块包括罩体与作业单元，所述罩体与所述机械臂的自由端固定设置，所述转动机构设置在所述罩体内且与所述机械臂的自由端连接，连接部分为定平台，所述转动机构包括：定平台、动平台以及活动设置在定平台与动平台之间的多个能够伸缩的伸缩件，所述作业单元设置在所述动平台上，多个所述伸缩件与所述转动控制模块信号连接。

10、进一步地，所述转动控制模块通过控制所述伸缩件的伸缩状态来控制作业单元进行六自由度的空间运动。

11、作为优选，所述作业单元为喷砂枪或清洗枪。

12、本申请与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

13、1、本申请通过中控模块将接收的轨迹信息进行轨迹分解，并分解为各部位对应的控制信号，行走控制模块接收到行走控制信号后，控制行走模块进行平面位置移动；伸缩控制模块接收到伸缩控制信号后，控制伸缩臂进行伸长、缩短、角度调节中的一种或多种的协同动作；模糊控制模块接收到移动控制信号后，控制机械臂进行多轴移动过程；转动控制模块接收到控制信号后，控制转动机构调节作业模块内作业单元的角度，对于轨迹分解后的控制信号，机器人的各部分关节或驱动器都可以独立控制，如控制机械臂的转动速度、加速度、关节扭矩等，进而实现机器人自动化作业的精确控制；结合数字孪生的三维模型，能够根据优化解对各部分关节进行独立调整或控制；结合数字孪生的三维模型，能够根据优化解分配和调整资源，最终控制各部分配合协调进行高空作业；

14、2、本申请中的多级增益控制环可以使得每个控制环专注于一个特定的控制目标，比如位置控制、速度控制或加速度控制，这样可以提高整个系统的控制精度；可以使得系统的响应速度更快，每个控制环只需要处理一个简单的控制任务，这样可以减小计算负担，提高控制速度；

15、3、本申请伸缩件还能够与补偿模块信号连接，根据动量守恒定理和气固两相流体流动特性，通过补偿模块来对伸缩件进行前馈补偿，并将补偿控制项加入到作业单元的转动控制中，实现实时的动态稳定调节，不仅对转动控制的灵敏性有了提高，而且有利于抑制作业单元的作业抖振。

技术特征：

1.一种基于自动化高空作业机器人的中控系统，包括交互模块，其特征在于：还包括：中控模块，与所述交互模块信号连接，用于将接收的轨迹信息进行轨迹分解，并分解为各部位对应的控制信号；行走控制模块，与所述中控模块信号连接，用于接收行走模块对应的控制信号并执行控制过程；伸缩控制模块，与所述中控模块信号连接，用于接收伸缩臂对应的控制信号并执行控制过程；模糊控制模块，与所述中控模块信号连接，用于接收机械臂对应的控制信号并执行控制过程；以及转动控制模块，与所述中控模块信号连接，用于接收转动机构对应的控制信号并执行控制过程；

2.根据权利要求1所述的一种基于自动化高空作业机器人的中控系统，其特征在于：所述中控模块通过逆运动学分析对轨迹信息进行轨迹分解，轨迹分解过程为：初始位置定位完成后，定义轨迹信息中的末端位置，在孪生层的三维模型内建立伸缩臂与机械臂的运动学方程，并通过求解运动学方程得到伸缩臂关节伸长量与机械臂的关节角度，最后将关节伸长量和关节角度转换为伸缩臂与机械臂的控制信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于自动化高空作业机器人的中控系统，其特征在于：所述多级增益控制环包括由外向内的位置环、速度环以及电流环，位置环中，当机械臂的控制信号指令输入后，将编码器的位置反馈信号与控制信号进行乘法操作得到位置环增益信号，再通过编码器的速度计算信号、速度反馈滤波信号与位置环增益信号进行乘法操作。

4.根据权利要求3所述的一种基于自动化高空作业机器人的中控系统，其特征在于：速度环中，通过速度环积分时间常数信号与速度环增益信号进行一次乘法操作后再与转矩前馈信号进行二次乘法操作。

5.根据权利要求4所述的一种基于自动化高空作业机器人的中控系统，其特征在于：电流环中，电流反馈信号参与二次乘法操作。

6.根据权利要求1所述的一种基于自动化高空作业机器人的中控系统，其特征在于：所述机械臂的自由端连接有作业模块，所述作业模块包括罩体与作业单元，所述罩体与所述机械臂的自由端固定设置，所述转动机构设置在所述罩体内且与所述机械臂的自由端连接，连接部分为定平台，所述转动机构包括：定平台、动平台以及活动设置在定平台与动平台之间的多个能够伸缩的伸缩件，所述作业单元设置在所述动平台上，多个所述伸缩件与所述转动控制模块信号连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于自动化高空作业机器人的中控系统，其特征在于：所述转动控制模块通过控制所述伸缩件的伸缩状态来控制作业单元进行六自由度的空间运动。

8.根据权利要求6所述的一种基于自动化高空作业机器人的中控系统，其特征在于：所述作业单元为喷砂枪或清洗枪。

技术总结本申请涉及控制系统技术领域，具体是指一种基于自动化高空作业机器人的中控系统，包括交互模块，还包括：中控模块；行走控制模块；伸缩控制模块；模糊控制模块以及转动控制模块，中控模块与所述交互模块信号连接，用于将接收的轨迹信息进行轨迹分解，并分解为各部位对应的控制信号对于轨迹分解后的控制信号，机器人的各部分关节或驱动器都可以独立控制，如控制机械臂的转动速度、加速度、关节扭矩等，进而实现机器人自动化作业的精确控制；结合数字孪生的三维模型，能够根据优化解对各部分关节进行独立调整或控制；结合数字孪生的三维模型，能够根据优化解分配和调整资源，最终控制各部分配合协调进行高空作业。技术研发人员：汪凤銮,彭建国,彭文奎,彭国飞,赵亮,张斌,罗东山,彭文浩受保护的技术使用者：北京东方昊为工业装备有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2