專利名稱：風管清洗機器人控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種空調風管清洗機器人的控制系統。
背景技術：
目前，風管清洗機器人的操作系統是采用模擬信號控制，這使得控制系統對機器人動作的控制不能很準確，它的顯示器和存儲器分別為外接的電視機和錄象機，非常笨拙，不但使用不方便，而且不便于移動。
實用新型內容本實用新型提供一種風管清洗機器人控制系統，它是利用PC對清洗機器人進行數字控制，并且體積小，攜帶方便。
本實用新型采用的技術方案為包括控制臺計算機，與該控制臺計算機連接的小車控制器，其特征為該控制臺計算機與顯示單元、控制按鈕、手持操作器和除塵器連接；小車控制器與電機、傳感器、射像頭和車燈連接。
所述控制臺計算機包括一個CPU模塊、硬盤和電源模塊，該控制計算機與串口、I/O模塊、AD/DA模塊、A/D模塊、圖象采集卡、VGA-TV信號轉換卡、視頻分割卡、液晶顯示屏和計算機外設接口連接。
所述I/O模塊有兩個，其中一個與驅動放大電路和繼電器串聯，另一個分別與分別與串聯在一起的驅動放大電路、LED顯示燈和去抖電路、控制按鈕連接；AD/DA模塊與濾波放大電路串聯，AD模塊與濾波放大電路串聯，濾波放大電路并聯前后運動電位計與左右運動電位計。
所述小車控制器包括一個下位單片機，與該下位單片機連接的電源模塊和通訊單元，該下位單片機與存儲器、驅動放大電路、繼電器輸出串聯，該繼電器分別連接射像頭、車燈、清潔頭電機、機械臂電機；該下位單片機還與D/A轉換、電機驅動器、驅動電機串聯；該下位單片機還與緩沖器、計數器、濾波電路、插分輸入、碼盤串聯。
該控制按鈕分為操作臺控制按鈕和手持操作器控制按鈕，該兩種控制按鈕通過切換按鈕與控制臺計算機連接。
由于采用數字控制，機器人移動的位置可以控制得更加準確，由于采用硬盤存儲，使存儲量加大，PC還可以通過網絡進行連網觀察，本實用新型將控制的數字化和信息化很好的結合了在一起。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步詳細說明


圖1為本實用新型控制系統框圖圖2為本實用新型控制臺框圖圖3為本實用新型小車控制器框圖圖4為本實用新型雙路控制結構圖具體實施方式
如
圖1所示的風管清洗機器人控制系統，包括控制臺計算機1，與該控制臺計算機1連接的小車控制器2，該控制臺計算機1與顯示單元3、控制按鈕4、手持操作器5和除塵器6連接；小車控制器2與電機7、傳感器8、攝像頭9和車燈10連接。
控制臺計算機1通過I/O模塊15和AD/DA模塊16可以監(jiān)測控制按鈕4與手持操作器5的狀態(tài)，將控制按鈕4與插槽的動作轉換相應的控制命令，通過串口14發(fā)送給小車控制器2，對小車進行控制。小車控制器2接收到命令后，通過設備控制板，向車燈10、攝像頭9、電機7驅動器等設備發(fā)出控制信號，控制這些設備的停和小車的無能無力。下位單片機29通過傳感器8信號采集單元采集碼盤41等傳感器信號，根據傳感器反饋信號對小車運動進行修正，并將碼盤41信息通過串口14發(fā)送給控制臺計算機1，控制臺計算機1根據接收到的碼盤41信息對小車的運行狀況進行監(jiān)控，并將小車狀態(tài)信息通過圖像采集卡18和信號轉換卡19顯示在液晶顯示屏21上，安裝在小車上的攝像頭9的視頻信號通過視頻電纜連接到控制臺計算機1的視頻分割20卡上，在液晶顯示屏上顯示，控制臺計算機1通過圖像采集卡18可以對攝像頭9視頻信號進行采集、壓縮并存儲到硬盤12?？刂婆_通過I/O模塊15和AD/DA轉換模塊16控制除塵器的運行，可以對除塵器6的啟停、轉速進行控制。
如圖2所示，在控制臺面板上安裝有操作手柄和控制按鈕4，兩個滑動電位計28作為操作手柄分別用于控制小車的前后、左右運動，控制按鈕4用于對安裝在小車上的設備，如車燈10、攝像頭9、機械臂等進行控制。電位計28的模擬電壓信號經過濾波后接入A/D轉換電路17，轉換為數字信號后被上位計算機11采集。上位臺計算機11根據采集的電位計28的電壓，產生小車左右驅動電機的速度控制信號，通過串口14發(fā)送給小車上的單片下位機29，實現電機調速。通過調節(jié)電位計28電壓，可以對小車的運動速度和轉變半徑進行連續(xù)調整。在點擊控制按鈕4時，控制按鈕4控制電路產生一個高電平脈沖信號，該脈沖信號經過去抖電路26濾波，削除由于控制按鈕4的機械抖動產生的噪聲信號影響后，通過PC104I/O接口卡輸入上位計算機11。上位計算機11對每個控制按鈕4的電平狀態(tài)進行實時掃描，當檢測到有一個控制按鈕4的電平出現由低到高的跳變時，首先判斷是哪個控制按鈕4被按下，然后根據該控制按鈕4對應的功能產生小車控制命令，如開燈10，開攝像頭9等，經過串口14將命令發(fā)送給小車，并通過PC104I/O接口卡輸出相應的指示燈控制信號。該指示燈控制信號經過驅動放大電路33后控制面板上LED指示燈的點亮或熄滅，向操作者提示控制按鈕4選擇的功能。
通訊連接上位計算機11與小車控制器之間通過串口14，采用RS485標準，低波特率，數據三次發(fā)送取同一校驗方式進行全雙工異步串行通訊。上位計算機11通過串口14向小車發(fā)送控制命令，包括前進、后退、轉彎、運動速度、車燈10開/關，攝像頭9開/關、機械臂升/降、清潔設備啟/停等，同時接收小車發(fā)來的驅動電機7光電碼盤41信息，計算小車的移動距離、運動速度、轉彎角速度、轉彎半徑，通過顯示單元顯示在液晶顯示屏21上。
除塵器控制上位計算機11還右以對除塵器進行控制，除塵器通過電纜與控制臺連1接。當按下控制面板上的除塵器開啟/停止按鈕后，上位計算機11通過PC104I/O接口卡輸出一個高電平控制信號，該信號驅動放大電路33后控制輸出繼電器34線圈吸合，使得繼電器34的常開端接通，除塵器開始工作；當控制面板上的除塵器6開啟/停止按鈕抬起后，上位計算機11輸出低電平控制信號，輸出繼電器34線圈開，繼電器34常開端斷路，除塵器6停止工作。在控制臺1上有一個用于調整除塵器電機轉速的旋轉式電位計。電位計電壓信號經過A/D模塊17變換后成為8位數字信號，上位計算機11采集該信號，并根據電壓一風量關系計算出對應的除塵器風量，通過顯示單元顯示液晶顯示屏21上。
視頻處理與顯示單元視頻處理和顯示單元包括圖像采集卡18、VGA-TV信號轉換器19、四通道視頻分割卡20和液晶顯示屏21。安裝在小車上的三個攝像頭9的視頻信號通過視頻電纜傳送到控制臺1，視頻信號在控制臺1內分為兩路，一路連接到四通道視頻分割卡20的三個輸入端，在液晶顯示屏21上顯示。另一路連接國圖像采集卡18上。圖像采集卡18通過PC104總線接駁在上位計算機11上，具有硬件MPEG視頻壓縮和多通道圖像采集功能。上位計算機11的使用該圖像采集卡18將視頻信號以MPEG-1標準進行實時壓縮，并轉換為avi文件保存在計算機硬盤12上。上位計算機11顯卡輸出的VGA信號經過VGA-TV信號轉換器成為標準復合視頻信號后輸入到視頻分割器的一個輸入端，三個攝像頭9的視頻信號輸入到視頻分割器的另外3個輸入端。視頻分割器的輸出端連接到液晶顯示屏21上。通過視頻分割器，可以選擇將顯示屏劃分為左上、右上、右下四個區(qū)域，每個區(qū)域顯示一路視頻信號。使得四路視頻信號可以分區(qū)同時顯示，也可以選擇將其中一路視頻信號進行全屏顯示，方便操作人員通過顯示屏觀察小車攝像頭9拍攝的場景和計算機顯示的系統狀態(tài)信息。
小車的運動和控制可以使用控制臺1面板上的控制按鈕4或一個手持操作器5進行雙路操作。手持操作器5通過電纜連接到控制臺1，上面也具有控制按鈕4和電位計28手柄。圖4為雙路控制原理圖?？刂婆_1的控制信號和手持操作器5的控制信號輸入到雙路控制邏輯電路，雙路控制邏輯電路選擇其中一路控制信號進入上位計算機11系統。雙路控制邏輯電路根據控制面板上切換按鈕的狀態(tài)對輸入的控制面板控制按鈕4信號和手持操作器5信號進行選擇，當切換按鈕42抬起時，選擇控制面板按鈕信號通過，當切換按鈕42按下時，選擇手持操作器5的信號通過。雙路控制邏輯使用繼電器和多路選擇器(MUX)實現，電位計的模擬信號通過繼電器進行選擇，而按鈕開關的數字信號使用MUX進行選擇。
如圖3所示，攝像頭9，車燈10，清潔頭電機以及機械臂電機分別連接在一個輸出繼電器34的常開端，單片下位機29也電源模塊30、通訊單元31和存儲器32連接，該單片下位機29的A口與一個八路輸出鎖存器的輸入端相連，每一路鎖存器輸出信號經過驅動放大電33路后，對每個輸出繼電器34的線圈進行控制。當單片下位機29通過串口14接收到控制臺1上位計算機11發(fā)送的控制命令后，通過相應路的鎖存器發(fā)出設備的開關信號，鎖存器輸出高電平代表中、開，輸出低電平代表關。該信號經過驅動放大電路33后對輸出繼電器34線圈的吸合進行控制，使得電器的常開端接通或斷開，從而控制攝像頭9、車燈10的電源的通斷以及清潔頭、機械臂電機的正反轉和停止。同時，單片下位機29的B口與D/A轉換器35連接，對控制臺1通過串口14給出的左右驅動電機的速度信號進行D/A轉換，將其變換為-10V-+10V的電機調速電壓信號，送給電機驅動器36，電機驅動器36根據該信號，驅動電機7轉動，并且電機驅動器36使用光電碼盤41，對電機轉速進行閉環(huán)控制，再經濾波放大電路27，從而控制小車靈活移動。光電碼盤41的差分脈沖信號經過差分輸入電路40和濾波電路39后，進入一個碼盤計數器38。碼盤訐數器38以一片CPLD實現，可以對碼盤41的脈沖進行計數，并且可以檢測碼盤41的正反轉方向。計數器38將碼盤的脈沖信號進行512分頻后，通過緩沖器37接入單片下位機29的中斷輸入引腳。單片下位機29對該中斷脈沖信號進一步16分頻后，通過串口14發(fā)送給控制臺1的上位計算機11，上位計算機11根據這個分頻后的碼盤41脈沖信號對電機的轉速和行程進行測量。
權利要求1.風管清洗機器人控制系統，包括控制臺(1)，與該控制臺計算機(1)連接的小車控制器(2)，其特征為該控制臺計算機(1)與顯示單元(3)、控制按鈕(4)、手持操作器(5)和除塵器(6)連接；小車控制器(2)與驅動電機(7)、傳感器(8)、攝像頭(9)和車燈(10)連接。
2.根據權利要求1所述的風管清洗機器人控制系統，其特征為所述控制臺(1)包括一個上位計算機(11)、硬盤(12)和電源模塊(13)，該控制計算機(1)與串口(14)、I/O模塊(15)、AD/DA模塊(16)、A/D模塊(17)、圖象采集卡(18)、信號轉換卡(19)、視頻分割卡(20)、液晶顯示屏(21)和計算機外設接口(22)連接。
3.根據權利要求1或2所述的風管清洗機器人控制系統，其特征為所述I/O模塊(15)有兩個，其中一個與驅動放大電路(23)和繼電器(24)串聯，另一個分別與串聯在一起的驅動放大電路(23)、LED顯示燈(25)和去抖電路(26)、控制按鈕(4)連接；AD/DA模塊(16)與濾波放大電(27)路串聯，AD模塊(17)與濾波放大電路(27)串聯，濾波放大電路(27)并聯前后運動電位計與左右運動電位計(28)。
4.根據權利要求1所述的風管清洗機器人控制系統，其特征為所述小車控制器(2)包括一個下位單片機(29)，與該下位單片機(29)連接的電源模塊(30)和通訊單元(31)，該下位單片機(29)與存儲器(32)、驅動放大電路(33)、繼電器(34)輸出串聯，該繼電器(34)分別連接攝像頭(9)、車燈(10)、清潔頭電機、機械臂電機；該下位單片機(29)還與D/A轉換器(35)、電機驅動器(36)、驅動電機(7)串聯；該下位單片機還與緩沖器(37)、計數器(38)、濾波電路(39)、插分輸入電路(40)、碼盤(41)串聯。
5.根據權利要求3所述的風管清洗機器人控制系統，其特征為該控制按鈕(4)分為操作臺控制按鈕和手持操作器控制按鈕，該兩種控制按鈕通過切換按鈕(42)與控制臺計算機(1)連接。
專利摘要本實用新型公開了一種風管清洗機器人控制系統，包括包括控制臺計算機，與該控制臺計算機連接的小車控制器，其特征為該控制臺計算機與顯示單元、控制按鈕、手持操作器和除塵器連接；小車控制器與電機、傳感器、攝像頭和車燈連接。本實用新型由于采用數字控制，機器人移動的位置可以控制得更加準確，由于采用硬盤存儲，使存儲量加大，PC還可以通過網絡進行連網觀察，本實用新型將控制的數字化和信息化很好的結合了在一起。
文檔編號B08B9/027GK2799193SQ20052000195
公開日2006年7月26日 申請日期2005年2月5日 優(yōu)先權日2005年2月5日
發(fā)明者楊衛(wèi)國 申請人:楊衛(wèi)國