[发明专利]一种轻型轨道机器人四驱运动控制系统及其方法

说明书

本发明公开了一种轻型轨道机器人四驱运动控制系统及其方法，包括：中央控制单元与动力能量管理单元、运动驱动单元和外围传感辅助单元分别通信；中央控制单元控制运动驱动单元和动力能量管理单元，同时接收外围传感辅助单元的反馈信息，实时调整运动驱动单元的控制参数，实现系统安全平稳运行；中央控制单元根据动力能量管理单元的电量控制与反馈，合理调整运动驱动单元的负载平衡。本发明有益效果：实现电力隧道内轻型轨道机器人四个独立步进伺服电机的驱动，以最佳能效比，实现四轮运转同步，解决单驱在轨运动重心不稳，驱动力不足、坡道驱动轮打滑，增加减速机后运动噪音大等问题。

技术领域

本发明涉及电力隧道机器人监控技术领域，尤其涉及一种轻型轨道机器人四驱优化控制系统及其方法。

背景技术

随着电缆在城市电网的广泛应用，电力隧道成为电缆敷设的主要通道之一。

电力电缆隧道一般空间比较狭小，而且地面不平，内部施工地面容易出现障碍物，不利于地面机器人应用。悬挂机器人比较适合隧道空间应用，但是国内的电力隧道质量等等不一，需要充分考虑轨道重量及巡检机器人行走的震动冲击对电力隧道造成的潜在威胁进行评估。目前国内电力电缆隧道经常存在纵横交错的情况，单一或环形轨道巡检机器人无法适应地形相对复杂的电缆隧道，而通常这些复杂的电缆隧道都是需要特别关注的。

目前已经存在的电力隧道在轨巡检机器人，为单驱巡检机器人，能够实现电力隧道内的设备巡检，但是这种单驱吊轨电力巡检机器人通常带载能力不强，如果要增强带载能力必然要增加机械强度增加机械复杂度，而且容易出现重心不稳，驱动力不均衡，易出现驱动轮打滑动力丢失；常规伺服电机转速很高需要配备合适的减速机提升带载扭矩，通常减速机效率较低一般不超过80％，而且系统通常不具备电机刹车能量回收功能。而在狭小的隧道内吊轨上根本无法使用常规的汽车差速器4驱方式。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，本发明提供一种轻型轨道机器人四驱运动控制系统及其方法，该系统及方法采用四路独立步进伺服电机驱动在轨4个小轮，不仅解决了驱动力不均衡，中心不稳，驱动力不足、机械结构复杂等问题，而且解决常规隧道巡检机器人能效利用率低等问题，极大提升了在轨机器人的巡航距离。使巡检机器人能够适应各种(坡度小于35°)复杂隧道吊轨路况。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种轻型轨道机器人四驱运动控制系统，包括：中央控制单元、动力能量管理单元、运动驱动单元以及外围传感辅助单元；所述中央控制单元与动力能量管理单元、运动驱动单元和外围传感辅助单元分别通信；

所述中央控制单元控制运动驱动单元和动力能量管理单元，同时接收外围传感辅助单元的反馈信息，实时调整运动驱动单元的控制参数，实现系统安全平稳运行；中央控制单元根据动力能量管理单元的电量控制与反馈，合理调整运动驱动单元的负载平衡；

所述运动驱动单元包括驱动管理器以及与驱动管理器分别连接的步进伺服电机、制动控制部件以及机械驱动轮；所述驱动管理器接收中央控制单元的控制指令，同时参照实时轨道位置反馈信息，对步进伺服电机进行统一驱动管理，对弯道坡道进行软件差速补偿或扭矩补偿。

进一步地，所述步进伺服电机直接通过连轴器与机械驱动轮连接，完全通过驱动管理器进行调速；

驱动管理器接收到中央控制单元的制动指令后，根据当前机器人运行速度与质量及刹车紧急程度，分析所需要的制动力矩F1，如果电机再生电量产生的制动力矩F2>F1，则不需要机械驱动轮的机械制动器，否则需要启动机械驱动轮的机械制动器进行辅助刹车。

进一步地，所述中央控制单元包括：CPU中央处理器以及与CPU中央处理器分别连接的网络通信模块、总线控制器、信号处理模块和故障防护模块。

进一步地，所述动力能量管理单元包括电源管理模块、电池模组、受控制动能量回收模块以及法拉电容快速能量吸收模组；