[发明专利]用于舱段自动对接的联动调节控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种用于舱段自动对接的联动调节控制系统，包括用于放置舱段一的固定支撑架车、用于放置待对接舱段二的第一分离式支撑架车和第二分离式支撑架车以及电控系统，其特征在于，电控系统包括上位机、EtherCAT主站电控系统和EtherCAT从站电控系统，上位机为用于下发指令的处理器，EtherCAT主站电控系统用于控制第一分离式支撑架车，EtherCAT从站电控系统用于控制第二分离式支撑架车，EtherCAT主站电控系统和EtherCAT从站电控系统包括触控显示屏、嵌入式控制器、AKD伺服驱动器、双目视觉测量系统、磁栅尺、光栅尺、激光位移传感器、轴向力传感器、差分输入的增量编码器模块、SinCos编码器模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块和报警指示灯，EtherCAT主站电控系统还包括EtherCAT桥接模块，EtherCAT从站电控系统还包括EtherCAT扩展模块；其中：

所述触控显示屏与嵌入式控制器连接，触控显示屏的控制界面包括下发指令模块、运动参数配置模块、控制模式选择模块和对接画面模块，控制模式选择模块包括单独控制模式和联动控制模式；

所述嵌入式控制器通过ADS通讯与上位机通讯，用于接收上位机的调节指令和传输差分输入的增量编码器模块、SinCos编码器模块、数字量输出模块和模拟量输入模块采集的数据信号；

所述AKD伺服驱动器与第一分离式支撑架车和第二分离式支撑架车上的电机连接，用于驱动电机使第一分离式支撑架车和第二分离式支撑架车行进、平移、升降和滚转；

所述EtherCAT桥接模块用于主从站系统之间的互连，使EtherCAT主站电控系统和EtherCAT从站电控系统时钟同步；

所述EtherCAT扩展模块用于拓展EtherCAT网段，使EtherCAT主站电控系统和EtherCAT从站电控系统之间互连；

所述双目视觉测量系统与上位机连接，用于实时测量两对接舱段的相对位置及姿态偏差，并将测量结果反馈到上位机；

所述磁栅尺通过差分输入的增量编码器模块与嵌入式控制器连接，用于测量滚换角度和推进位移并将测量结果反馈给增量编码器模块；

所述差分输入的增量编码器模块用于采集差分输入的磁栅尺的反馈信号；

所述光栅尺通过SinCos编码器模块与嵌入式控制器连接，用于测量X方向上的位置并将测量结果反馈给SinCos编码器模块；

所述SinCos编码器模块用于处理光栅尺的测量数据；

所述激光位移传感器通过数字量输入模块和模拟量输入模块与嵌入式控制器连接，用于测量Y方向和Z方向上的位置并将测量结果反馈给数字量输入模块和模拟量输入模块；

所述数字量输入模块用于接收激光位移传感器测量的数字量信号输入，通过EtherCAT总线传输给嵌入式控制器中；

所述轴向力传感器通过模拟量输入模块与嵌入式控制器连接，用于监测沿轴线方向的对接力和分解力，并将检测数据反馈给模拟量输入模块；

所述模拟量输入模块用于采集激光位移传感器的测量信号和轴向力传感器的测量信号；

所述报警指示灯用于电动系统状态的异常报警，与数字量输出模块连接，数字量输出模块用于输出报警指示灯的状态信息。

2.根据权利要求1所述的用于舱段自动对接的联动调节控制系统，其特征在于，所述嵌入式控制器为BECKHOFF嵌入式控制器CX5140。

3.根据权利要求2所述的用于舱段自动对接的联动调节控制系统，其特征在于，所述触控显示屏通过DVI-I接口和USB接口与BECKHOFF嵌入式控制器连接。

4.根据权利要求1所述的用于舱段自动对接的联动调节控制系统，其特征在于，所述磁栅尺采用KUEBLER磁栅尺，光栅尺采用HEIDENHAIN光栅尺，激光位移传感器采用KEYENCE激光位移传感器。

5.根据权利要求1所述的用于舱段自动对接的联动调节控制系统，其特征在于，所述差分输入的增量编码器模块采用RS485芯片。

6.一种应用于权利要求1～5任一所述的用于舱段自动对接的联动调节控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在触控显示屏的控制界面上下发自检和回零指令，以确保电控系统正常且第一分离式支撑架车和第二分离式支撑架车能够处于预设好的固定姿态；

步骤2：将舱段一放置在固定支撑架车上，将待对接舱段二放置于第一分离式支撑架车和第二分离式支撑架车的滚转托架上；

步骤3：通过双目视觉测量系统测量第一分离式支撑架车和第二分离式支撑架车的支撑姿态以及两舱段对接端面的定位孔，在触控显示屏的控制界面上选择单独控制模式；

步骤4：通过运动参数配置模块分别配置第一分离式支撑架车和第二分离式支撑架车在滚转、升降、平移方向上的运动参数，对第一分离式支撑架车和第二分离式支撑架车进行单独PID调节控制；

步骤5：判断舱段一与对接舱段二对接端面的定位孔的位置是否处于同一水平面，若不是则转到步骤3，若是则转到步骤6；

步骤6：在控制界面上选择联动控制模式，EtherCAT主站电控系统的运动参数配置配置第一分离式支撑架车推进、滚转、升降、平移方向上的运动参数，将配置好的运动参数通过EtherCAT拓展模块传输给EtherCAT桥接模块，进而通过EtherCAT总线将指令传给EtherCAT从站电控系统的嵌入式控制器，对第二分离式支撑架车进行联动PID调节控制；

步骤7：判断舱段对接是否完成，若舱段对接未完成则转到步骤3，若舱段对接完成则结束本次对接装配。