智能墙面抹灰机器人的专用控制器制造技术

本发明专利技术是一种智能墙面抹灰机器人的专用控制器，分为自动和手动控制模式。控制器包括ARM处理器和外围模块，外围模块包括电源模块，激光测距传感器数据接收模块、直流推进电机调速模块、直流提升电机控制模块、步进电机角度控制模块、直流撑紧电机控制模块、电机电流反馈模块、磁编码器接口模块、限位开关接口模块以及人机交互模块；控制器中采用中值滤波算法对采集到的数据进行滤波去噪，并进行轨迹插值计算，采用增量式PID算法对电机进行转速环和电流环双闭环控制。通过激光测距传感器和磁编码器得到实时测量数据，由ARM控制器控制墙面抹灰机器人各个电机协调运动，使得智能墙面抹灰机器人粉刷墙面精确平整，误差厚度达到抹灰作业要求。

【技术实现步骤摘要】
智能墙面抹灰机器人的专用控制器
本专利技术涉及一种建筑机器人专用控制器领域，具体涉及一种智能墙面抹灰机器人的专用控制器，其特征是能通过激光测距传感器和磁编码器获取测量数据，采用控制算法控制智能墙面抹灰机器人各个电机协调运动，使得智能墙面抹灰机器人粉刷墙面精确平整。
技术介绍
在如今蓬勃发展的建筑行业中，墙面抹灰这道工序大部分由手工完成，这道工序占据了整个建筑工程总工期的30％-40％，耗费资金多且质量难以达到高标准的要求。墙面抹灰机器人将有助于节省将近85％的劳动力成本，提高10-15倍的生产力，能在较短的时间内完成作业任务，减少宝贵的时间和项目成本。目前，国内外对抹灰机进行了大量的研究，已经制造出纯机械的抹灰机并在市场上销售，但是由于功能不完善，且达不到满意的抹灰效果。机械墙面抹灰机是利用两根平行的撑杆，将墙面抹灰机轨道固定于天花板与地面之间，抹灰机顺着撑杆由下往上进行抹灰，到达顶部之后抹灰板翻转，再由上往下进行抹平抹光。所以，两平行撑杆固定的空间位置，决定了墙面抹灰的上下厚度是否均匀。但是由于地面不平整或者撑杆连接处不紧密，就有可能导致撑杆不是完全竖直，即两撑杆构成的平面不能完全平行于待粉刷的墙面。若在抹灰机作业过程中不能及时的进行测量调整，就有可能导致粉刷后的墙面厚度不均匀，造成返工。所以，依靠单纯的机械设计，是无法准确的完成抹灰这道工序的。
技术实现思路
为了完善墙面抹灰机的功能，使得墙面抹灰机能够快速准确的完成抹灰作业，本专利技术为纯机械的墙面抹灰机提供了一种专用控制器，使得抹灰机自动的测量处理数据，并根据处理结果，自动的对抹灰机的相应电机进行调整，补偿产生的误差。本专利技术采用ARM处理器作为核心控制器，所有的数据采集、数据处理以及电机控制全部由它完成。以ARM处理器为中心，外围模块配合，加之控制算法，使得前面抹灰机更加智能，作业更加精确。为了解决上述问题，本专利技术设计了一种智能墙面抹灰机器人专用控制器，该控制器包括ARM处理器以及外围模块，其控制流程中包含自动工作模式和手动工作模式，所述外围模块包括电源模块，激光测距传感数据接收模块、直流推进电机调速模块、直流提升电机控制模块、直流撑紧电机控制模块、步进电机角度控制模块、电机电流反馈模块、磁编码器接口模块、人机交互模块以及手自动切换电路；所述手自动切换电路分别与对应的电源模块、ARM处理器、外围模块连接，用于为ARM处理器、外围模块及直流推进电机、直流提升电机、直流撑紧电机、步进电机供电回路进行切换；所述ARM处理器分别与对应的激光测距传感数据接收模块、直流推进电机调速模块、直流提升电机控制模块、直流撑紧电机控制模块、步进电机角度控制模块、电机电流反馈模块、磁编码器接口模块、人机交互模块连接，其中：所述激光测距传感数据接收模块，用于接收并向ARM处理器发送激光测距传感器测量智能墙面抹灰机器人与待粉刷墙面之间的距离数据；所述磁编码器接口模块，用于发送直流推进电机、直流提升电机对应磁编码器的直流推进速度脉冲数据、直流提升速度脉冲数据；所述ARM处理器，对智能墙面抹灰机器人与待粉刷墙面之间的距离数据进行数据滤波，对智能墙面抹灰机器人的运动轨迹进行插值计算，获得插值计算结果，得到提升速度和推进速度的对应关系；所述ARM处理器，对磁编码器的直流推进速度脉冲数据、直流提升速度脉冲数据、步进脉冲数据进行计数处理计算得到速度值，并将速度值与插值计算结果所对应的速度进行比较，再根据PID控制算法，得到推进速度控制信号、提升速度控制信号、旋转角度或位置控制信号；所述ARM处理器，接收测量撑紧电机电流量信号，若测量撑紧电机电流量信号大于所设定的阈值，则发出撑紧电机停止控制信号；若测量撑紧电机电流量信号小于所设定的阈值，则发出撑紧电机转动控制信号；所述直流推进电机调速模块，将ARM处理器产生的推进速度控制信号转换为直流推进电机的电压量信号，用于调整驱动直流推进电机控制智能墙面抹灰机器人抹灰板的前后推进速度，保证智能墙面抹灰机器人作业上下厚度的均匀性；所述直流提升电机控制模块，将ARM处理器产生的提升速度控制信号转化输出提升速度电压量信号，用于驱动直流提升电机做提升运动；所述步进电机角度控制模块，将ARM处理器产生的旋转角度控制信号转化为旋转角度电压量信号，进一步控制步进电机的旋转角度，使步进电机达到控制智能墙面抹灰机器人的抹灰板的旋转角度；所述直流撑紧电机控制模块，将撑紧电机停止、转动控制信号生成撑紧电平信号，用于驱动直流撑紧电机通断并做撑紧动作；所述电机电流反馈模块，利用霍尔效应原理将通过直流推进电机的大电流转化为0-5V电压信号，滤波后送入ARM处理器内部进行模数转化，计算出通过直流推进电机的电流；通过撑紧电机的电流在直流撑紧电机控制模块中的功率芯片内部转化为电流信号，再通过电机电流反馈模块中的基准电阻进一步转化为电压信号，通过线性光耦送入ARM处理器内部进行模数转化，计算出通过撑紧电机的电流；所述人机交互模块与ARM处理器连接，用于控制ARM处理器对系统异常情况、急停处理，显示系统工作状态；所述人机交互模块配合限位开关接口模块，根据智能墙面抹灰机器人的运行情况，随时进行手动模式和自动模式的相互切换；将自动控制工作模式切换到手动控制工作模式，同时ARM处理器、直流提升电机控制模块、直流撑紧电机控制模块、步进电机控制模块、激光测距传感数据接收模块、电机电流反馈模块、磁编码器接口模块处于停止工作状态，智能墙面抹灰机器人完全由操作员控制；所述限位开关接口模块，用于采集限位开关动作状态，判断智能墙面抹灰机器人上升高度、抹灰板推进位置和旋转位置是否达到极限位置；所述人机交互模块的按键，对直流推进电机和直流提升电机进行手动控制，用于调整智能墙面抹灰机器人的位置状态或者处理重大异常情况；在手动模式下，利用人机交互模块的按键状态直接控制直流推进电机和直流撑紧电机工作，使得即使在ARM处理器以及外围模块损坏的情况下仍能将智能墙面抹灰机器人调整到安全位置。本专利技术的有益效果：本专利技术能够在智能面墙面抹灰机器人的作业过程中，实时的采集测量数据并对相应的机构做出调整，实时的补偿偏差。此种专用控制器的使用，相比于纯机械的墙面抹灰机，能够大大提高抹灰作业质量，使智能墙面抹灰机器人智能准确的完成抹灰作业。附图说明图1是本专利技术控制原理框图。图2是本专利技术直流推进电机模块控制框图。图3是本专利技术直流撑紧电机模块控制框图。图4是本专利技术自动控制模式和手动控制模式切换电路示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。请参阅图1-图4示出本专利技术一种智能墙面抹灰机器人专用控制器，包括ARM处理器1和外围模块。ARM处理器1根据控制流程对外围模块进行自动控制工作模式；ARM处理器1以及外围模块，其控制流程中包含自动工作模式和手动工作模式，所述外围模块包括电源模块2，激光测距传感数据接收模块3、直流推进电机调速模块4、直流提升电机控制模块5、直流撑紧电机控制模块6、步进电机角度控制模块7、电机电流反馈模块8、磁编码器接口模块9、限位开关接口模块10、人机交互模块11以及手自动切换电路29；所述手自动切换电路29分别与对应的电源模块2、ARM处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能墙面抹灰机器人专用控制器，其特征在于，该控制器包括ARM处理器以及外围模块，其控制流程中包含自动工作模式和手动工作模式，所述外围模块包括电源模块，激光测距传感数据接收模块、直流推进电机调速模块、直流提升电机控制模块、直流撑紧电机控制模块、步进电机角度控制模块、电机电流反馈模块、磁编码器接口模块、限位开关接口模块、人机交互模块以及手自动切换电路；所述手自动切换电路分别与对应的电源模块、ARM处理器、外围模块连接，用于为ARM处理器、外围模块及直流推进电机、直流提升电机、直流撑紧电机、步进电机供电回路进行切换；所述ARM处理器分别与对应的激光测距传感数据接收模块、直流推进电机调速模块、直流提升电机控制模块、直流撑紧电机控制模块、步进电机角度控制模块、电机电流反馈模块、磁编码器接口模块、限位开关接口模块以及人机交互模块连接，其中：所述激光测距传感数据接收模块，用于接收并向ARM处理器发送激光测距传感器测量智能墙面抹灰机器人与待粉刷墙面之间的距离数据；所述磁编码接口模块，用于发送直流推进电机、直流提升电机对应磁编码器的直流推进速度脉冲数据、直流提升速度脉冲数据；所述ARM处理器，对智能墙面抹灰机器人与待粉刷墙面之间的距离数据进行数据滤波，对智能墙面抹灰机器人的运动轨迹进行插值计算，获得插值计算结果，得到提升速度和推进速度的对应关系；所述ARM处理器，对磁编码器的直流推进速度脉冲数据、直流提升速度脉冲数据、步进脉冲数据进行计数处理计算得到速度值，并将速度值与插值计算结果所对应的速度进行比较，再根据PID控制算法，得到推进速度控制信号、提升速度控制信号、旋转角度或位置控制信号；所述ARM处理器，接收测量撑紧电机电流量信号，若测量撑紧电机电流量信号大于所设定的阈值，则发出撑紧电机停止控制信号；若测量撑紧电机电流量信号小于所设定的阈值，则发出撑紧电机转动控制信号；所述直流推进电机调速模块，将ARM处理器产生的推进速度控制信号转换为直流推进电机的电压量信号，用于调整驱动直流推进电机控制智能墙面抹灰机器人抹灰板的前后推进速度，保证智能墙面抹灰机器人作业上下厚度的均匀性；所述直流提升电机控制模块，将ARM处理器产生的提升速度控制信号转化输出提升速度电压量信号，用于驱动直流提升电机做提升运动；所述步进电机角度控制模块，将ARM处理器产生的旋转角度控制信号转化为旋转角度电压量信号，进一步控制步进电机的旋转角度，使步进电机达到控制智能墙面抹灰机器人的抹灰板的旋转角度；所述直流撑紧电机控制模块，将撑紧电机停止、转动控制信号生成撑紧电平信号，用于驱动直流撑紧电机通断并做撑紧动作；所述电机电流反馈模块，利用霍尔效应原理将通过直流推进电机的大电流转化为0‑5V电压信号，滤波后送入ARM处理器内部进行模数转化，计算出通过直流推进电机的电流；通过撑紧电机的电流在直流撑紧电机控制模块中的功率芯片内部转化为电流信号，再通过电机电流反馈模块中的基准电阻进一步转化为电压信号，通过线性光耦送入ARM处理器内部进行模数转化，计算出通过撑紧电机的电流；所述人机交互模块与ARM处理器连接，用于控制ARM处理器对系统异常情况、急停处理，显示系统工作状态；所述人机交互模块配合限位开关接口模块，根据智能墙面抹灰机器人的运行情况，随时进行手动模式和自动模式的相互切换；将自动控制工作模式切换到手动控制工作模式，同时ARM处理器、直流提升电机控制模块、直流撑紧电机控制模块、步进电机控制模块、激光测距传感数据接收模块、电机电流反馈模块、磁编码器接口模块处于停止工作状态，智能墙面抹灰机器人完全由操作员控制；所述限位开关接口模块，用于采集限位开关动作状态，判断智能墙面抹灰机器人上升高度、抹灰板推进位置和旋转位置是否达到极限位置；所述人机交互模块的按键，对直流推进电机和直流提升电机进行手动控制，用于调整智能墙面抹灰机器人的位置状态或者处理重大异常情况；在手动模式下，利用人机交互模块的按键状态直接控制直流推进电机和直流撑紧电机工作，使得即使在ARM处理器以及外围模块损坏的情况下仍能将智能墙面抹灰机器人调整到安全位置。...

【技术特征摘要】
1.一种智能墙面抹灰机器人专用控制器，其特征在于，该控制器包括ARM处理器以及外围模块，其控制流程中包含自动工作模式和手动工作模式，所述外围模块包括电源模块，激光测距传感数据接收模块、直流推进电机调速模块、直流提升电机控制模块、直流撑紧电机控制模块、步进电机角度控制模块、电机电流反馈模块、磁编码器接口模块、限位开关接口模块、人机交互模块以及手自动切换电路；所述手自动切换电路分别与对应的电源模块、ARM处理器、外围模块连接，用于为ARM处理器、外围模块及直流推进电机、直流提升电机、直流撑紧电机、步进电机供电回路进行切换；所述ARM处理器分别与对应的激光测距传感数据接收模块、直流推进电机调速模块、直流提升电机控制模块、直流撑紧电机控制模块、步进电机角度控制模块、电机电流反馈模块、磁编码器接口模块、限位开关接口模块以及人机交互模块连接，其中：所述激光测距传感数据接收模块，用于接收并向ARM处理器发送激光测距传感器测量智能墙面抹灰机器人与待粉刷墙面之间的距离数据；所述磁编码器接口模块，用于发送直流推进电机、直流提升电机对应磁编码器的直流推进速度脉冲数据、直流提升速度脉冲数据；所述ARM处理器，对智能墙面抹灰机器人与待粉刷墙面之间的距离数据进行数据滤波，对智能墙面抹灰机器人的运动轨迹进行插值计算，获得插值计算结果，得到提升速度和推进速度的对应关系；所述ARM处理器，对磁编码器的直流推进速度脉冲数据、直流提升速度脉冲数据、步进脉冲数据进行计数处理计算得到速度值，并将速度值与插值计算结果所对应的速度进行比较，再根据PID控制算法，得到推进速度控制信号、提升速度控制信号、旋转角度或位置控制信号；所述ARM处理器，接收测量撑紧电机电流量信号，若测量撑紧电机电流量信号大于所设定的阈值，则发出撑紧电机停止控制信号；若测量撑紧电机电流量信号小于所设定的阈值，则发出撑紧电机转动控制信号；所述直流推进电机调速模块，将ARM处理器产生的推进速度控制信号转换为直流推进电机的电压量信号，用于调整驱动直流推进电机控制智能墙面抹灰机器人抹灰板的前后推进速度，保证智能墙面抹灰机器人作业上下厚度的均匀性；所述直流提升电机控制模块，将ARM处理器产生的提升速度控制信号转化输出提升速度电压量信号，用于驱动直流提升电机做提升运动；所述步进电机角度控制模块，将ARM处理器产生的旋转角度控制信号转化为旋转角度电压量信号，进一步控制步进电机的旋转角度，使步进电机达到控制智能墙面抹灰机器人的抹灰板的旋转角度；所述直流撑紧电机控制模块，将撑紧电机停止、转动控制信号生成撑紧电平信号，用于驱动直流撑紧电机通断并做撑紧动作；所述电机电流反馈模块，利用霍尔效应原理将通过直流推进电机的大电流转化为0-5V电压信号，滤波后送入ARM处理器内部进行模数转化，计算出通过直流推进电机的电流；通过撑紧电机的电流在直流撑紧电机控制模块中的功率芯片内部转化为电流信号，再通过电机电流反馈模块中的基准电阻进一步转化为电压信号，通过线性光耦送入ARM处理器内部进行模数转化，计算出通过撑紧电机的电流；所述人机交互模块与ARM处理器连接，用于控制ARM处理器对系统异常情况、急停处理，显示系统工作状态；所述人机交互模块配合限位开关接口模块，根据智能墙面抹灰机器人的运行情况，随时进行手动模式和自动模式的相互切换；将自动控制工作模式切换到手动控制工作模式，同时ARM处理器、直流提升电机控制模块、直流撑紧电机控制模块、步进电机控制模块、激光测距传感数据接收模块、电机电流反馈模块、磁编码器接口模块处于停止工作状态，智能墙面抹灰机器人完全由操作员控制；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李恩，梁自泽，龙腾，方灶军，谭民，汤盈忠，范俊峰，赵伟青，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，杭州瑞凯机电有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11