分布式擦窗机器人控制系统设计.pdf

能二
分布式捺窗机器人控制系统设计
姜龙光',王巍
(1.海军装备部舰船办,北京100036;2.北京航空航天大学机器人研究所,北京100191)
Design of a Distributed Control System for a Glass Wall Cleaning Robot
JANG Longguang, WANG Wei
(1. Ships Office of Navy Equipment Department, Beijing 100036, China 2 Robotics Institute, Beihang University
Beijing 100191, China)
摘要:根据试验平台对开放性、实时性和可靠
Key words: glass wall cleaning robot; distribu-
性的需求,为“蓝天洁士-4”型擦窗机器人设计了分 ted system;RTOS;pCOS-Ⅱ
布式控制系统。系统以ARM徹控制器和AVR单
片机组成的上下位机构成机器人本体控制器,以PC
机构成机器人监控和规划器。为了兼顾系统的安0引言
全性和开放性,在机器人本体控制器的上位机中采
擦窗机器人是一类工作于危险环境下的服务
用了基于pC/OS-Ⅱ的RTOS作为开发平台,在机器人,其控制系统要求具有高可靠性、实时性和
PC机上利用动态链接库封装机器人底层动作和信可干预等特点。因此,现有的擦窗机器人产品多采
息查询指今。给出了多任务系统的任务划分规则,用集中控制方式,核心控制器多采用工业级控制器
利用多线程实现了监控软件,分析了动作线程和查PLC,控制程序针对特定作业对象预编程1。
询线程的工作流程。
随着以ARM为核心的微控制器的快速发展,
关键词:擦窗机器人;分布式系统;实时操作系采用实时多任务操作系统(RTOS)的嵌入式控制系
统;C/OS-Ⅱ
统,在工业控制和民用产品中得到了广泛应用,其
中图分类号:TP242
可靠性和实时性已得到工业控制领域的认可。
文献标识码:A
结合“蓝天洁士-4”型擦窗机器人,设计了一种
文章编号:1001-2257(2014)07-0068-04
以ARM微控制器为上位机,基于RTOS的分布式
Abstract: To fulfill the demand for openness,擦窗机器人控制系统
real time and reliability, this paper designed a dis
tributed control system for a glass wall cleaning
控制对象
robot"Skycleaner IV. The onboard controller o
“蓝天洁士-4”型擦窗机器人系统如图1所示。
the robot was consisted of an up controller based“蓝天洁士-4”机器人是整个系统的核心,它能在幕
on ARM micro- controller and two bottom con墙上沿垂直(Y)和水平(X)2个方向行走,完成清
trollers based on AVR micro-controllers. The in-
terface and planning software was designed on a
顶部吊挂裝置
PC. For the safety and openness, the software in
the up controller was running on a RTOS-UC/OS
蓝天洁士
II, and the robot actions were packaged in a DDL
机器人支架
running on the PC. The paper presented the rule
of the multi tasks distribution, the method of con-
支援小车
structing a intertace and planner based on multi
thread
幕墙
收稿日期:2014-01-06
图1“蓝天洁士-4”型擦窗机器人系统
68
《机械与电子》2014(7)
分布式擦窗机器人挖制系统设计
洗工作。“蓝天洁士-4”自带安全保护单元,通过钢发送和信息反馈等任务。下位机有2个独立的控制
丝绳与幕墙顶部的轨道小车连接。正常行走时,钢器1,2,分别实现X,Y气缸的伺服控制。其中Y气
丝绳跟随机器人运动;机器人意外脱离壁面时,钢缸控制器还控制气动马达协调动作。上/下位机之
丝绳将吊挂机器人,防止机器人跌落。支援小车为间通过RS232串口通讯。上/下位机各留有一定的
机器人提供电、气、水,回收污水并完成水的净化循模拟输入口、数字输入口、开关量输出口和高速脉
环。支援小车上安装有平板电脑PC。该电脑完成冲输出口,以方便后续功能的扩展。
机器人运动规划,同时为操作人员提供监控机器人
机器人与PC机之间有独立的无线视频传输通
的人机界面。保护单元安装于幕墙顶端,通过轨道道,可以将机器人摄像头采集到的图像传送到内置
小车和钢丝绳与机器人连接,实现对机器人的跟随于PC机的图像采集卡,供监控程序使用。
运动和安全保护。机器人支架是机器人脱离壁面2.2软件结构和实现
后的固定和存放设备,它能使机器人保持垂直状
全系统控制软件总体构架采用如图2所示的分
态,方便机器人从脱离状态吸附到壁面。
布式结构,各部分功能和特点如下:
与本文相关的控制系统包括机器人本体控制
a。监控程序。程序运行于支援小车的PC上,
器和支授小车上作为人机界面和规划器的PC机。
负责全局信息和人工指令综合、任务规划、任务分
其中,机器人本体控制器所面对的输出驱动对象和
发、TCP/IP通讯、串口通讯和界面更新等任务。该
输人传感器如表1所示。
程序建立在封装了基本动作调用和信息查询函数
表1机器人本体控制对象
的动态链接库上。各动作调用通过事件相互协调,
项目
名称
类型数量
用途
在保证动作规划安全的前提下各函数对用户完全
真空吸附和破坏、抬放腿
普通
开放。
输出量电磁开关量19和刷子、腰关节旋转、启动马
达驱动、电源通断
b.支授单元程序。负责地面支援小车上各执
高速
PWM
行元件的控制、与监控器之间的串口通讯和小车信
开关阀脉冲
8X/Y定位控制
息回馈等任务,其硬件载体为地面支援小车上
各气缸限位检测和应急信
限位开关数字量24
的PLC。
号检测
「监控器(PC
光电开关数字量2边界检测
编码器脉冲
位置伺服
视觉使感
输入量光电测
一全局管息获映
模拟量4障碍检测
距传感器
外後)で工地令联取)(任?划)面更
拉力传感器模拟量
钢丝绳拉力测定
务下发
倾角传感器脉冲1倾角测定
任线
cPの通任务)
此外,根据系统作为试验平台使用的特点,还
ーーー,ニーーー<