欢迎来到工业设备清洗全产业链平台-极速大发排列5    客服热线:400-0530-897

苏州中央空调管道清洗机器人设计【极速大发排列5】

2019-12-06

摘要:在中央空调管道机器人的机械结构设计基础上,重点研究基于单片机控制的中央空调管道清洗机器人开放式控制系统,完成了清洗机器人的控制策略和控制系统软/硬件结构的实现。该机器人结构简单,控制灵活,系统工作稳定,为中央空调管道远程监控自动清洗技术的进一步研究提供了平台。

关键词:中央空调管道清洗

0、引言

随着社会经济的发展,中央空调在国内外的使用率越来越高。然而不洁净的空调送风会对人体健康带来不利影响,使人经常感觉胸闷气短、浑身乏力和抵抗力下降,甚至诱发许多严重的疾病,包括:哮喘、过敏、皮疹和肺结核等。由于集中空调是依靠风道及出风口将处理后的空气送入房间,风道属密闭空间,而室外空气中各类悬浮颗粒物不能完全被空调过滤装置所阻隔,微细灰尘便会进入风道黏附在风道内壁上,加之大多数风道狭小,日积月累便形成大量积尘,诱发细菌滋生,传染疾病。同时空调管道内的积尘使风力受阻,增大了风机负载,使机组工作能力下降、设备寿命降低和能源消耗增加。由于管道结构的原因,人工清洗困难,劳动量大,工作效率低,容易留死角,清理产生的粉尘危害人体健康。管道清洁机器人是可以替代人工成功解决空调通风管道清洁的有效途径。因此,笔者设计了一个中央空调管道清洗机器人,并对实现该系统的关键技术进行了详细的讨论,主要包括管道清洗装置,实现管壁内侧积尘打落,检测监控系统,检测监控管道内污染实际状况。

1、清洗机器人的机械设计

笔者设计的中央空调管道清洗机器人结构,采用电动机驱动清扫刷对管道臂进行清扫,改变清扫刷电动机的旋转方向,可以适应不同内壁的清扫;移动小车驱动机器人至管道内的不同位置进行清扫;利用升降电动机、丝杆副和支撑臂组成的清扫臂起落机构调整清扫臂的前倾角度,从而改变清扫高度,适应不同截面的管道;更换小连杆来改变清扫臂的长度,从而改变清扫刷高度,以适应不同截面的管道;利用超声波探头来探测车体前方是否有障碍物,来判断是否需要转弯避障;利用摄像头可将管道内部的清扫臂工作状况在PC机上进行显示或存储,便于外部观看和监控。

2、控制系统硬件设计

笔者设计的中央空调管道清洗机器人的控制系统为开放式设计,既可以应用单片机,也可以应用可编程控制器(PLC)控制和计算机控制。本文主要探讨基于STC89C52单片机的控制系统设计。控制系统设计的基本思路为:接受来自串口上位PC机的控制信息,通过控制驱动行走小车的直流减速电动机使小车在管道中行进,控制升降电动机驱动丝杆副拉动支撑臂,带动清扫臂升降,控制电动机驱动清洗刷旋转清扫管道内壁。

2.1移动小车的控制

移动小车在清洗过程中要克服较大的阻力和电缆重量,故采用四轮、四半轴单独驱动机构。四个直流减速电动机双侧布置,分别驱动左右两轮,使小车的回转半径达到最小,有利于在狭小的管道内作业。左侧两个电动机为M1和M2,右侧两个电动机为M3和M4。当两侧电动机转向相同时,小车直线前进或后退;当两侧电动机转向相反时,小车原地转弯。单片机的P10~P13口控制直流电动机驱动芯片L298,L298驱动电动机M1、M2;单片机的P20~P23口控制另一芯片L298来驱动电动机M3、M4。机器人测速元件为两个0620型霍尔元件HR1和HR2,HR1和HR2分别测量移动小车前端两驱动轮的速度。当安装在两驱动轮上的永磁铁靠近霍尔元件时就产生一个脉冲,信号分别通过T0和T1口传输到单片机中,单片机分别通过T0和T1记录外部脉数,从而计算出两驱动轮的转速。单片机根据车体运动控制的需要调整机器人行走的速度及转向。

2.2清洗臂举升的控制

单片机的P14和P15口控制直流电动机的驱动芯片L298,由L298来控制电动机M5,由直流电动机M5带动升降平台的丝杠运动。当单片机按照驱动芯片L298工作逻辑要求发送控制信号使电动机M5正/反转时,清扫臂举起或降落以适应不同的管道截面要求。限位开关S1、S2构成清扫臂升降限位检测电路。限位开关S1、S2分别检测丝杠副中螺母是否移到丝杠的最前端或最后端,从而检测清扫臂是否升到最高或降到最低的位置。当清扫臂举起到最高位置时,S1将检测信号经P36口输入到单片机,单片机控制升降驱动电动机停止运动,使清扫臂停止举升。当清扫臂降到最低位置时,S2将检测信号经P37口输入到单片机,单片机控制升降驱动电动机停止运动,使清扫臂停止下降。

2.3清扫刷的控制

清扫臂顶端同轴安装有M6、M7两个直流电动机分别驱动两个清扫刷旋转来清扫管道内壁。单片机的P17口控制继电器,由继电器控制电动机M6和M7。

2.4超声波避障系统

机器人前进过程中,单片机P32口输出的40kHz方波信号送入超声波发射电路,通过发射电路不断发出频率为40kHz的超声波。机器人前方若无障碍物,超声波探测头B未收到信号,机器人继续向前行走。机器人前方若有障碍物,超声波探测头B接收到超声波发射探头T发出的超声波反射回来的信号,经超声波接收电路处理后输入单片机的P33口,经计算机运行发出指令控制电动机M1~M4运动,使机器人绕过障碍物继续行走或停止运动。

2.5视频及照明控制

机器人在清洗风管作业前先要对通风管道内部进行探测。清洗完成后,利用机器人自身携带的摄像机拍摄管道清洗后的情况,作为清洗效果评定依据。摄像头安装在机器人的后部以增加监控的视野范围,摄像头通过USB接口与PC机相连。机器人在全黑的管道环境内工作,必须加装辅助的照明设备。机器人前端安装LED照明灯,使用寿命长,发热低,安全性好。单片机根据照明的需要经P16口通过继电器来控制两LED灯的开关。

3、上位机控制系统设计

清洗机器人的单片机控制系统通过RS485接口与上位机联机通讯并接受远程控制。上位机控制系统以VB60为开发工具,工作界面如图7所示,其主要控制模块有方向控制功能,通过前进、后退、左转和右转控制移动小车运动方向;清扫臂升降距离设定功能,通过设定上升距离或下降距离来控制清扫臂升降距离;运动速度设定功能,控制小车运行速度;路径选择功能,可以设定小车运行路径和距离;录像启/停控制功能,控制清洗过程的视频监控,添加摄像头捕获控件进行视频采集和录制等;工作记录功能,记录操作者、工作时间和场地等工作信息;维护信息记录功能,存储维护时间和故障类型等维护信息。

4、结语

本文在设计中央空调管道清洗机器人的管道清洗装置的基础上,重点研究了基于单片机的开放式控制系统设计的关键技术。设计的机械结构行走能力强,减少转弯半径,能够适应不同口径的管道作业要求。基于单片机的开放式控制系统满足远程操纵实时性的要求,可以监控机器人工作的状态与视频信号及其他机器人的相关工作。完成了移动小车、清洗臂、清洁刷超声波测距及视频监控等工作任务。


//