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煤矿巡检机器人控制系统设计

蔡治华 周东旭 赵明辉

蔡治华,周东旭,赵明辉. 煤矿巡检机器人控制系统设计[J]. 工矿自动化,2022,48(5):112-117.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021120034
引用本文: 蔡治华,周东旭,赵明辉. 煤矿巡检机器人控制系统设计[J]. 工矿自动化,2022,48(5):112-117.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021120034
CAI Zhihua, ZHOU Dongxu, ZHAO Minghui. Design of coal mine inspection robot control system[J]. Journal of Mine Automation,2022,48(5):112-117.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021120034
Citation: CAI Zhihua, ZHOU Dongxu, ZHAO Minghui. Design of coal mine inspection robot control system[J]. Journal of Mine Automation,2022,48(5):112-117.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021120034

煤矿巡检机器人控制系统设计

doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021120034
基金项目: 中煤科工集团上海有限公司科研开发项目(2205817)。
详细信息
    作者简介:

    蔡治华(1998—),女,安徽六安人,硕士研究生,主要研究方向为矿山机器人技术与装备,E-mail:chelseacai924@163.com

  • 中图分类号: TD403

Design of coal mine inspection robot control system

  • 摘要: 针对传统煤矿巡检机器人控制系统多采用裸机程序进行控制,导致实时性差、数据易丢失等问题,设计了一种基于QT和RT−Thread的煤矿巡检机器人控制系统。该系统按照功能划分为上位机−人机交互控制台和下位机−微控制器2个部分。利用QT软件开发了巡检机器人控制系统上位机,为用户提供人机交互界面,完成对巡检机器人的远程控制,显示传感器数据与报警记录,提升了人机交互性能;利用RT−Thread实时操作系统开发了巡检机器人控制系统下位机,通过线程调度器以时间片轮转方式调度传感器数据采集、以太网通信、雷达信号处理、指示灯报警等线程任务,实现了机器人自动巡检过程中多线程任务之间的宏观并行,提高了控制系统实时性;在控制系统中设计环形队列数据缓冲区,解决上下位机之间运行时钟不同步引起的数据丢失问题,并通过引入内核对象信号量对环形队列数据缓冲区进行优化,解决线程任务间的资源互斥问题,实现上下位机之间数据长时间稳定、可靠传输。测试结果表明,该系统线程切换延迟时间平均值为1.08 μs,在数据传输周期为100 ms时的数据丢失率仅为0.06%,具有很高的实时性,且线程切换过程稳定性好,保证了大量数据快速传输时的可靠性。

     

  • 图  1  煤矿巡检机器人控制系统总体结构

    Figure  1.  General structure of mine inspection robot control system

    图  2  煤矿巡检机器人控制系统下位机硬件结构

    Figure  2.  Hardware structure of lower computer of coal mine inspection robot control system

    图  3  煤矿巡检机器人控制系统上位机界面

    Figure  3.  Interface of upper computer of coal mine inspection robot control system

    图  4  煤矿巡检机器人自动巡检流程

    Figure  4.  Automatic inspection process of coal mine inspection robot

    图  5  线程任务启动流程

    Figure  5.  Thread task start process

    图  6  环形队列数据缓冲区结构

    Figure  6.  Circular queue data buffer structure

    图  7  环形队列数据缓冲区模型

    Figure  7.  Circular queue data buffer model

    图  8  环形队列数据缓冲区优化模型

    Figure  8.  Circular queue buffer optimization model

    图  9  巡检机器人实验平台

    Figure  9.  Inspection robot experimental platform

    图  10  线程切换延迟时间测试结果

    Figure  10.  Thread switching delay time test results

    表  1  数据传输测试结果

    Table  1.   Data transmission test results

    系统数据传输周期/ms发送字节个数接收字节个数
    本文控制系统500247 200246 000
    1001 129 0001 128 319
    传统控制系统500246 820240 800
    1001 128 7301 101 200
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-09
  • 修回日期:  2022-05-13
  • 网络出版日期:  2022-04-18

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