探伤机器人双侧同步控制系统的优化软件设计

探伤机器人双侧同步控制系统的软件主要功能是完成对硬件的控制以及对数据的处理，在机器人系统和双侧同步系统硬件搭建基础上，开发探伤机器人双侧同步控制系统相关程序。双侧同步控制系统软件主要包括：远程PC端程序、主机器人端程序、从机器人端程序、内外侧视觉定位程序、内外侧激光跟踪定位程序、焊缝识别程序等。

图9-38是探伤机器人双侧同步控制系统的程序组成，程序之间通过无线局域网连接通信。

远程计算机控制程序作为整个控制系统程序的中枢环节，实现对机器人和同步系统的远程控制，完成数据的接收、数据处理、执行指令的发送，并对当前环境进行远程监控；主、从机器人控制程序完成对主、从机器人的运动控制、运动模式切换、循迹数据处理等，接收远程机器人数据来控制机器人做相应运动调整；焊缝识别程序主要完成对焊缝的识别和路径提取，并发送路径偏角、偏距、标志信息给主机器人；内外两侧视觉定位程序基于图像识别和处理方法获取机器人位置图像，计算机器人坐标信息并发送给远程计算机；内外侧激光跟踪定位程序控制云台完成对机器人的跟踪，并返回当前云台的垂直升降角度、水平旋转角度、测距数据给远程计算机。内、外侧图像传输程序是对两侧机器人环境进行检测，实时发送环境视频给远程计算机。

图9-38　探伤机器人双侧同步控制系统程序组成

在程序通信方面，远程计算机为服务器端，其他程序都为客户端，远程计算机程序接收其他程序数据并返回命令。程序间通信采用15字节int型或float型数据，首位字节作为客户端ID，其他位是服务器端接收的各类相关数据，表9-2为各客户端ID。

表9-2　客户端程序ID

1.远程计算机软件设计

远程计算机完成对机器人控制、同步数据显示、坐标位置计算等工作，作为各客户机的服务器，是整个控制系统的软件中枢。远程计算机程序基于C++builder平台，实现双车控制、视觉定位、激光跟踪三部分的可视化操控，使用ServerSocket控件，建立服务器和客户机之间的无线通信。

（1）双车控制

双车控制部分实现远程计算机对机器人状态显示和远程操作，通过可视化界面、按钮、进度条、显示面板实时显示机器人的数据，并进行速度、模式的控制和调整。

图9-39为双车控制界面，主要包括：主机器人控制模块、从机器人控制模块、同步方式模块、PID参数调节模块、通讯数据模块等。

图9-39　远程计算机双车控制界面

表9-3是主车和从车主要的控制功能。主机器人作为主车，主车控制模块的主要功能包括：状态显示、控制方式、竖直调整、车身方向、数据存储、速度系数、补偿系数等。状态显示主要是指示灯状态显示，正常状态下为绿灯，当通讯异常或者机器人异常时会红灯报警；控制方式主要包括遥控或循迹，主车作为主机器人可以完成遥控运动或者自动循迹（对焊缝的跟踪）运行；竖直调整为机器人是否自动保持车身竖直，在自动调整状态下，机器人根据姿态传感器的数据自动调节车身倾角保持竖直状态；车身方向主要是选择机器人以横向或者纵向爬壁方式在壁面上运动；数据存储完成主车各类数据的保存工作，数据保存在目录下对应的txt和excel文档中；速度系数可以调节机器人速度快慢，范围0—100；补偿系数调节对机器人速度的补偿值，范围从0到20，为机器人提供向上的补偿速度。

表9-3　主、从车控制功能

从车作为跟随机器人，从车控制模块的主要功能包括状态显示、控制方式、竖直调整、车身方向、数据存储、速度系数、补偿系数、同步方式等。和主车区别之处在于从车的控制方式分为遥控和同步，同步方式分为视觉同步和激光跟踪。

PID参数调节模块主要实现对机器人速度PID快速调整；通讯数据模块把无线网发送和接收到的数据格式实时显示，主要包括：远程计算机发送给主车、从车的命令和数据，远程计算机接收主车、从车、双侧视觉同步系统、双侧激光跟踪定位系统的数据。(www.xing528.com)

（2）视觉定位

视觉定位部分完成对双侧视觉同步系统发送给远程计算机的数据进行处理和显示，根据前文介绍的双侧视觉定位位置计算方法，远程计算机对内外两侧探伤机器人位置坐标进行计算，得到从车相对于主车X向、Y向位置差值，控制从车完成对主车的位置的跟踪和同步。

图9-40为远程计算机视觉定位界面，当选择双侧视觉同步方式后指示器由红灯变为绿灯。双车位置数据显示分为文本和曲线显示，文本显示主要包括双侧的标记点1、标记点2、标记点3和主车、从车坐标。车体倾角显示主要是对主、从车倾角的实时记录和显示，坐标曲线显示包括主、从车X坐标对比曲线和主、从车Y坐标的对比曲线，以及双车坐标位置显示。

图9-40　远程计算机视觉定位界面

（3）激光跟踪

激光跟踪部分完成对双侧激光跟踪定位系统的数据处理和显示，结合前文介绍的双侧激光跟踪定位的原理和计算方法，根据云台的垂直升降角、水平旋转角、激光测距数据完成对双侧机器人坐标位置的计算，远程计算机控制从车对主车进行同步跟随，实现探伤机器人位置的跟踪与同步。

图9-41为远程计算机激光跟踪界面，当选择激光跟踪同步模式后，指示灯由红灯变为绿灯。文本显示为双车坐标信息，包括主车位置、从车位置、双车差值。车体倾角主要对双车倾角的记录和对比。跟踪曲线主要包括双侧云台的水平角度、垂直角度、测距数据显示和对比，并对主、从车X坐标和主、从车Y坐标计算后显示相关对比曲线。

图9-41　远程计算机激光跟踪界面

2.机器人控制软件设计

机器人控制软件分为主车控制软件和从车控制软件，由于功能上的差异，内外探伤机器人相关软件有所不同。双侧机器人接收远程计算机控制命令，主车完成遥控或者焊缝循迹运动，从车完成遥控或同步运动，并实时返回车体的倾角和状态数据。探伤机器人通过CAN通信向下位机控制卡发送相关控制命令。

图9-42　内、外侧机器人控制程序界面

图9-42为内外两侧机器人控制程序界面。当机器人和远程计算机建立通信后，指示灯由红灯变为绿灯。在遥控模式下，主、从车根据远程计算机命令进行运动调整。在同步模式下，主车根据焊缝路径信息进行循迹，从车对主车位置跟踪同步。显示部分对接收远程计算机的数据、控制卡和姿态传感器的CAN通信数据进行实时显示。

3.机器人双侧定位软件设计

机器人双侧定位软件主要实现对双侧机器人的识别和定位，图9-43（a）为双侧视觉定位软件，主要完成对双侧的标记点和机器人位置的确定，并计算出相对的像素位置；如图9-43（b）为双侧激光跟踪定位软件，主要通过云台跟踪，激光测量获取两侧机器人的相关位置信息。探伤机器人双侧同步定位软件通过无线和远程计算机通信，完成位置数据的实时发送。

图9-43　机器人双侧定位软件