袁丽娟 于玲

摘要：为提高管道机器人行走的稳定性，并提高管道机器人的实时处理能力，本论文提出了基于STM32F745+LM629的全新双核控制模式。四轮管道机器人控制器以LM629为处理核心，把STM32F745从复杂的工作当中解脱出来，实现部分的信号处理算法和LM629的控制逻辑，并响应中断，实现数据通信和存储实时信号。

关键词：管道机器人;伺服;陀螺仪

中图分类号：TM301    文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）27-0139-04

Abstract： In order to improve the walking stability and the real-time processing ability of pipeline robot， a new dual core controller based on stm32f745 + LM629 is proposed in this paper. With LM629 as the processing core， the controller of the four-wheel pipeline robot can free stm32f745 from the complicated work， realizes part of the signal processing algorithm and LM629 control logic， and responds to the interrupt to realize data communication and real-time signal storage.

Key words： pipeline robot; servo; gyro

1 引言

管道機器人是一种携带多种智能传感器，并且可以沿着管道内部自主行走，在总控条件下完成一系列管道内工作的机电一体的自动化系统[1-3]。

管道机器人的研究开始于20世纪40年代，国外管道机器人技术于90年代初得到了迅猛发展，并制造了多种研发样机，取得了大量的研究成果[4-6]。管道机器人的使用，不仅可以提高管道清理的效率，而且对于改善劳动条件，减轻劳动强度，提高作业效率，降低作业成本，保障人身安全都有着十分重要的意义。

管道机器人算法是机器人的灵魂，管道机器人必须采用一定的人工智能算法才能准确地从管道一点到达管道另外一点，整个过程中，只有多种人智能算法的参与，才能保证管道机器人自主行走，实现点对点的巡检，运动过程中又必须实时传输图像采集和温度采集结果[7-8]。

微处理器是管道巡检机器人的核心部分，是巡检机器人的大脑，管道内的温度、烟雾、位置信息和电机状态信息等都需要经过微处理器处理并做出相应的判断。

国内对管道机器人的研究只是刚刚起步，受主控器影响，处理速度较慢，稳定性较差，均处于实验室样机设计阶段，离大规模使用具有一定的距离。

本论文为了解决上述问题，研发了一种基于STM32F745+LM629双核控制的四轮驱动管道巡检机器人，依靠其携带的温度采集系统、图像采集系统和无线传输装置，自主在管道中导航，并实现电缆巡检，发现问题及时上报总站处理器。

2 基于STM32F745+LM629四轮管道机器人

STM32F745是STMicroelectronics 所生产的全新STM32F7 MCU系列产品，是全球第一个量产且拥有32位元ARM Cortex-M7处理器的微控制器。Cortex-M7是Cortex-M系列产品中最新推出且效能最高的处理器核心，STM32F745 配备拥有浮点运算单位及DSP扩充功能的Cortex-M7核心，运算速度最高 216MHz。STM32F745将ARM Cortex-M7效能超越早期核心（譬如Cortex-M4）的优势运用到极致，效能达到将近DSP 两倍，使此 MCU 非常适合用于要求高速或多通道电机控制之应用。

LM629是National semiconductor生产的一款专用于精密运动控制的PWM芯片，具有多种管脚和多种封装，在LM629芯片内部集成了数字式运动控制的全部功能，使得实现一个精准、快速的伺服控制系统的任务变得轻松、容易，LM629相对于其他芯片具有以下特性：工作频率为6MHz和8MHz，工作温度范围为-40℃～+85℃ ，使用5V电源;32位的位置、速度和加速度存器;8位分辨率的PWM脉宽调制输出;16位可编程数字PID控制器;内部的梯形速度发生器;该芯片可实时修改速度、目标位置和PID控制参数;实时可编程中断;可编程微分项采样间隔;对增量码盘信号进行四倍频;可设置于速度或位置伺服两种工作状态。上述特点使得LM629特别适合应用于四轮驱动管道机器人伺服运动控制中。

在吸收国外管道机器人先进设计思想的基础上，本文在STM32F745的管道机器人运动控制器基础上引入伺服驱动器LM629，控制器以LM629为伺服控制处理核心，实现管道机器人快速行走时时四周轴伺服电机同步信号的实时处理，论文设计的控制器原理框图如图1所示：其中的电机X通过齿轮控制左边的两运动轮，电机Y通过齿轮控制右边的两运动轮，形成新型两轴四轮管道机器人。

3 四轮管道机器人导航原理

为了能够精确导引管道机器人自动进入检测区域， 本发明采用两套传感器导航模式（磁导航+激光导航），所发明的管道机器人二维结构如图2所示。

为了精确判断管道的损害位置，本四轮机器人采用双导航模式：磁导航传感器M1时刻检测管道中的导航磁条，并依此传感器作为短距离范围的第一导航判据，当导航磁条不存在或导航偏离距离较大时，激光位移传感器器LSF开始作用，激光雷达判断前进方向与左右管壁的距离以及一些特征标志物，为管道机器人长距离直线运动提供导航依据并修正现有的距离误差，并为管道机器人前进障碍物的判别提供依据以及停车做判据。