專利名稱:高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控螺帽破除工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于高壓帶電作業(yè)電動(dòng)工具領(lǐng)域,特別涉及一種聲控發(fā)送、接收無(wú)線信號(hào)并進(jìn)行電機(jī)電流閉環(huán)控制,以便控制高壓帶電作業(yè)機(jī)器人配電線路專用螺帽破除工具的剪切速度和力矩的高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控螺帽破除工具。
背景技術(shù):
隨著帶電作業(yè)行業(yè)的快速發(fā)展,為了減輕帶電作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、減小強(qiáng)電磁場(chǎng)對(duì)操作人員的人身傷害,包括我國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家已經(jīng)開(kāi)展了帶電作業(yè)機(jī)器人的研究,但并未同時(shí)對(duì)機(jī)器人配合使用的作業(yè)工具進(jìn)行深入研究與開(kāi)發(fā)。帶電作業(yè)中的多項(xiàng)作業(yè)內(nèi)容都涉及到對(duì)銹蝕螺帽的拆卸,螺帽破除工具也已成為高壓帶電作業(yè)機(jī)器人的專用作業(yè)工具之一。螺帽破除工具,現(xiàn)有液壓驅(qū)動(dòng)式、電動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)式、電機(jī)驅(qū)動(dòng)式等多種類型,但均為人與工件近距離、人工手持操作的類型,不適應(yīng)高壓帶電作業(yè)機(jī)器人操作。并且,在目前高壓帶電作業(yè)機(jī)器人應(yīng)用中,主要采用主從式作業(yè)機(jī)器人,工作人員雙手操縱機(jī)器人的主手,已經(jīng)不方便再使用機(jī)械動(dòng)作驅(qū)動(dòng)機(jī)器人來(lái)完成作業(yè)工具的開(kāi)啟和關(guān)閉。因此為高壓帶電作業(yè)機(jī)器人提供的螺帽破除工具必須具有以下特點(diǎn)適用機(jī)器人操作、可適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)高壓作業(yè)環(huán)境、可解放工作人員雙手并且可遠(yuǎn)程控制、操作方便和可靠。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn),申請(qǐng)?zhí)枮?2135135. X名稱為“高壓帶電作業(yè)機(jī)器人裝置”的專利、申請(qǐng)?zhí)枮?2267831. X名稱為“機(jī)器人高壓帶電作業(yè)裝置”的專利、《電力系統(tǒng)自動(dòng)化》2003年23卷第7期《高壓帶電作業(yè)機(jī)器人的研制》、《供用電》2005年22卷第3期《輸配電系統(tǒng)帶電作業(yè)機(jī)器人技術(shù)》、《上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)》2005第06期《DWR-I遙操作高壓帶電作業(yè)機(jī)器人》,都提出可采用機(jī)器人進(jìn)行帶電作業(yè),也簡(jiǎn)單指出機(jī)器人可利用所夾持專用工具完成高壓帶電作業(yè),但未能再對(duì)專用工具進(jìn)行具體、深入地研究及探索,更未能提供一種實(shí)施方案用于對(duì)銹蝕螺帽進(jìn)行拆卸,高壓帶電作業(yè)機(jī)器人無(wú)法充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì),更無(wú)法拓展新領(lǐng)域、新應(yīng)用?!段⒂?jì)算機(jī)信息》2010第32期《高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用遙控剝皮器的研制》、《制造業(yè)自動(dòng)化》2011第07期《高壓帶電作業(yè)機(jī)器人自動(dòng)剝皮器的研制》、《制造業(yè)自動(dòng)化》2010第08期《高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用遙控電動(dòng)扳手的研制》,提供了高壓帶電作業(yè)機(jī)器人利用專用剝皮器、專用電動(dòng)扳手完成帶電操作的方案或裝置,但技術(shù)應(yīng)用范圍專一,為單一工序的專用技術(shù)方案,且其提出的遙控技術(shù)為手工按壓按鈕,手動(dòng)完成遙控操作,無(wú)意達(dá)到具有可解放工作人員雙手的特性,無(wú)法滿足提供一種適用于高壓帶電作業(yè)機(jī)器人、可遠(yuǎn)程遙控,用于破除銹蝕螺帽的裝置和技術(shù)方案。申請(qǐng)?zhí)枮?00920310723.6名稱為“液壓式螺母劈開(kāi)器”的專利、申請(qǐng)?zhí)枮?9235089. 1200920310723. 6名稱為“銹死螺母切割鉗”的專利,都提供了一種螺帽破除的工具裝置,但均為人工手持操作的類型,不適應(yīng)高壓帶電作業(yè)機(jī)器人操作。由此可見(jiàn),現(xiàn)有應(yīng)用技術(shù)中仍沒(méi)有一種工具裝置來(lái)滿足高壓帶電作業(yè)機(jī)器人破除螺帽的需要,高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用工具仍存在較大的技術(shù)缺失,此種現(xiàn)狀已經(jīng)嚴(yán)重制約著帶電作業(yè)機(jī)器人在電網(wǎng)中的實(shí)際應(yīng)用和推廣。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決下述問(wèn)題,提供一種高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控螺帽破除工具??刂破鞑捎脽o(wú)線遙控的方式,聲控總成以ATMEGA128單片機(jī)作為主控制器,電源模塊具有過(guò)壓、過(guò)流、低壓、防反接保護(hù)功能,選用驅(qū)動(dòng)電流大的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊,采用電流反饋保護(hù)方法,可以對(duì)高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控螺帽破除工具進(jìn)行剪切速度和力矩控制。這種螺帽破除工具通過(guò)聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,自動(dòng)化程度高、作業(yè)效率高、操作安全、可靠,適合高壓帶電機(jī)器人對(duì)破除銹蝕螺帽作業(yè)任務(wù)的要求。為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控螺帽破除工具,它主要由螺帽破除工具主體、聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器和聲控總成組成;其中所述螺帽破除工具包括主殼體,在主殼體內(nèi)設(shè)有電液壓裝置,電液壓裝置與工作頭連接;在主殼體后部設(shè)有聲控總成,聲控總成與聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器通信,聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器接收聲控信號(hào)后,通過(guò)聲控總成控制電壓液壓裝置,電液壓裝置控制工作頭完成破除工作;所述聲控總成包括盒體,在盒體上設(shè)有指示燈、天線,天線與無(wú)線接收器連接,無(wú)線接收器與微控制器連接,微控制器與光隔離電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及電機(jī)連接,電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路還通過(guò)電流反饋電路與微控制器構(gòu)成閉環(huán)連接;微控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路分別與電源連接;所述電流反饋電路包括電流傳感器、運(yùn)算放大器、比較器,電流傳感器采集電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的電流,送入運(yùn)算放大器,放大后的信號(hào)送入比較器,微控制器處理后控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路為PWM功率驅(qū)動(dòng)裝置,微控制器通過(guò)設(shè)置內(nèi)部寄存器調(diào)整脈沖占空比來(lái)調(diào)整平均電壓,向PWMO 口傳遞速度控制信號(hào);通過(guò)輸出高低電平,向DIR 口傳遞電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向信號(hào);PWM0信號(hào)通過(guò)光隔離U4輸入到三極管Q2基集,經(jīng)過(guò)一級(jí)放大驅(qū)動(dòng)大功率MOS管Q4門極,驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn);DIR信號(hào)經(jīng)過(guò)光隔離U5輸入到三極管Q3控制繼電器7、8腳的上電掉電,來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。所述聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器包括聲音接收模塊,它與DSP連接,DSP依次與編碼芯片、載波振蕩電路和無(wú)線放大發(fā)射電路連接,DSP還與狀態(tài)指示單元以及電源連接。所述聲音接收模塊,包括主話筒、參考話筒、模擬放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路;主話筒、參考話筒與模擬放大電路相連,模擬放大電路與濾波電路相連,濾波電路與A/D轉(zhuǎn)換電路相連,A/D轉(zhuǎn)換電路與DSP相連。所述電液壓裝置包括電機(jī)、油箱、油泵、油缸、機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)、工作頭、泄壓裝置、電源,電機(jī)、油泵、油缸卡裝在主殼體內(nèi)腔中,通過(guò)主殼體左右兩片對(duì)裝完成固定;電機(jī)與油泵同軸,油泵分別通過(guò)單向閥與油箱、油缸聯(lián)通,油缸通過(guò)泄壓裝置與油箱聯(lián)通;油缸的柱塞與工作頭通過(guò)推桿聯(lián)接,為可拆卸聯(lián)接。所述螺帽破除工具主體設(shè)計(jì)有機(jī)械手泄壓裝置,包括搖臂、拉桿、壓簧、盒體、盒 蓋、壓塊,搖臂端部為凸輪結(jié)構(gòu),搖臂繞中心轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),搖臂與盒體邊緣距離變大,拉桿與盒體相對(duì)運(yùn)動(dòng),拉桿帶動(dòng)壓塊按壓泄壓開(kāi)關(guān),當(dāng)松開(kāi)搖臂,在壓縮彈簧作用下,搖臂復(fù)位,同時(shí)搖臂推動(dòng)拉桿和壓塊復(fù)位。所述主殼體上部設(shè)有機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu),它包括聯(lián)接支架和接合支架,聯(lián)接支架與螺帽破除工具主體固定聯(lián)接,接合支架的聯(lián)接板正反兩面分別為弧形凸塊設(shè)計(jì)和凹槽,用于與機(jī)械手自動(dòng)配合。所述盒體包括高導(dǎo)磁材料外殼,在外殼內(nèi)設(shè)有風(fēng)扇與風(fēng)扇導(dǎo)風(fēng)口,風(fēng)扇導(dǎo)風(fēng)口處布置金屬絲網(wǎng),外殼的出線口布置導(dǎo)電橡膠,同時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)屏蔽電纜與電機(jī)相連,電源地線與螺帽破除工 具主體相連。本發(fā)明的機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)與作業(yè)機(jī)器人機(jī)械手定位接合后,聲控啟動(dòng)電機(jī),電機(jī)帶動(dòng)油泵工作,形成的高壓油推動(dòng)油缸柱塞,刀頭在柱塞推動(dòng)下完成破碎動(dòng)作。所述DSP采用功能強(qiáng)大的TMS320C5535,編碼芯片采用PT2262,微控制器采用ATMEGA128 芯片。當(dāng)電壓在0-42KV范圍內(nèi)升壓、降壓和維持,高壓帶電作業(yè)機(jī)器人聲控螺帽破除工具遙控器、穩(wěn)壓芯片、無(wú)線接收模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、單片機(jī)等部件運(yùn)行正常,各項(xiàng)檢測(cè)功能工作正常。電機(jī)采用永磁直流電動(dòng)機(jī),符合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,啟動(dòng)電流小、效率高的要求;電機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)器部分控制轉(zhuǎn)速和扭矩,利用塑料殼體上的定位槽裝配在主殼體內(nèi)腔中。油箱為軟質(zhì)油箱,采用耐油橡膠加工,適合小型液壓工具的設(shè)計(jì)要求。油泵采用單作用變量葉片泵設(shè)計(jì),充分利用了變量葉片泵徑向液壓力平衡、流量逐漸減小的特點(diǎn);隨著工作頭壓力增加,流量逐漸減小,工作頭破除速度逐漸減小,有效減少螺桿損傷。油缸采用柱塞式液壓缸設(shè)計(jì),為單作用式液壓缸,內(nèi)部設(shè)計(jì)回位壓簧,用于油泵泄壓后,柱塞復(fù)位。機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)包括聯(lián)接支架和接合支架。聯(lián)接支架與螺帽破除工具主體固定聯(lián)接,接合支架的聯(lián)接板正反兩面分別為弧形凸塊設(shè)計(jì)和凹槽設(shè)計(jì),用于與機(jī)械手自動(dòng)配合。工作頭包括刀頭和刀架。刀頭的刀刃為鈍角,刀身設(shè)計(jì)限位柱;刀架設(shè)計(jì)滑槽和聯(lián)接孔,刀頭限位柱在滑槽中滑動(dòng),通過(guò)銷軸與螺帽破除工具主體聯(lián)接。主殼體采用PA+PBT合成塑料,兼顧韌性和強(qiáng)度要求,為行業(yè)內(nèi)通用高強(qiáng)度工程塑料,內(nèi)部設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋,拐角大弧度過(guò)度,減小重量以方便機(jī)械手的高空作業(yè)特點(diǎn)。泄壓裝置包括搖臂、拉桿、壓簧、盒體、盒蓋、壓塊組成,為凸輪拉桿結(jié)構(gòu)。搖臂與拉桿聯(lián)接中心孔與盒體邊緣距離的變化形成壓塊的行程,壓簧使搖臂在極限位置可自動(dòng)回位。電源為鎳氫充電電池(NI-MH),重量輕、壽命長(zhǎng),電池外殼與主殼體雙重卡扣設(shè)計(jì),防止高空墜落可能。聲音接收模塊和狀態(tài)指示單元,它用來(lái)完成人機(jī)交互的工作,包括電機(jī)速度、電機(jī)方向和電機(jī)扭矩的控制。聲音接收模塊包括話筒、模擬放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路,話筒用來(lái)接收操作者速度、方向指令,微弱信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬放大電路放大后,并經(jīng)過(guò)濾波電路處理,輸入到A/D轉(zhuǎn)換電路。A/D轉(zhuǎn)換采用高速低功耗轉(zhuǎn)換芯片AD7262,最高采樣速度可達(dá)IMS/s。具有兩路差分信號(hào)輸入,轉(zhuǎn)換精度12位。DSP,用來(lái)接收聲音接收模塊的信號(hào),并進(jìn)行自適應(yīng)語(yǔ)音降噪算法處理,輸出有用信號(hào)給無(wú)線驅(qū)動(dòng)單元。 無(wú)線驅(qū)動(dòng)單元負(fù)責(zé)射頻信號(hào)的發(fā)射,調(diào)制編碼信號(hào)電路輸出端經(jīng)過(guò)載波振蕩電路和無(wú)線放大發(fā)射電路輸出調(diào)制載波編碼信號(hào)。編碼芯片負(fù)責(zé)射頻部分的調(diào)制編碼信號(hào)處理,以及對(duì)DSP的輸入處理以及狀態(tài)的輸出指示。狀態(tài)指示單元完成信號(hào)發(fā)送狀態(tài)的指示。無(wú)線接收器,用于接收來(lái)自遙控器的無(wú)線信號(hào),并進(jìn)行解碼處理,輸出到微控制器;微控制器,用來(lái)接收來(lái)自無(wú)線接收器或其他部分的信息并進(jìn)行判斷和處理;光隔離電路,它連接至微控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,用于接收微控制器的輸出控制
信號(hào);電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,它連接至光隔離電路,用于在接收到光隔離電路的控制下輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào);電機(jī),它連接至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,用來(lái)在所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制下按所需要的方向、速度和轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn);電流反饋電路,由電流傳感器、運(yùn)算放大器和比較器構(gòu)成。通過(guò)電流傳感器采集電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的電流,經(jīng)過(guò)單電源運(yùn)算放大器放大和比較器后,接到微控制器I/o接口,以便輸出扭矩快速穩(wěn)定在要求水平。電源電路,電源電路帶過(guò)壓、過(guò)流、低壓、防反接保護(hù),向微控制器、無(wú)線接收器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等各電路提供電源。電磁兼容試驗(yàn),當(dāng)電壓在0-42KV范圍內(nèi)升壓、降壓和維持,高壓帶電作業(yè)機(jī)器人聲控遙控器、穩(wěn)壓芯片、無(wú)線接收模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、單片機(jī)等部件運(yùn)行正常,各項(xiàng)檢測(cè)功能工作正常。為了適應(yīng)高壓帶電作業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的要求,本發(fā)明采用輸出電流大的驅(qū)動(dòng)模塊,并由ATMEGA128單片機(jī)控制,帶過(guò)流、過(guò)載、過(guò)壓保護(hù)。這種螺帽破除工具通過(guò)聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,比手動(dòng)工具更加安全、可靠,操作也更加方便,滿足了高壓帶電機(jī)器人作業(yè)任務(wù)的要求。采用上述方案,本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)一是采用了高集成度IC芯片和先進(jìn)的SMT表面元件貼裝工藝以及獨(dú)特的屏蔽技術(shù),使產(chǎn)品具有了超強(qiáng)的抗干擾能力和可靠性,可在十分嚴(yán)酷的電磁干擾環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。二是螺帽破除工具通過(guò)聲控遙控器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,比手動(dòng)工具安全可靠,并且讓工作人員雙手實(shí)現(xiàn)解放,增加操作安全性和方便性,滿足了高壓帶電機(jī)器人作業(yè)任務(wù)的要求。三是電源電路帶過(guò)壓、過(guò)流、低壓、防反接保護(hù),可靠性高。四是遙控器可以進(jìn)行無(wú)極變速,正反轉(zhuǎn)控制,控制靈活,可靠性高。五是控制器帶有電流反饋控制,消除破螺帽工具工作不穩(wěn)定對(duì)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。六是采用自適應(yīng)語(yǔ)音降噪技術(shù),適合高壓帶電作業(yè)機(jī)器人野外嘈雜工作環(huán)境。七是是破螺帽工具控制器與其他工具控制通用,便于今后工具系列化。
圖I是本發(fā)明總成結(jié)構(gòu)圖;圖2是本發(fā)明主體中的泄壓裝置正視圖;圖3是本發(fā)明通用遙控器的組成圖;圖4是聲音接收模塊的組成圖;圖5是本發(fā)明聲控總成的組成圖;圖6是本發(fā)明電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖;圖7是本發(fā)明電流反饋電路圖;圖8是本發(fā)明軟件流程圖;圖9是本發(fā)明電磁兼容加壓過(guò)程圖。圖中,I.電機(jī),2.油箱,3.油栗,4.油缸,5.機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu),6.工作頭,7.王殼體,8.泄壓裝置,8. I搖臂,8. 2拉桿,8. 3壓簧,8. 4盒體,8. 5盒蓋,8. 6壓塊,9.電源,10.聲控總成,11.風(fēng)扇,12.指示燈,13.天線,14.DSP,15.聲音接收模塊,15. I主話筒,15. 2模擬放大電路I,15. 3濾波電路I,15. 4A/D轉(zhuǎn)換電路I,15. 5參考話筒,15. 6模擬放大電路II,15. 7濾波電路II,15. 8A/D轉(zhuǎn)換電路II,16.狀態(tài)指示單元,17.編碼芯片,18.載波振蕩電路,19.無(wú)線放大發(fā)射電路,20.無(wú)線接收器,21.微控制器,22.光隔離電路,23.電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,24.電機(jī),25.電流反饋電路,26.電流傳感器,27.運(yùn)算放大器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明由螺帽破除工具主體、聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器和聲控總成組成;聲控總成10固定在主殼體7上,包括風(fēng)扇11、指示燈12、天線13。其中所述螺帽破除工具主體如圖I所示,它包括電機(jī)I、油箱2、油泵3、油缸4、機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)5、工作頭6、主殼體7、泄壓裝置8、電源9。電機(jī)I、油泵3、油缸4卡裝在主殼體7內(nèi)腔中,通過(guò)主殼體7左右兩片對(duì)裝完成固定;電機(jī)I與油泵3同軸,油泵3分別通過(guò)單向閥與油箱2、油缸4聯(lián)通,油缸4通過(guò)泄壓閥與油箱2聯(lián)通;油缸4的柱塞與刀頭通過(guò)推桿聯(lián)接,為可拆卸聯(lián)接;泄壓裝置8固定在主殼體7上,如圖2所示,包括搖臂8. I、拉桿8. 2、壓簧8. 3、盒體8. 4、盒蓋8. 5、壓塊8. 6。向上抬起搖臂8. I末端,搖臂8. I與拉桿8. 2聯(lián)接孔與盒體8. 4邊緣距離變大,拉桿8. 2與盒體8. 4相對(duì)運(yùn)動(dòng),壓塊8. 6向盒體方向移動(dòng),壓簧8. 3壓縮變形,同時(shí)壓塊8. 6按壓下泄壓開(kāi)關(guān),當(dāng)松開(kāi)搖臂8. 1,在壓簧8. 3作用下,搖臂8. I復(fù)位,同時(shí)搖臂8. I推動(dòng)拉桿8. 2和壓塊8. 6復(fù)位。
當(dāng)手夾持機(jī)構(gòu)5與高壓帶電作業(yè)機(jī)器人機(jī)械手完成對(duì)接后,聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器接收聲控信號(hào)后,通過(guò)聲控總成10控制啟動(dòng)電機(jī)1,油泵3完成吸油-形成高壓油-出油,高壓油經(jīng)過(guò)單向閥和油道進(jìn)入油缸4,柱塞推動(dòng)刀頭前移,隨著破除動(dòng)作進(jìn)行,刀頭阻力逐漸增大,刀頭前移速度逐漸降低,有利于保護(hù)刀頭和工件,當(dāng)螺帽被切開(kāi)時(shí),無(wú)線聲控控制關(guān)閉電機(jī)I ;順時(shí)針向上扳動(dòng)泄壓裝置的搖臂8. 1,壓塊8. 6壓下泄壓開(kāi)關(guān),泄壓閥被打開(kāi),高壓油流回油箱2。至此,破除螺帽動(dòng)作完成,根據(jù)實(shí)際情況可以更換刀架與螺帽的角度,重復(fù)一次破除工作。其中所述聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器如圖3所示,它包括DSP 14,它與人機(jī)接口單元連接,同時(shí)編碼芯片17還與無(wú)線驅(qū)動(dòng)單元連接;人機(jī)接口單元包括聲音接收模塊15和狀態(tài)指示單元16,它們分別與DSP 14連接。無(wú)線驅(qū)動(dòng)單元包括載波振蕩電路18,它的輸入端與編碼芯片17連接,輸出端與無(wú)線放大發(fā)射電路19輸入端連接。當(dāng)聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器要向螺帽破除工具發(fā)送控制命令時(shí),DSP 14根據(jù)采集聲音接收模塊15的數(shù)據(jù),得到相應(yīng)的控制指令,并交給無(wú)線驅(qū)動(dòng)單元電路;無(wú)線驅(qū)動(dòng)單元電路完成調(diào)制、載波振蕩、功率放大后,將控制信號(hào)以射頻的形式發(fā)送出去。其中所述聲音接收模塊15如圖4所示,它包括主話筒15. I、參考話筒15. 5,它們分別與模擬放大電路15. 2、模擬放大電路15. 6連接,模擬放大電路15. 2、模擬放大電路15. 6分別與濾波電路15. 3、濾波電路15. 7電路連接,濾波電路15. 3、濾波電路15. 7電路分別與A/D轉(zhuǎn)換電路15. 4、A/D轉(zhuǎn)換電路15. 8相連。主話筒15. I、參考話筒15. 5用來(lái)接收來(lái)自操作者的語(yǔ)音命令,主話筒15. I獲得是一個(gè)有用信號(hào)和一個(gè)不相關(guān)的噪聲信號(hào)的混合信號(hào)、參考話筒15. 5獲得是參考噪聲信號(hào),經(jīng)過(guò)模擬放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換,將語(yǔ)音信號(hào)輸出到DSP 14。在DSP 14內(nèi)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)降噪算法,采樣率為8KHz,利用定時(shí)器中斷,每隔IOOus中斷一次,讀入兩路數(shù)據(jù)并進(jìn)行自適應(yīng)降噪算法處理,得到的有用信號(hào),將此信號(hào)輸出給編碼芯片17。圖5中,所述聲控總成包括無(wú)線接收器20,無(wú)線接收器20與微控制器21,微控制器21通過(guò)光隔離電路22與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路23連接,電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路23與電機(jī)I連接;同時(shí),DSP 14、微控制器21和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路23分別于電源12連接;電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路23通過(guò)電流反饋電路25與微控制器21構(gòu)成閉環(huán)連接。無(wú)線接收器20用于接收來(lái)自遙控器的無(wú)線信號(hào),并進(jìn)行解碼處理,輸出到微控制器21 ;微控制器21用來(lái)接收來(lái)自無(wú)線接收器或其他部分的信息并進(jìn)行判斷和處理;光隔離電路22連接至微控制器21和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路23,用于接收微控制器21的控制下輸出控制信號(hào);電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路23連接至光隔離電路22,用于接收到光隔離電路22的控制下輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào);電機(jī)I連接至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路23,用來(lái)在所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制下按所需要的方向、速度和轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn);電流反饋電路25由電流傳感器26、運(yùn)算放大器27、比較器28構(gòu)成,它通過(guò)采集電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路23的電流,經(jīng)過(guò)單電源運(yùn)算放大器27、比較器28,接到微控制器21的I/O接口,以便輸出扭矩快速穩(wěn)定在要求水平;電源12帶過(guò)壓、過(guò)流、低壓、防反接保護(hù),向所述微控制器21、無(wú)線接收器20、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路23等各個(gè)需要供電的電路提供電源。電流反饋電路25包括電流傳感器26、運(yùn)算放大器27、比較器28,電流傳感器26采集電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路23的電流,送入運(yùn)算放大器27、比較器28,比較后的信號(hào)送入微控制器21,微控制器21處理后控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路23。DSP 14采用功能強(qiáng)大的TMS320C5535,編碼芯片17采用PT2262芯片和微控制器 21采用ATMEGA128芯片。圖6中,微控制器21通過(guò)設(shè)置內(nèi)部寄存器調(diào)整脈沖占空比來(lái)調(diào)整平均電壓,向PWMO 口傳遞速度控制信號(hào);通過(guò)輸出高低電平,向DIR 口傳遞電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向信號(hào)。PWMO信號(hào)通過(guò)光隔離U4輸入到三極管Q2基集,經(jīng)過(guò)一級(jí)放大驅(qū)動(dòng)大功率MOS管Q4門極,驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。DIR信號(hào)經(jīng)過(guò)光隔離U5輸入到三極管Q3控制繼電器7、8腳的上電掉電,來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。圖7中,過(guò)電流保護(hù)電路由電流傳感器26、運(yùn)算放大器27、比較器28等構(gòu)成。通過(guò)電流傳感器26對(duì)MOS管電流取樣,取樣電壓經(jīng)過(guò)單電源運(yùn)算放大器27放大10倍后,與一個(gè)2. 5V基準(zhǔn)值共同輸入到電壓比較器28,比較輸出電流是否超過(guò)25A。圖8中,編碼芯片17發(fā)出的編碼信號(hào)由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字,解碼芯片接收到信號(hào)后,其地址碼經(jīng)過(guò)兩次比較核對(duì)后,VT腳才輸出高電平,與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平。流程圖采用外部中斷的方式來(lái)接收發(fā)射碼并進(jìn)行解碼獲得控制命令。如果有外部中斷輸入,設(shè)標(biāo)志,并進(jìn)行解碼。接收到“命令I(lǐng)開(kāi)始”的語(yǔ)音信號(hào),低速正轉(zhuǎn),接收到“命令I(lǐng)停止”的語(yǔ)音信號(hào),低速正轉(zhuǎn)停止;接收到“命令2開(kāi)始”的語(yǔ)音信號(hào),中速正轉(zhuǎn),接收到“命令2停止”的語(yǔ)音信號(hào),中速正轉(zhuǎn)停止;接收到“命令3開(kāi)始”的語(yǔ)音信號(hào),高速正轉(zhuǎn),接收到“命令3停止”的語(yǔ)音信號(hào),高速正轉(zhuǎn)停止;收到“命令4開(kāi)始”的語(yǔ)音信號(hào),低速反轉(zhuǎn),接收到“命令4停止”的語(yǔ)音信號(hào),低速反轉(zhuǎn)停止;接收到“命令5開(kāi)始”的語(yǔ)音信號(hào),中速反轉(zhuǎn),接收到“命令5停止”的語(yǔ)音信號(hào),中速反轉(zhuǎn)停止;接收到“命令6開(kāi)始”的語(yǔ)音信號(hào),高速反轉(zhuǎn),接收到“命令6停止”的語(yǔ)音信號(hào),高速反轉(zhuǎn)停止。
圖9中,進(jìn)行了電磁兼容試驗(yàn),當(dāng)電壓在0-42KV范圍內(nèi)升壓、降壓和維持,高壓帶電作業(yè)機(jī)器人遙控螺帽破除工具遙控器、穩(wěn)壓芯片、無(wú)線接收模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、單片機(jī)等部件運(yùn)行正常,各項(xiàng)檢測(cè)功能工作正常。
權(quán)利要求
1.一種高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控螺帽破除工具,其特征是,它主要由螺帽破除エ具主體、聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器和聲控總成組成;其中所述螺帽破除工具包括主殼體,在主殼體內(nèi)設(shè)有電液壓裝置,電液壓裝置與工作頭連接;在主殼體后部設(shè)有聲控總成,聲控總成與聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器通信,聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器接收聲控信號(hào)后,通過(guò)聲控總成控制電壓液壓裝置,電液壓裝置控制工作頭完成破除工作; 所述聲控總成包括盒體,在盒體上設(shè)有指示燈、天線,天線與無(wú)線接收器連接,無(wú)線接收器與微控制器連接,微控制器與光隔離電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及電機(jī)連接,電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路還通過(guò)電流反饋電路與微控制器構(gòu)成閉環(huán)連接;微控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路分別與電源連接; 所述電流反饋電路包括電流傳感器、運(yùn)算放大器、比較器,電流傳感器采集電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的電流,送入運(yùn)算放大器,放大后的信號(hào)送入比較器,微控制器處理后控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。
2.如權(quán)利要求I所述的高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控螺帽破除工具,其特征是,所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路為PWM功率驅(qū)動(dòng)裝置,微控制器通過(guò)設(shè)置內(nèi)部寄存器調(diào)整脈沖占空比來(lái)調(diào)整平均電壓,向PWMO ロ傳遞速度控制信號(hào);通過(guò)輸出高低電平,向DIR ロ傳遞電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向信號(hào);PWM0信號(hào)通過(guò)光隔離U4輸入到三極管Q2基集,經(jīng)過(guò)ー級(jí)放大驅(qū)動(dòng)大功率MOS管Q4門極,驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn);DIR信號(hào)經(jīng)過(guò)光隔離U5輸入到三極管Q3控制繼電器7、8腳的上電掉電,來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求I所述的高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控螺帽破除工具,其特征是,所述聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器包括聲音接收模塊,它與DSP連接,DSP依次與編碼芯片、載波振蕩電路和無(wú)線放大發(fā)射電路連接,DSP還與狀態(tài)指示單元以及電源連接。
4.如權(quán)利要求3所述的高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控螺帽破除工具,其特征是,所述聲音接收模塊,包括主話筒、參考話筒、模擬放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路;主話筒、參考話筒與模擬放大電路相連,模擬放大電路與濾波電路相連,濾波電路與A/D轉(zhuǎn)換電路相連,A/D轉(zhuǎn)換電路與DSP相連。
5.如權(quán)利要求I所述的高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控螺帽破除工具,其特征是,所述電液壓裝置包括電機(jī)、油箱、油泵、油缸、機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)、工作頭、泄壓裝置、電源,電機(jī)、油泵、油缸卡裝在主殼體內(nèi)腔中,通過(guò)主殼體左右兩片對(duì)裝完成固定;電機(jī)與油泵同軸,油泵分別通過(guò)單向閥與油箱、油缸聯(lián)通,油缸通過(guò)泄壓裝置與油箱聯(lián)通;油缸的柱塞與工作頭通過(guò)推桿聯(lián)接,為可拆卸聯(lián)接。
6.如權(quán)利要求I所述的高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控螺帽破除工具,其特征是,所述螺帽破除工具主體設(shè)計(jì)有機(jī)械手泄壓裝置,包括搖臂、拉桿、壓簧、盒體、盒蓋、壓塊,搖臂端部為凸輪結(jié)構(gòu),搖臂繞中心轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),搖臂與盒體邊緣距離變大,拉桿與盒體相對(duì)運(yùn)動(dòng),拉桿帶動(dòng)壓塊按壓泄壓開(kāi)關(guān),當(dāng)松開(kāi)搖臂,在壓縮彈簧作用下,搖臂復(fù)位,同時(shí)搖臂推動(dòng)拉桿和壓塊復(fù)位。
7.如權(quán)利要求I所述的高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控螺帽破除工具,其特征是,所述主殼體上部設(shè)有機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu),它包括聯(lián)接支架和接合支架,聯(lián)接支架與螺帽破除工具主體固定聯(lián)接,接合支架的聯(lián)接板正反兩面分別為弧形凸塊設(shè)計(jì)和凹槽,用干與機(jī)械手自動(dòng)配合。
8.如權(quán)利要求I所述的高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控螺帽破除工具,其特征是,所述盒體包括高導(dǎo)磁材料外殼,在外殼內(nèi)設(shè)有風(fēng)扇與風(fēng)扇導(dǎo)風(fēng)ロ,風(fēng)扇導(dǎo)風(fēng)ロ處布置金屬絲網(wǎng),外殼的出線ロ布置導(dǎo)電橡膠,同時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)屏蔽電纜與電機(jī)相連,電源地線與螺帽破除工具主體相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控螺帽破除工具,包括電機(jī)、油箱、油泵、油缸、機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)、工作頭、主殼體、泄壓裝置、電源;聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器包括DSP,它與人機(jī)接口單元連接,同時(shí)DSP還與編碼芯片連接,編碼芯片與無(wú)線驅(qū)動(dòng)單元連接;所述聲控總成包括無(wú)線接收器,無(wú)線接收器與微控制器連接,微控制器通過(guò)光隔離電路與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路連接,電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路與電機(jī)連接;同時(shí),聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路分別與電源連接;電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)電流反饋電路與微控制器構(gòu)成閉環(huán)連接。它通過(guò)聲控啟動(dòng)遙控器進(jìn)行遠(yuǎn)程操作,比手動(dòng)螺帽破除工具更加安全、可靠、操作方便,可滿足高壓帶電機(jī)器人在破碎螺帽、金屬異物方面對(duì)專用作業(yè)工具的要求。
文檔編號(hào)G05B19/042GK102649225SQ20121009292
公開(kāi)日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者戚暉, 李健, 李運(yùn)廠, 趙玉良 申請(qǐng)人:山東電力研究院