高壓帶電作業(yè)機(jī)器人用高枝鋸嵌入式控制系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種高壓帶電作業(yè)機(jī)器人用高枝鋸嵌入式控制系統(tǒng)，包括主處理器，所述主處理器連接AD采樣模塊，AD采樣模塊連接超聲傳感器，主處理器連接有第一數(shù)字量采集模塊和第二數(shù)字量采集模塊，第一數(shù)字量采集模塊連接紅外避障傳感器，第二數(shù)字量采集模塊連接編碼器；主處理器通過(guò)仿真器接口連接仿真器；所述主處理器還連接有復(fù)位電路、晶振電路和外圍接口模塊；本實(shí)用新型可以進(jìn)行無(wú)極變速，正反轉(zhuǎn)控制，控制靈活，可靠性高；采用模塊化設(shè)計(jì)，帶有各種外圍接口，可以方便接各種傳感器、驅(qū)動(dòng)器等，功能強(qiáng)大。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高壓帶電作業(yè)機(jī)器人用高枝鋸嵌入式控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種高壓帶電作業(yè)機(jī)器人用高枝鋸嵌入式控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]為了提高帶電作業(yè)的自動(dòng)化水平和安全性，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和強(qiáng)電磁場(chǎng)對(duì)人身的威脅，從上世紀(jì)起，許多國(guó)家都先后開(kāi)展了帶電作業(yè)機(jī)器人的研究，我國(guó)也在2002年開(kāi)始進(jìn)行高壓帶電作業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品化樣機(jī)的研制。高壓帶電作業(yè)所用的高枝鋸是高壓帶電作業(yè)機(jī)器人的專(zhuān)用作業(yè)工具之一，其主要功能是切除高壓線(xiàn)路附近樹(shù)枝，避免因樹(shù)枝靠近線(xiàn)路造成接地事故。目前高枝鋸應(yīng)用技術(shù)中，電動(dòng)高枝鋸以電源為動(dòng)力，應(yīng)用方便和規(guī)格型號(hào)也較多，但多為人工手持主體、手工按壓開(kāi)關(guān)的形式，需要與工件近距離、準(zhǔn)確定位操作，無(wú)法滿(mǎn)足高壓帶電安全規(guī)則要求，也無(wú)法應(yīng)用于機(jī)器人操作。因此為自動(dòng)高枝鋸提供控制器必須具有以下特點(diǎn):自重輕、尺寸小、功耗低，適合電動(dòng)工具的應(yīng)用需要。采用模塊化設(shè)計(jì)，具有開(kāi)放性、可讀性、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性，以便持續(xù)開(kāi)發(fā)。
[0003]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公開(kāi)的，申請(qǐng)?zhí)枮?2135135.X名稱(chēng)為“高壓帶電作業(yè)機(jī)器人裝置”的專(zhuān)利、申請(qǐng)?zhí)枮?2267831.X名稱(chēng)為“機(jī)器人高壓帶電作業(yè)裝置”的專(zhuān)利、申請(qǐng)?zhí)枮?00610043219.5名稱(chēng)為“帶電作業(yè)絕緣平臺(tái)”的專(zhuān)利，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(zhuān)用工具完成高壓帶電作業(yè)，但未能再對(duì)專(zhuān)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)施方案用于高壓鋸的控制器，更無(wú)法拓展新領(lǐng)域、新應(yīng)用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型為了解決上述問(wèn)題，提出了一種高壓帶電作業(yè)機(jī)器人用高枝鋸嵌入式控制系統(tǒng)，本控制系統(tǒng)具有過(guò)壓、過(guò)流、低壓、防反接保護(hù)功能，使機(jī)器人完成避障、無(wú)線(xiàn)遙控功能，具有自重輕、尺寸小、功耗低的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種高壓帶電作業(yè)機(jī)器人用高枝鋸嵌入式控制系統(tǒng)，包括主處理器，所述主處理器連接AD采樣模塊，AD采樣模塊連接超聲傳感器，主處理器連接有第一數(shù)字量采集模塊和第二數(shù)字量采集模塊，第一數(shù)字量采集模塊連接紅外避障傳感器，第二數(shù)字量采集模塊連接編碼器；主處理器通過(guò)仿真器接口連接仿真器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接主處理器的PWM輸出口和DIR方向輸出口，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接電動(dòng)機(jī)；所述主處理器連接串口驅(qū)動(dòng)模塊，串口驅(qū)動(dòng)模塊連接無(wú)線(xiàn)發(fā)射接收器；所述主處理器還連接有復(fù)位電路、晶振電路和外圍接口模塊。
[0007]所述AD采樣模塊是8通道、8位的高速轉(zhuǎn)換器，采樣電壓范圍O?5V。
[0008]所述串口驅(qū)動(dòng)芯片選用集成度高的MAX3232，適用電壓3?5V，具有ESD保護(hù)功倉(cāng)泛。
[0009]所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，包括橋式驅(qū)動(dòng)電路和定時(shí)器，其中，橋式驅(qū)動(dòng)電路的輸出端通過(guò)RC阻容網(wǎng)絡(luò)與電機(jī)連接，橋式驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接比較器的輸出端，比較器的“ + ”輸入端接收主處理器的指令信號(hào)，比較器的輸入端串聯(lián)電容后連接定時(shí)器。
[0010]所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選用大功率三極管2SK2690，內(nèi)部集成有CMOS控制電路和DMOS功率器件，連續(xù)輸出電流達(dá)90A，工作電壓高達(dá)110V，三極管和主處理器之間光耦隔離。
[0011]所述主處理器、外圍接口模塊分別與電源連接。
[0012]所述主處理器采用ATMEGA128芯片。
[0013]所述電源電路帶過(guò)壓、過(guò)流、低壓、防反接保護(hù)，過(guò)壓保護(hù)采用PCKE18CA，過(guò)流保護(hù)采用2.6A可恢復(fù)保險(xiǎn)絲LT260，低壓保護(hù)采用穩(wěn)壓模塊WRA1205，防反接保護(hù)采用防反接二極管 IN4007。
[0014]主處理器，用來(lái)接收來(lái)自外部傳感器或其他部分的信息并進(jìn)行判斷和處理，輸出控制信號(hào)控制電機(jī)；
[0015]仿真器接口，用來(lái)連接仿真器，通過(guò)此接口即可以下載程序，又可以單步仿真、調(diào)試程序等。
[0016]復(fù)位電路，用來(lái)當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開(kāi)始執(zhí)行。
[0017]晶振電路，用來(lái)給單片機(jī)提供工作頻率。
[0018]AD采樣模塊，負(fù)責(zé)電流傳感器的模擬量數(shù)據(jù)采集，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸入主處理器。
[0019]第一數(shù)字量采集模塊，負(fù)責(zé)紅外避障傳感器的數(shù)字量采集，輸入到主處理器。
[0020]第二數(shù)字量采集模塊，負(fù)責(zé)編碼器的數(shù)據(jù)采集，采集編碼器的旋轉(zhuǎn)的角度、零位等信息，并輸入到主處理器，進(jìn)行位置、速度處理。
[0021]串口驅(qū)動(dòng)模塊，用來(lái)將無(wú)線(xiàn)發(fā)射接收模塊RS232信號(hào)轉(zhuǎn)換為主處理器的TTL信號(hào)。
[0022]電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，它連接至主處理器的PWM輸出口、DIR方向輸出口，用于在接收到微處理器的開(kāi)關(guān)信號(hào)下控制驅(qū)動(dòng)電路的上電/掉電和接收到PWM信號(hào)的控制下輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào);
[0023]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)；
[0024]電源電路，電源電路帶過(guò)壓、過(guò)流、低壓、防反接保護(hù)，向主處理器、外圍接口模塊、電機(jī)等各電路提供電源。
[0025]本實(shí)用新型的有益效果為:
[0026](I)采用高集成度驅(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)；這種高枝鋸嵌入式控制系統(tǒng)自重輕、尺寸小、功耗低，適合電動(dòng)工具的應(yīng)用需要；
[0027](2)自行設(shè)計(jì)的嵌入式控制系統(tǒng)，自重輕、尺寸小、功耗低，適合自動(dòng)工具的應(yīng)用需要；
[0028](3)電源電路帶過(guò)壓、過(guò)流、低壓、防反接保護(hù)，可靠性高；
[0029](4)本控制系統(tǒng)可以進(jìn)行無(wú)極變速，正反轉(zhuǎn)控制，控制靈活，可靠性高；采用模塊化設(shè)計(jì)，帶有各種外圍接口，可以方便接各種傳感器、驅(qū)動(dòng)器等，功能強(qiáng)大。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是本實(shí)用新型控制器的組成圖；
[0031]圖2是本實(shí)用新型電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電路圖。
[0032]其中，1.主處理器，2.仿真器接口，3.復(fù)位電路，4.晶振電路，5.AD采樣模塊，
6.第一數(shù)字量采集模塊，7.第二數(shù)字量采集模塊，8.串口驅(qū)動(dòng)模塊，9.電源模塊，10.電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。

【具體實(shí)施方式】
:
[0033]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0034]如圖1所示，它包括主處理器1，它與仿真器接口 2連接，同時(shí)主處理器I還與復(fù)位電路3、晶振電路4連接；主處理器I還與外圍接口模塊、AD采樣模塊5、第一數(shù)字量采集模塊6、第二數(shù)字量采集模塊7、串口驅(qū)動(dòng)模塊8、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊10連接；同時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊10與電機(jī)連接，串口驅(qū)動(dòng)模塊8與無(wú)線(xiàn)發(fā)射接收器連接，AD采樣模塊5與超聲傳感器連接，第一數(shù)字量采集模塊6與紅外避障傳感器連接，第二數(shù)字量采集模塊7與編碼器連接，主處理器1、各外圍接口模塊分別于電源模塊9連接。
[0035]當(dāng)嵌入式控制器要向機(jī)器人發(fā)送控制命令時(shí)，主處理器I采集外部傳感器的數(shù)據(jù)，得到相應(yīng)的控制指令，并交給電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路完成信號(hào)光耦隔離、功率放大后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)以一定速度、方向、扭矩轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0036]圖2中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊10采用PWM功率驅(qū)動(dòng)裝置，它利用大功率管的開(kāi)關(guān)特性來(lái)調(diào)制直流電源，使其按固定的頻率通、斷。改變一個(gè)周期內(nèi)通、斷時(shí)間的長(zhǎng)短，即改變輸出電壓的“占空比”，從而改變平均電壓，控制輸出功率。其結(jié)構(gòu)可分為兩大部分:從主電源將能量傳遞給負(fù)載的電路稱(chēng)為功率轉(zhuǎn)換電路，其余部分為控制電路。
[0037]功率轉(zhuǎn)換電路包括橋式驅(qū)動(dòng)電路，它12v電源連接；輸出端通過(guò)RC阻容網(wǎng)絡(luò)與電機(jī)連接，以抑制瞬時(shí)泵升電壓的產(chǎn)生。電阻選用100歐姆2W，電容選擇100pf 100V。
[0038]控制電路改變脈沖占空比可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，但首先需要將控制轉(zhuǎn)速的指令信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有相應(yīng)占空比的脈沖信號(hào)。它包括555定時(shí)器，555定時(shí)器外接270pf的電容產(chǎn)生45KHZ的三角波。270pf的電容與比較器一輸入端連接，該輸入端還分別與連個(gè)電感串聯(lián)后接12V電源，這個(gè)兩個(gè)電感也與555定時(shí)器連接；比較器另一輸入端接指令信號(hào)，輸出端則輸出PWM信號(hào)到橋式驅(qū)動(dòng)電路。
[0039]當(dāng)控制指令信號(hào)電壓大于或等于三角波電壓時(shí)，輸出信號(hào)為比較器電源正電壓Ucc ;當(dāng)控制指令信號(hào)小于三角波電壓時(shí)，輸出信號(hào)為電源地信號(hào)0V。
[0040]所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括電流傳感器，它接在橋式驅(qū)動(dòng)電路的兩端，電流傳感器14兩端還分別經(jīng)過(guò)一個(gè)二極管接地，同時(shí)這兩端還分別通過(guò)電阻R2和電阻R3與運(yùn)算放大器15 一端連接，電阻R2還凈電阻R4接地；運(yùn)算放大器另一端經(jīng)過(guò)電阻Rl接地，同時(shí)該端還經(jīng)過(guò)電阻Rf與輸出端反饋連接，輸出端與主處理器連接。
[0041]它通過(guò)0.01歐姆精密電阻對(duì)電流取樣，取樣電流經(jīng)過(guò)單電源運(yùn)算放大器LM324的相加和放大10倍后，接到主處理器的AD轉(zhuǎn)換接口。
[0042]上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以?xún)?nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓帶電作業(yè)機(jī)器人用高枝鋸嵌入式控制系統(tǒng)，其特征是:包括主處理器，所述主處理器連接AD采樣模塊，AD采樣模塊連接超聲傳感器，主處理器連接有第一數(shù)字量采集模塊和第二數(shù)字量采集模塊，第一數(shù)字量采集模塊連接紅外避障傳感器，第二數(shù)字量采集模塊連接編碼器；主處理器通過(guò)仿真器接口連接仿真器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接主處理器的PWM輸出口和DIR方向輸出口，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接電動(dòng)機(jī)；所述主處理器連接串口驅(qū)動(dòng)模塊，串口驅(qū)動(dòng)模塊連接無(wú)線(xiàn)發(fā)射接收器；所述主處理器還連接有復(fù)位電路、晶振電路和外圍接口 |吳塊。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高壓帶電作業(yè)機(jī)器人用高枝鋸嵌入式控制系統(tǒng)，其特征是:所述AD采樣模塊是8通道、8位的高速轉(zhuǎn)換器，采樣電壓范圍O?5V。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高壓帶電作業(yè)機(jī)器人用高枝鋸嵌入式控制系統(tǒng)，其特征是:所述串口驅(qū)動(dòng)芯片選用集成度高的MAX3232，適用電壓3?5V，具有ESD保護(hù)功能。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高壓帶電作業(yè)機(jī)器人用高枝鋸嵌入式控制系統(tǒng)，其特征是:所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，包括橋式驅(qū)動(dòng)電路和定時(shí)器，其中，橋式驅(qū)動(dòng)電路的輸出端通過(guò)RC阻容網(wǎng)絡(luò)與電機(jī)連接，橋式驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接比較器的輸出端，比較器的“ + ”輸入端接收主處理器的指令信號(hào)，比較器的輸入端串聯(lián)電容后連接定時(shí)器。
5.如權(quán)利要求1所述的一種高壓帶電作業(yè)機(jī)器人用高枝鋸嵌入式控制系統(tǒng)，其特征是:所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選用大功率三極管2SK2690，內(nèi)部集成有CMOS控制電路和DMOS功率器件，連續(xù)輸出電流達(dá)90A，工作電壓高達(dá)110V，三極管和主處理器之間光耦隔離。
6.如權(quán)利要求1所述的一種高壓帶電作業(yè)機(jī)器人用高枝鋸嵌入式控制系統(tǒng)，其特征是:所述主處理器、外圍接口模塊分別與電源連接。
7.如權(quán)利要求1所述的一種高壓帶電作業(yè)機(jī)器人用高枝鋸嵌入式控制系統(tǒng)，其特征是:所述主處理器采用ATMEGA128芯片。
8.如權(quán)利要求6所述的一種高壓帶電作業(yè)機(jī)器人用高枝鋸嵌入式控制系統(tǒng)，其特征是:所述電源電路帶過(guò)壓、過(guò)流、低壓、防反接保護(hù)，過(guò)壓保護(hù)采用PCKE18CA，過(guò)流保護(hù)采用.2.6A可恢復(fù)保險(xiǎn)絲LT260，低壓保護(hù)采用穩(wěn)壓模塊WRA1205，防反接保護(hù)采用防反接二極管IN4007。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK203965914SQ201420368616
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】楊丕波, 趙玉良, 龍家煥, 楊再勇, 石祖昌, 王安高, 何祖彬, 楊立璽, 竇陳, 蔣友權(quán), 陶用偉, 鄧安平, 石玉祥 申請(qǐng)人:凱里供電局, 山東魯能智能技術(shù)有限公司