專利名稱：具有斷電雙自鎖功能的爬壁機(jī)器人控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種機(jī)器人控制電路，用于進(jìn)行爬壁機(jī)器人控制，尤其適用于大負(fù)載爬壁機(jī)器人斷電自鎖功能。
背景技術(shù)：
爬壁機(jī)器人在石化、核電站、船舶、以及高樓 外壁清洗等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。而爬壁機(jī)器人控制電路在爬壁機(jī)器人中扮演著“機(jī)器人大腦”的角色，主要起到爬壁機(jī)器人位置探測(cè)，路徑規(guī)劃，運(yùn)動(dòng)控制，人機(jī)交互等功能。爬壁機(jī)器人控制電路隨著人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)、傳感器技術(shù)等的發(fā)展獲得了長(zhǎng)足發(fā)展。大負(fù)載爬壁機(jī)器人控制電路是ー種非自主機(jī)器人控制電路，機(jī)器人采用人工遙控控制，其主要的控制要求是系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，機(jī)器人在任何情況下都不能滑落。目前爬壁機(jī)器人主要采用磁吸附和真空負(fù)壓吸附，解決機(jī)器人掉電滑落問題主要是采用設(shè)計(jì)冗余吸附力，設(shè)計(jì)安全鎖等。這種方法不但增加了機(jī)器人自重，安全鎖也不能掉電自動(dòng)開啟，并非絕對(duì)安全可靠。中國(guó)專利CN 101704241 A公開ー種船舶壁面除銹爬壁機(jī)器人及其工作方法，該專利涉及ー種船舶壁面除銹機(jī)器人及其工作方法，其設(shè)計(jì)了左右安全栓，可以手動(dòng)鎖定機(jī)器人，防止其滑落，但是不能實(shí)現(xiàn)掉電自鎖。中國(guó)專利CN 101896320 A公開的具有冗余緊急制動(dòng)電路的エ業(yè)機(jī)器人，該專利涉及ー種具有機(jī)器人臂的エ業(yè)機(jī)器人，可以在緊急制動(dòng)時(shí)使得電動(dòng)機(jī)短接，但是不能實(shí)現(xiàn)掉電自鎖?，F(xiàn)有機(jī)器人控制電路并沒有針對(duì)爬壁機(jī)器人掉電滑落問題的設(shè)計(jì)，本發(fā)明提出的ー種具有斷電雙自鎖功能的爬壁機(jī)器人控制電路完成了針對(duì)爬壁機(jī)器人掉電滑落問題的電路設(shè)計(jì)，解決了現(xiàn)有技術(shù)缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決爬壁機(jī)器人掉電滑落的問題，提供ー種具有斷電雙自鎖功能的爬壁機(jī)器人控制電路，可實(shí)現(xiàn)爬壁機(jī)器人掉電雙自鎖功能，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)鎖止與爬壁機(jī)器人履帶鎖止。雙自鎖功能掉電自動(dòng)進(jìn)行，無需控制信號(hào)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
具有斷電雙自鎖功能的爬壁機(jī)器人控制電路，包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第一編碼器、第二編碼器、24V電源、5V電源、第一電機(jī)鎖止電路、第二電機(jī)鎖止電路、第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、上位機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)、IXD屏、第一無線通訊模塊、第二無線通訊模塊、操作手柄、履帶自鎖電路、履帶鎖止裝置、鎖止彈簧。所述的第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)尾部安裝第一編碼器，第一編碼器輸出信號(hào)與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器encoder端ロ相連，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)過第一電機(jī)鎖止電路與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連。所述的第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)尾部安裝第二編碼器，第二編碼器輸出信號(hào)與第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器encoder端ロ相連，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)過第二電機(jī)鎖止電路與第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連。所述上位機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)通過單片機(jī)1/0，PWM端ロ與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)端口和第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)端ロ相連，上位機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)與IXD屏連接，其單片機(jī)RS232串ロ模塊通過第一無線通訊模塊和第二無線通訊模塊，與操作手柄無線連接，履帶自鎖電路包含一個(gè)電磁鉄，與履帶鎖止裝置相連，履帶鎖止裝置另ー側(cè)與鎖止彈簧相連。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了ー種具有斷電自鎖功能的爬壁機(jī)器人電路，可以在上電情況下，電機(jī)鎖止電路將電機(jī)驅(qū)動(dòng)器硬件使能，同時(shí)鎖止電路失效，讓電機(jī)處于正常工作狀態(tài)，履帶自鎖電路處于失效狀態(tài)，履帶鎖止裝置松開，機(jī)器人履帶可自由運(yùn)動(dòng)，操縱者可通過操作手柄控制爬壁機(jī)器人運(yùn)作；掉電情況下，電機(jī)鎖止電路將電機(jī)兩接線端短接，實(shí)現(xiàn)電機(jī)鎖止，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器硬件不便能，防止突然上電燒毀電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，履帶自鎖電路處于工作狀態(tài)，爬壁機(jī)器人履帶被履帶鎖止裝置鎖止，防止滑落；電路可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)鎖止與爬壁機(jī)器人履帶鎖止雙自鎖，防止爬壁機(jī)器人滑落，雙自鎖功能掉電自動(dòng)進(jìn)行，無需控制信號(hào)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠。


圖I是本發(fā)明的控制電路框圖；· 圖2是本發(fā)明的電機(jī)鎖止和履帶自鎖電路圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)ー步的說明。如圖I和圖2所不,本發(fā)明包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)I和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)26,輸出軸的另ー端分別安裝第一編碼器2和第二編碼器27。第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)正接線端7和第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)接線端8經(jīng)過第一電機(jī)鎖止電路9與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器MOTOR端ロ 13相連，第一編碼器2將采集的速度信息通過第一編碼器接ロ 39與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接ロ 41，傳達(dá)給第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器11的encoder端ロ 15 ;第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)正接線端30和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)接線端31經(jīng)過第二電機(jī)鎖止電路32與第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器MOTOR端ロ 36相連，第二編碼器27將采集的速度信息通過第二編碼器接ロ 40與第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接ロ 42，傳達(dá)給第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器34的encoder端ロ 38。上位機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)16通過單片機(jī)1/0，PWM端ロ 17與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)端ロ14、第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)端ロ 37相連，上位機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)16與IXD屏18連接，其單片機(jī)RS232串ロ模塊19通過第一無線通訊模塊20和第二無線模塊22，與操作手柄21無線連接。履帶自鎖電路23包含ー個(gè)電磁鐵44，與履帶鎖止裝置24相連，履帶鎖止裝置24另ー側(cè)與鎖止彈簧25相連，其設(shè)計(jì)采用繼電器43的常開觸點(diǎn)來控制電磁鐵44的24V電源3供電，繼電器43采用5V電源4供電，這樣的設(shè)計(jì)使得電路無論是在5V電源4或者24V電源3失效的情況下，都能實(shí)現(xiàn)履帶自鎖。電機(jī)鎖止電路部分具體連接如圖2所示，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)正接線端7與第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)接線端8連接至第一繼電器常閉開關(guān)6兩端，第一繼電器延時(shí)閉合開關(guān)5將5V電源4與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器EN端ロ 12相連，第一繼電器線圈10與24V電源3直接相連；第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)正接線端30與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)接線端31連接至第二繼電器常閉開關(guān)29兩端，第二繼電器延時(shí)閉合開關(guān)28將5V電源4與第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器EN端ロ 35相連，第二繼電器線圈33與24V電源3直接相連。其中第一編碼器接ロ 39和第二編碼器接ロ 40分別各包含+5V，L_A+，L_A-，L_B+，L_B，GND這六個(gè)端ロ，它們分別與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接ロ和第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接ロ 10，9，8，7，6，5，I號(hào)端ロ相連，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)正接線端7和第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)接線端8與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接ロ 3，2端ロ(motor+, motor-)相連；第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)正接線端30和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)接線端31與第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接ロ 3，2端ロ(motor+, motor-)相連。上電情況下，履帶自鎖電路23電磁鐵44工作，克服鎖止彈簧25推力吸合履帶鎖止裝置24，將其與履帶鏈條脫開，實(shí)現(xiàn)解鎖。第一電機(jī)鎖止電路9中第一繼電器線圈10上電工作，第一繼電器常閉開關(guān)6斷開，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)正接線端7與第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)接線端8不短接，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)I處于正常待運(yùn)作狀態(tài)，此時(shí)第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)正接線端7和第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)接線端8與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器MOTOR端ロ 13相連；同時(shí)第一繼電器延時(shí)閉合開關(guān)5閉合，5V電源4與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器EN端ロ 12短接，此時(shí)第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器11硬件使能；第二電機(jī)鎖止電路32中第二繼電器線圈33上電工作，第二繼電器常閉開關(guān)29斷開，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)正接線端30與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)接線端31不短接，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)26處于正常待運(yùn)作狀態(tài)，此時(shí)第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)正接線端30和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)接線端31與第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器MOTOR端ロ 36相連；同時(shí)第二繼電器延時(shí)閉合觸點(diǎn)28閉合，5V電源4與第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器EN端ロ35短接，此時(shí)第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器34硬件使能；上位機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)16通過單片機(jī)1/0，PWM端·ロ 17向第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)端ロ 14、第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)端ロ 37發(fā)送指令即可驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)作。操作手柄21將操縱者的操作指令通過第二無線通訊模塊22傳輸?shù)谝粺o線通訊模塊20被單片機(jī)RS232串ロ模塊19識(shí)別后提供給上位機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)16，單片機(jī)接受操作指令后，轉(zhuǎn)化為電機(jī)控制指令，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)與轉(zhuǎn)速。第一、第二編碼器將電機(jī)的轉(zhuǎn)速信息通過第一、第二編碼器接ロ反饋給第一、第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度閉環(huán)。此夕卜，上位機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)16將機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)顯示在IXD屏18上，提供給操縱者。如果遇到意外突然掉電，此時(shí)履帶自鎖電路23掉電，電磁鐵44掉電停止工作，失去吸合力，鎖止彈簧25推動(dòng)履帶鎖止裝置24卡死履帶鏈條，將履帶鎖止。履帶自鎖電路23采用繼電器43的常開觸點(diǎn)來控制電磁鐵44的24V電源3供電，繼電器43采用5V電源4供電，這樣的設(shè)計(jì)使得電路無論是在5V電源4或者24V電源3失效的情況下，都能實(shí)現(xiàn)履帶自鎖。第一電機(jī)鎖止電路9中第一繼電器線圈10掉電停止工作，第一繼電器常閉開關(guān)6閉合，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)正接線端7與第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)接線端8短接，第二電機(jī)鎖止電路32中第二繼電器線圈33掉電停止工作，第二繼電器常閉開關(guān)29閉合，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)正接線端30與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)接線端31短接，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)I和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)26利用反向電動(dòng)勢(shì)實(shí)現(xiàn)掉電鎖止，處于自鎖狀態(tài)；同時(shí)第一繼電器延時(shí)閉合開關(guān)5斷開，5V電源4與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器EN端ロ 12斷開，第二繼電器延時(shí)閉合開關(guān)28斷開，5V電源4與第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器EN端ロ 35斷開，此時(shí)第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器11和第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器34硬件不便能，防止突然上電時(shí)第ー電機(jī)驅(qū)動(dòng)器11和第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器34輸出端短路，避免第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器11和第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器34燒毀。該雙自鎖功能掉電自動(dòng)進(jìn)行，無需控制信號(hào)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠。
權(quán)利要求
1.具有斷電雙自鎖功能的爬壁機(jī)器人控制電路，包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)(I)、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)(26)、第一編碼器(2)、第二編碼器(27)、24V電源(3)、5V電源(4)、第一電機(jī)鎖止電路(9)、第二電機(jī)鎖止電路(32)、第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(11)、第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(34)、上位機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)(16)、IXD屏(18)、第一無線通訊模塊(20)、第二無線通訊模塊(22)、操作手柄(21)、履帶自鎖電路(23)、履帶鎖止裝置(24)、鎖止彈簧(25)，其特征在于 所述的第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)(I)尾部安裝第一編碼器(2)，第一編碼器(2)輸出信號(hào)與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器encoder端口(15)相連，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)⑴經(jīng)過第一電機(jī)鎖止電路(9)與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(11)相連； 所述的第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)(26)尾部安裝第二編碼器(27)，第二編碼器(27)輸出信號(hào)與第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器encoder端口(38)相連，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)(26)經(jīng)過第二電機(jī)鎖止電路(32)與第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(34)相連； 所述上位機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)(16)通過單片機(jī)1/0，PWM端口(17)與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)端口(14)和第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)端口(37)相連，上位機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)(16)與LCD屏(18)連接，其單片機(jī)RS232串口模塊(19)通過第一無線通訊模塊(20)和第二無線通訊模塊(22)，與操作手柄(21)無線連接，履帶自鎖電路(23)包含一個(gè)電磁鐵，與履帶鎖止裝置(24)相連，履帶鎖止裝置(24)另一側(cè)與鎖止彈簧(25)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有斷電雙自鎖功能的爬壁機(jī)器人控制電路，其特征在于所述第一電機(jī)鎖止電路(9)包含第一繼電器線圈(10)、第一繼電器常閉開關(guān)￠)、第一繼電器延時(shí)閉合開關(guān)(5)，第一繼電器線圈(10)與24V電源(3)直接相連，第一繼電器常閉開關(guān)(6)與第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)正接線端(7)和第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)接線端(8)相連，第一繼電器延時(shí)閉合開關(guān)(5)將5V電源⑷與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器EN端口(12)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有斷電雙自鎖功能的爬壁機(jī)器人控制電路，其特征在于所述第二電機(jī)鎖止電路(32)包含第二繼電器線圈(33)、第二繼電器常閉開關(guān)(29)、第二繼電器延時(shí)閉合開關(guān)(28)，第二繼電器線圈(33)與24V電源(3)直接相連，第二繼電器常閉開關(guān)(29)與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)正接線端(30)和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)接線端(31)相連，第二繼電器延時(shí)閉合開關(guān)(28)將5V電源⑷與第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器EN端口(35)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有斷電雙自鎖功能的爬壁機(jī)器人控制電路，其特征在于采用爬壁機(jī)器人掉電雙自鎖電路設(shè)計(jì)，在掉電情況下，第一電機(jī)鎖止電路(9)可保證第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)正接線端(7)與第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)接線端(8)短接，第二電機(jī)鎖止電路(32)可保證第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)正接線端(30)與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)接線端(31)短接，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)自鎖；同時(shí)履帶自鎖電路(23)掉電，電磁鐵復(fù)位，鎖止彈簧(25)推動(dòng)履帶鎖止裝置(24)實(shí)現(xiàn)履帶鎖止。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有斷電雙自鎖功能的爬壁機(jī)器人控制電路。本發(fā)明包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第一編碼器、第二編碼器、24V電源、5V電源、第一電機(jī)鎖止電路、第二電機(jī)鎖止電路、第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、上位機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)、LCD屏、第一無線通訊模塊、第二無線通訊模塊、操作手柄、履帶自鎖電路、履帶鎖止裝置、鎖止彈簧。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)鎖止與爬壁機(jī)器人履帶鎖止雙自鎖，防止爬壁機(jī)器人滑落，雙自鎖功能掉電自動(dòng)進(jìn)行，無需控制信號(hào)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠。
文檔編號(hào)H02H3/24GK102785718SQ20121027203
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者俞堅(jiān)才, 冷建興, 葉延英, 周鑫, 陳鷹, 黃豪彩 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)