高壓帶電作業(yè)機器人用自動壓接工具嵌入式控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高壓帶電作業(yè)機器人用自動壓接工具嵌入式控制系統(tǒng)，包括主控制器，所述主控制器連接AD采樣模塊，AD采樣模塊連接電流傳感器，主控制器連接有數(shù)字量采集模塊，數(shù)字量采集模塊連接紅外避障傳感器；主控制器通過仿真器接口連接仿真器，電機驅(qū)動電路的輸入端連接主控制器的PWM輸出口和DIR方向輸出口，電機驅(qū)動電路的輸出端連接電動機；還連接串口驅(qū)動模塊，串口驅(qū)動模塊連接無線發(fā)射接收器；所述主控制器連接有外部按鍵采集模塊，外部按鍵采集模塊連接輸入設(shè)備；本實用新型可以進行無極變速，正反轉(zhuǎn)控制，控制靈活，可靠性高；采用模塊化設(shè)計，帶有各種外圍接口，可以方便接各種傳感器、驅(qū)動器等，功能強大。
【專利說明】高壓帶電作業(yè)機器人用自動壓接工具嵌入式控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種高壓帶電作業(yè)機器人用自動壓接工具嵌入式控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]為了提高帶電作業(yè)的自動化水平和安全性，減輕操作人員的勞動強度和強電磁場對人身的威脅，從上世紀起，許多國家都先后開展了帶電作業(yè)機器人的研究，我國也在2002年開始進行高壓帶電作業(yè)機器人產(chǎn)品化樣機的研制。高壓帶電作業(yè)所用的壓接工具是高壓帶電作業(yè)機器人的專用作業(yè)工具之一，其主要功能是用開口套管，套在出現(xiàn)破損和斷股的高壓線路上，然后用壓接工具壓接使開口套管與導線產(chǎn)生塑性變形，達到修補導線的目的。
[0003]目前應用技術(shù)中，電動壓接工具多已液壓為動力，也有的采用電池供電，應用方便，規(guī)格型號也較多，但多為人工手持主體、手工按壓開關(guān)的形式，需要與工件近距離、準確定位操作，無法滿足高壓帶電安全規(guī)則要求，也無法應用于機器人操作。因此為自動壓接工具提供控制器必須具有以下特點:自重輕、尺寸小、功耗低，適合電動工具的應用需要。采用模塊化設(shè)計，具有開放性、可讀性、可擴展性、可維護性，以便持續(xù)開發(fā)。
[0004]經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局公開的，申請?zhí)枮?2135135.X名稱為“高壓帶電作業(yè)機器人裝置”的專利、申請?zhí)枮?2267831.X名稱為“機器人高壓帶電作業(yè)裝置”的專利、申請?zhí)枮?00610043219.5名稱為“帶電作業(yè)絕緣平臺”的專利，都提出可采用機器人進行帶電作業(yè)，也簡單指出機器人可利用所夾持專用工具完成高壓帶電作業(yè)，但未能再對專用工具進行具體、深入地研究及探索，更未能提供一種實施方案用于壓接工具的控制器系統(tǒng)，更無法拓展新領(lǐng)域、新應用。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型為了解決上述問題，提出了一種高壓帶電作業(yè)機器人用自動壓接工具嵌入式控制系統(tǒng)，它以ATMEGA128作為主控制器，電源模塊具有過壓、過流、低壓、防反接保護功能，選用集成度高的串口驅(qū)動芯片，采用8位的模擬量采集模塊、8位數(shù)字量采集模塊、PWM輸出模塊，壓接工具控制器可以完成無線遙控、電機驅(qū)動等功能。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種高壓帶電作業(yè)機器人用自動壓接工具嵌入式控制系統(tǒng)，包括主控制器，所述主控制器連接AD采樣模塊，AD采樣模塊連接電流傳感器，主控制器連接有數(shù)字量采集模塊，數(shù)字量采集模塊連接紅外避障傳感器；主控制器通過仿真器接口連接仿真器，電機驅(qū)動電路的輸入端連接主控制器的PWM輸出口和DIR方向輸出口，電機驅(qū)動電路的輸出端連接電動機；所述主控制器連接串口驅(qū)動模塊，串口驅(qū)動模塊連接無線發(fā)射接收器；所述主控制器連接有外部按鍵采集模塊，外部按鍵采集模塊連接輸入設(shè)備；所述主控制器連接外部指示燈驅(qū)動模塊，外部指示燈驅(qū)動模塊連接指示燈。
[0008]所述主控制器還連接有復位電路、晶振電路和外圍接口模塊。
[0009]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。
[0010]所述串口驅(qū)動芯片選用集成度高的MAX3232，適用電壓3?5V，具有ESD保護功倉泛。
[0011]所述電機驅(qū)動模塊，包括橋式驅(qū)動電路和定時器，其中，橋式驅(qū)動電路的輸出端通過RC阻容網(wǎng)絡(luò)與電機連接，橋式驅(qū)動電路的輸入端連接比較器的輸出端，比較器的“ + ”輸入端接收主控制器的指令信號，比較器的輸入端串聯(lián)電容后連接定時器。
[0012]所述電機驅(qū)動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90A，工作電壓高達110V，三極管和主控制器之間光耦隔離。
[0013]所述主控制器、外圍接口模塊分別與電源連接。
[0014]所述主控制器采用ATMEGA128芯片。
[0015]所述電源電路帶過壓、過流、低壓、防反接保護，過壓保護采用PCKE18CA，過流保護采用2.6A可恢復保險絲LT260，低壓保護采用穩(wěn)壓模塊WRA1205，防反接保護采用防反接二極管 IN4007。
[0016]主控制器，用來接收來自外部傳感器、按鍵或其他部分的信息并進行判斷和處理，輸出控制信號控制電機、指示燈；
[0017]仿真器接口，用來連接仿真器，通過此接口即可以下載程序，又可以單步仿真、調(diào)試程序等。
[0018]復位電路，用來當單片機系統(tǒng)在運行中受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。
[0019]晶振電路，用來給單片機提供工作頻率。
[0020]AD采樣模塊，負責電流傳感器的模擬量數(shù)據(jù)采集，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸入主控制器。
[0021 ] 數(shù)字量采集模塊，負責紅外避障傳感器的數(shù)字量采集，輸入到主控制器。
[0022]串口驅(qū)動模塊，用來將無線發(fā)射接收模塊RS232信號轉(zhuǎn)換為主控制器的TTL信號。
[0023]外部按鍵采集模塊，用來采集外部按鍵的命令信號，設(shè)置內(nèi)部參數(shù)、外部命令。
[0024]外部指示燈驅(qū)動模塊，用來驅(qū)動數(shù)字量指示燈、串口驅(qū)動指示燈、外部按鍵指示燈的點亮和熄滅。
[0025]電機驅(qū)動電路，它連接至主控制器的PWM輸出口、DIR方向輸出口，用于在接收到微處理器的開關(guān)信號下控制驅(qū)動電路的上電/掉電和接收到PWM信號的控制下輸出驅(qū)動信號;
[0026]電機，它連接至所述電機驅(qū)動電路，用來在所述驅(qū)動信號的控制下按所需要的方向、速度和轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)；
[0027]電源電路，電源電路帶過壓、過流、低壓、防反接保護，向主控制器、外圍接口模塊、電機等各電路提供電源。
[0028]本實用新型的有益效果為:
[0029](I)采用高集成度驅(qū)動模塊，并由ATMEGA128單片機控制，帶過流、過載、過壓保護；這種自動壓接工具嵌入式控制系統(tǒng)自重輕、尺寸小、功耗低，適合電動工具的應用需要；
[0030](2)自行設(shè)計的嵌入式控制系統(tǒng)，自重輕、尺寸小、功耗低，適合自動工具的應用需要；
[0031](3)電源電路帶過壓、過流、低壓、防反接保護，可靠性高；
[0032](4)本控制系統(tǒng)可以進行無極變速，正反轉(zhuǎn)控制，控制靈活，可靠性高；采用模塊化設(shè)計，帶有各種外圍接口，可以方便接各種傳感器、驅(qū)動器等，功能強大。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是本實用新型控制器的組成圖；
[0034]圖2是本實用新型電機驅(qū)動器的電路圖；
[0035]圖3是本實用新型電流保護流程圖。
[0036]其中，1.主控制器，2.仿真器接口，3.復位電路，4.晶振電路，5.AD采樣模塊，
6.數(shù)字量采集模塊，7.電源模塊，8.串口驅(qū)動模塊，9.外部按鍵采集模塊，10.電機驅(qū)動模塊，11.外部指示燈驅(qū)動模塊。

【具體實施方式】
:
[0037]下面結(jié)合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。
[0038]如圖1所示，它包括主控制器1，它與仿真器接口 2連接，同時主控制器I還與復位電路3、晶振電路4連接；主控制器I還與外圍接口模塊AD采樣模塊5、數(shù)字量采集模塊6、串口驅(qū)動模塊8、外部按鍵采集模塊9、外部指示燈驅(qū)動模塊11、電機驅(qū)動模塊10連接；同時電機驅(qū)動電路10與電機連接，串口驅(qū)動模塊8與無線發(fā)射接收器連接，AD采樣模塊5與電流傳感器連接，數(shù)字量采集模塊6與紅外避障傳感器連接；主控制器1、各外圍接口模塊分別于電源模塊7連接。
[0039]當嵌入式控制器要向壓接工具發(fā)送控制命令時，主控制器I采集外部無線模塊、傳感器的數(shù)據(jù)，得到相應的控制指令，并交給電機驅(qū)動電路；電機驅(qū)動電路完成信號光耦隔離、功率放大后，驅(qū)動電機以一定速度、方向、扭矩轉(zhuǎn)動。
[0040]圖2中，電機驅(qū)動模塊10采用PWM功率驅(qū)動裝置，它利用大功率管的開關(guān)特性來調(diào)制直流電源，使其按固定的頻率通、斷。改變一個周期內(nèi)通、斷時間的長短，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載的電路稱為功率轉(zhuǎn)換電路，其余部分為控制電路。
[0041]功率轉(zhuǎn)換電路包括橋式驅(qū)動電路，它12v電源連接；輸出端通過RC阻容網(wǎng)絡(luò)與電機連接，以抑制瞬時泵升電壓的產(chǎn)生。電阻選用100歐姆2W，電容選擇100pf 100V。
[0042]控制電路改變脈沖占空比可以實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，但首先需要將控制轉(zhuǎn)速的指令信號轉(zhuǎn)換為具有相應占空比的脈沖信號。它包括555定時器，555定時器外接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電感串聯(lián)后接12V電源，這個兩個電感也與555定時器連接；比較器另一輸入端接指令信號，輸出端則輸出PWM信號到橋式驅(qū)動電路。
[0043]當控制指令信號電壓大于或等于三角波電壓時，輸出信號為比較器電源正電壓Ucc ;當控制指令信號小于三角波電壓時,輸出信號為電源地信號0V。
[0044]電流反饋電路包括電流傳感器，它接在橋式驅(qū)動電路的兩端，電流傳感器14兩端還分別經(jīng)過一個二極管接地，同時這兩端還分別通過電阻R2和電阻R3與運算放大器15 —端連接，電阻R2還凈電阻R4接地；運算放大器另一端經(jīng)過電阻Rl接地，同時該端還經(jīng)過電阻Rf與輸出端反饋連接，輸出端與主控制器連接。
[0045]它通過0.01歐姆精密電阻對電流取樣，取樣電流經(jīng)過單電源運算放大器LM324的相加和放大10倍后，接到主控制器的AD轉(zhuǎn)換接口。
[0046]圖3中，由于所采用的減速電機啟動和停止電流很大，可以通過改變加載電機兩端的電壓來實現(xiàn)加減速?；诤唵螌嵱每紤]，采用PWM占空比調(diào)速方式。而軟件的做法是通過設(shè)置ATMEGA128芯片內(nèi)部的寄存器來達到，且軟件調(diào)整量指標更高，調(diào)整更可靠、更方便、更準確。為了實現(xiàn)功率模塊的保護，當采集到過電流信號時，采用PWM輸出方式控制電機的輸入電壓來調(diào)節(jié)功率模塊的輸出電流。
[0047]上述雖然結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應該明白，在本實用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓帶電作業(yè)機器人用自動壓接工具嵌入式控制系統(tǒng)，其特征是:包括主控制器，所述主控制器連接AD采樣模塊，AD采樣模塊連接電流傳感器，主控制器連接有數(shù)字量采集模塊，數(shù)字量采集模塊連接紅外避障傳感器；主控制器通過仿真器接口連接仿真器，電機驅(qū)動電路的輸入端連接主控制器的PWM輸出口和DIR方向輸出口，電機驅(qū)動電路的輸出端連接電動機；所述主控制器連接串口驅(qū)動模塊，串口驅(qū)動模塊連接無線發(fā)射接收器；所述主控制器連接有外部按鍵采集模塊，外部按鍵采集模塊連接輸入設(shè)備；所述主控制器連接外部指示燈驅(qū)動模塊，外部指示燈驅(qū)動模塊連接指示燈。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高壓帶電作業(yè)機器人用自動壓接工具嵌入式控制系統(tǒng)，其特征是:所述電機驅(qū)動模塊，包括橋式驅(qū)動電路和定時器，其中，橋式驅(qū)動電路的輸出端通過RC阻容網(wǎng)絡(luò)與電機連接，橋式驅(qū)動電路的輸入端連接比較器的輸出端，比較器的“ + ”輸入端接收主控制器的指令信號，比較器的輸入端串聯(lián)電容后連接定時器。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高壓帶電作業(yè)機器人用自動壓接工具嵌入式控制系統(tǒng)，其特征是:所述主控制器還連接有復位電路、晶振電路和外圍接口模塊。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高壓帶電作業(yè)機器人用自動壓接工具嵌入式控制系統(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。
5.如權(quán)利要求1所述的一種高壓帶電作業(yè)機器人用自動壓接工具嵌入式控制系統(tǒng)，其特征是:所述串口驅(qū)動芯片選用集成度高的MAX3232，適用電壓3?5V，具有ESD保護功能。
6.如權(quán)利要求1所述的一種高壓帶電作業(yè)機器人用自動壓接工具嵌入式控制系統(tǒng)，其特征是:所述電機驅(qū)動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90A，工作電壓高達110V，三極管和主控制器之間光耦隔離。
7.如權(quán)利要求1所述的一種高壓帶電作業(yè)機器人用自動壓接工具嵌入式控制系統(tǒng)，其特征是:所述主控制器、外圍接口模塊分別與電源連接。
8.如權(quán)利要求1所述的一種高壓帶電作業(yè)機器人用自動壓接工具嵌入式控制系統(tǒng)，其特征是:所述主控制器采用ATMEGA128芯片。
9.如權(quán)利要求7所述的一種高壓帶電作業(yè)機器人用自動壓接工具嵌入式控制系統(tǒng)，其特征是:所述電源電路帶過壓、過流、低壓、防反接保護，過壓保護采用PCKE18CA，過流保護采用2.6A可恢復保險絲LT260，低壓保護采用穩(wěn)壓模塊WRA1205，防反接保護采用防反接二極管 IN4007。
【文檔編號】G05B19/042GK203950158SQ201420368611
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】楊再勇, 趙玉良, 龍家煥, 石祖昌, 楊丕波, 王安高, 何祖彬, 竇陳, 陶用偉, 鄧安平, 石玉祥, 楊立璽, 蔣友權(quán) 申請人:凱里供電局, 山東魯能智能技術(shù)有限公司