CN104037683A - 一种高压带电作业机器人专用智能压接钳 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压带电作业机器人专用智能压接钳，由压接钳主体、视觉定位系统、发射启动遥控器和遥控总成组成；其中所述智能压接钳主体包括机械手夹持部、锂电池、控制盒、电缸、下压模、上压模组成；所述视觉定位系统包括工控机，它与人机接口单元连接，同时工控机还与双目摄像机、发射启动遥控器连接；所述发射启动遥控器包括编码芯片，它与载波振荡电路连接，载波振荡电路与无线放大发射电路连接；所述遥控总成包括无线接收器，无线接收器与微控制器连接，微控制器通过光隔离电路与电机驱动电路连接，电机驱动电路与电机连接。本发明安全、可靠，操作方便，满足高压带电机器人修补导线作业任务的要求。

Description

一种高压带电作业机器人专用智能压接钳

技术领域

本发明涉及一种高压带电作业机器人专用智能压接钳。

背景技术

为了提高带电作业的自动化水平和安全性，减轻操作人员的劳动强度和强电磁场对人身的威胁，从上世纪起，许多国家都先后开展了带电作业机器人的研究，我国也在2002年开始进行高压带电作业机器人产品化样机的研制。高压带电作业所用的压接钳是高压带电作业机器人的专用作业工具之一，其主要功能是用开口套管，套在出现破损和断股的高压线路上，然后用压接钳压接使开口套管与导线产生塑性变形，达到修补导线的目的。

目前应用技术中，电动压接钳多已液压为动力，也有的采用电池供电，应用方便，规格型号也较多，但多为人工手持主体、手工按压开关的形式，需要与工件近距离、准确定位操作，无法满足高压带电安全规则要求，也无法应用于机器人操作。并且，在目前高压带电作业机器人应用中，主要采用主从式作业机器人，工作人员双手操纵机器人的主手，已经不方便再使用机械动作驱动机器人来完成作业工具的开启和关闭。因此为高压带电作业机器人提供的压接钳必须具有以下特点：适用机器人操作、可适应现场高压作业环境、可解放工作人员双手并且可远程控制、方便操作。

经对现有技术的文献检索发现，中华人民共和国国家知识产权局公开的，申请号为02135135.X名称为“高压带电作业机器人装置”的专利、申请号为02267831.X名称为“机器人高压带电作业装置”的专利、申请号为200610043219.5名称为“带电作业绝缘平台”的专利，都提出可采用机器人进行带电作业，也简单指出机器人可利用所夹持专用工具完成高压带电作业，但未能再对专用工具进行具体、深入地研究及探索，更未能提供一种实施方案用于压接钳修补导线，使高压带电作业机器人无法充分发挥其优势，更无法拓展新领域、新应用。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种高压带电作业机器人专用智能压接钳，本装置通过智能发射启动遥控器进行远程控制，比手动压接钳更加安全、可靠，操作方便，满足高压带电机器人作业任务的要求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高压带电作业机器人专用智能压接钳，包括压接钳主体、遥控总成和视觉定位系统，其中，压接钳主体包括电缸、机架、控制盒、下压模、上压模和夹持机构，机架上连接有电缸，电缸与下压模连接，与下压模配合的上压模固定于机架上，与作业机器人连接的夹持机构固定于机架的一侧，机架上连接有内部固定有遥控总成的控制盒；

所述遥控总成包括安装于控制盒内的微控制器，微控制器连接无线接收器，微控制器与光隔离电路连接，光隔离电路与电机驱动电路连接，电机驱动电路与电动机连接；

所述视觉定位系统，包括工控机，工控机依次与编码芯片、载波振荡电路和无线放大发射电路连接，工控机还与状态指示单元以及电源连接。

所述夹持机构，设有两个V型定位块，对平面刚体的3个自由度全面约束，V型定位块尺寸与机械手手爪尺寸配合。

所述下压模的端口为V型，与电缸连接，沿直线运动。

所述工控机与人机接口单元、双目摄像机连接，同时工控机还连接有与遥控总成相配合的发射启动遥控器。

所述无线接收器与天线连接，接收来自遥控器的无线信号，并进行解码处理，输出到微控制器。

所述微控制器连接电流反馈电路，电流反馈电路连接电机驱动电路，所述微控器、电机驱动电路均与电源连接，电源设置在压接钳主体内。

所述控制盒与机架的连接处设有机架接口，所述控制盒上设有电池接口。

所述控制盒采用高导磁材料，盒体外壳上设有冷却风扇，盒体进风口设计盒体后侧部，与风扇出风口形成风道；在进出风口处布置有金属丝网、出线口布置有导电橡胶，同时电机驱动电路通过屏蔽电缆与电动机相连，电源地线与压接钳主体相连。

所述人机接口单元包括显示器、键盘和鼠标。

本发明的有益效果为：

(1)采用双目摄像机图像预处理技术、近角点搜索方法，能快速定位压接钳的位姿，通过无线遥控技术，实现压接工具的半智能化；

(2)压接钳通过智能遥控器进行远程控制，并且让工作人员双手实现解放，增加操作安全性和方便性，满足了高压带电机器人作业任务的要求；

(3)微控制器带有电流反馈控制，消除压接工具工作不稳定对控制系统动态性能的影响；

(4)智能压接工具控制器与其他工具控制通用，便于今后工具系列化。

附图说明

图1是本发明总成结构图；

图2a是本发明智能遥控器的组成图；

图2b本发明智能遥控器的原理图；

图3是本发明接收与电机控制器的组成图；

图4是本发明软件处理流程图。

其中，1.电池，2.控制盒，3.电缸，4.下压模，5.上压模，6.夹持机构，7.工控机，8.显示器，9.键盘鼠标，10.编码芯片，11.载波振荡电路，12、无线放大发射电路，13.双目摄像机，18.电源，19.无线接收器，20.微控制器，21.光隔离电路，22.电机驱动电路，23.电动机，24.电流反馈电路。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种高压带电作业机器人专用智能压接钳，由压接钳本体、智能发射启动遥控器和接收与电机驱动器组成；

其中所述压接钳主体包括锂电池1为压接钳提供24V，3A直流电，重量轻，电池容量大，是目前电动工具标准电源，具有互换性。

控制盒2，将机架接口，电池接口，控制器安装功能集于一体。一方面控制盒通过定位止口与机架连接，机械结构紧凑可靠，控制器完全安装于控制盒内，金属控制盒起到屏蔽作用确保控制器在高压环境下运行安全可靠。控制盒电池接口具有定位夹紧装置，确保电池可靠供电。

电缸3，由脉冲电机带动滚珠丝杆转动，丝母直线运动，将电机旋转运动转换为直线运动，同时采集位置反馈实现位置控制。电缸与普通液压缸相比具有体积小、重量轻、效率高，节省电能，位置可控等优点。采用电缸作为动力原件，可以节约锂电池电能，结构紧凑，通过对电缸行程的位置控制，适应不同尺寸导线线径的修补作业。

下压模4，随电缸一起运动，采用V型块定位，定位可靠，表面进行热处理，具有较高强度与刚度，使用寿命长。

上压模5，与机架固连，和下压模配合，实现套管挤压动作，表面进行热处理，具有较高强度与刚度，使用寿命长。

夹持机构6，采用2个V型块定位，对平面刚体的3个自由度全面约束，定位可靠，V型块尺寸与机械手手爪尺寸配合，便于机械手可靠夹持，并承受较大扭矩。

将上压模5挂接在导线套管上，打开控制盒2的电源开关，电缸3根据导线直径自动调整压接行程，带动下压模4运动，完成修补导线作业任务。

本发明所用电池架采用铝合金材料，而且把电控控制盒2和电池架集成一起，减少了结构空间，电池架表面进行表面处理，提高了表面耐用度以及美感度。电池1选用锂电池，大大降低了电池的重量，减少了充电时间。电池1固定使用自行设计的插接定位结构，增加了其连接牢靠性，有效的防止电池脱落损坏。

夹持机构6采用直柄结构，大大扩大了操作人员的视野，便于操作人员作业。夹持机构6采用高硬度合金钢和表面处理，提高了夹持体部分耐用度和美观度，使机械臂夹持更加紧固牢靠。

压接钳主体将机架接口，电池接口，控制器安装功能集于一体。一方面控制盒通过定位止口与机架连接，机械结构紧凑可靠，控制器完全安装于控制盒内，金属控制盒起到屏蔽作用确保控制器在高压环境下运行安全可靠。控制盒电池接口具有定位夹紧定位装置，确保电池可靠供电。

如图2-图3所示，所述智能发射启动遥控器包括工控机7，它与人机接口单元连接，同时工控机7还与无线驱动单元连接；人机接口单元包括显示器8和键盘鼠标9，它们分别与工控机7连接。无线驱动单元包括载波振荡电路11，它的输入端与编码芯片10连接，输出端与无线放大发射电路12输入端连接。

系统通过双目摄像机13获取作业现场图像，工控机对获取图像进行分析处理，得到压接钳的位置姿态信息，得到相应的控制指令，并交给无线驱动单元电路，实现智能压接钳的闭环伺服控制。

所述遥控总成包括无线接收器19，无线接收器19与微控制器20，微控制器20通过光隔离电路21与电机驱动电路22连接，电机驱动电路22与电动机23连接；同时，微控制器20和电机驱动电路22分别于电源18连接；电机驱动电路22通过电流反馈电路24与微控制器20构成闭环连接。

无线接收器19用于接收来自遥控器的无线信号，并进行解码处理，输出到微控制器20；微控制器20用来接收来自无线接收器或其他部分的信息并进行判断和处理；光隔离电路21连接至微控制器20和电机驱动电路22，用于接收微控制器20的控制下输出控制信号；电机驱动电路22连接至光隔离电路21，用于接收到光隔离电路21的控制下输出驱动信号；电动机2连接至所述电机驱动电路22，用来在所述驱动信号的控制下按所需要的方向、速度和转矩旋转；电源18带过压、过流、低压、防反接保护，向所述两个微控制器、无线接收器19、电机驱动电路22等各个需要供电的电路提供电源。

编码芯片10采用PT2262芯片和微控制器20采用ATMEGA128芯片。

视觉定位系统负责压接钳的定位，双目摄像机17的信号输出经过工控机7处理，发送给发射启动遥控器。

发射启动遥控器负责射频信号的发射，调制编码信号电路输出端经过载波振荡电路11和无线放大发射电路12输出调制载波编码信号。

无线接收器19，用于接收来自遥控器的无线信号，并进行解码处理，输出到微控制器；

工控机7，用来接收来自双目摄像机或其他部分的信息并进行判断和处理；

电机驱动电路22，用于在接收到光隔离电路的控制下输出驱动信号；

电动机23，它连接至所述电机驱动电路22，用来在所述驱动信号的控制下按所需要的方向、速度和转矩旋转；

电源18，电源电路带过压、过流、低压、防反接保护，向微控制器、无线接收器、电机驱动电路等各电路提供电源。

如图4所示，编码芯片10发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平。流程图采用外部中断的方式来接收发射码并进行解码获得控制命令。如果有外部中断输入，设标志，并进行解码。接收到“命令1开始”的遥控信号，低速正转，接收到“命令1停止”的遥控信号，低速正转停止；接收到“命令2开始”的遥控信号，中速正转，接收到“命令2停止”的遥控信号，中速正转停止；接收到“命令3开始”的遥控信号，高速正转，接收到“命令3停止”的遥控信号，高速正转停止；收到“命令4开始”的遥控信号，低速反转，接收到“命令4停止”的遥控信号，低速反转停止；接收到“命令5开始”的遥控信号，中速反转，接收到“命令5停止”的遥控信号，中速反转停止；接收到“命令6开始”的遥控信号，高速反转，接收到“命令6停止”的遥控信号，高速反转停止。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种高压带电作业机器人专用智能压接钳，其特征是：包括压接钳主体、遥控总成和视觉定位系统，其中，压接钳主体包括电缸、机架、控制盒、下压模、上压模和夹持机构，机架上连接有电缸，电缸与下压模连接，与下压模配合的上压模固定于机架上，与作业机器人连接的夹持机构固定于机架的一侧，机架上连接有内部固定有遥控总成的控制盒；

所述遥控总成包括安装于控制盒内的微控制器，微控制器连接无线接收器，微控制器与光隔离电路连接，光隔离电路与电机驱动电路连接，电机驱动电路与电动机连接；

所述视觉定位系统，包括工控机，工控机依次与编码芯片、载波振荡电路和无线放大发射电路连接，工控机还与状态指示单元以及电源连接。

2.如权利要求1所述的一种高压带电作业机器人专用智能压接钳，其特征是：所述控制盒采用高导磁材料，盒体外壳上设有冷却风扇，盒体进风口设计盒体后侧部，与风扇出风口形成风道；在进出风口处布置有金属丝网、出线口布置有导电橡胶，同时电机驱动电路通过屏蔽电缆与电动机相连，电源地线与压接钳主体相连。

3.如权利要求2所述的一种高压带电作业机器人专用智能压接钳，其特征是：所述控制盒与机架的连接处设有机架接口，所述控制盒上设有电池接口。

4.如权利要求1所述的一种高压带电作业机器人专用智能压接钳，其特征是：所述夹持机构，设有两个V型定位块，对平面刚体的3个自由度全面约束，V型定位块尺寸与机械手手爪尺寸配合。

5.如权利要求1所述的一种高压带电作业机器人专用智能压接钳，其特征是：所述下压模的端口为V型，与电缸连接，沿直线运动。

6.如权利要求1所述的一种高压带电作业机器人专用智能压接钳，其特征是：所述工控机与人机接口单元、双目摄像机连接，同时工控机还连接有与遥控总成相配合的发射启动遥控器。

7.如权利要求1所述的一种高压带电作业机器人专用智能压接钳，其特征是：所述无线接收器与天线连接，接收来自遥控器的无线信号，并进行解码处理，输出到微控制器。

8.如权利要求1所述的一种高压带电作业机器人专用智能压接钳，其特征是：所述微控制器连接电流反馈电路，电流反馈电路连接电机驱动电路，所述微控器、电机驱动电路均与电源连接，电源设置在压接钳主体内。