CN203950158U - 高压带电作业机器人用自动压接工具嵌入式控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压带电作业机器人用自动压接工具嵌入式控制系统，包括主控制器，所述主控制器连接AD采样模块，AD采样模块连接电流传感器，主控制器连接有数字量采集模块，数字量采集模块连接红外避障传感器；主控制器通过仿真器接口连接仿真器，电机驱动电路的输入端连接主控制器的PWM输出口和DIR方向输出口，电机驱动电路的输出端连接电动机；还连接串口驱动模块，串口驱动模块连接无线发射接收器；所述主控制器连接有外部按键采集模块，外部按键采集模块连接输入设备；本实用新型可以进行无极变速，正反转控制，控制灵活，可靠性高；采用模块化设计，带有各种外围接口，可以方便接各种传感器、驱动器等，功能强大。

Description

高压带电作业机器人用自动压接工具嵌入式控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种高压带电作业机器人用自动压接工具嵌入式控制系统。

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工具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，然后用压接工具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，电动压接工具多已液压为动力，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。因此为自动压接工具提供控制器必须具有以下特点：自重轻、尺寸小、功耗低，适合电动工具的应用需要。采用模块化设计，具有开放性、可读性、可扩展性、可维护性，以便持续开发。

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工具的控制器系统，更无法拓展新领域、新应用。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种高压带电作业机器人用自动压接工具嵌入式控制系统，它以ATMEGA128作为主控制器，电源模块具有过压、过流、低压、防反接保护功能，选用集成度高的串口驱动芯片，采用8位的模拟量采集模块、8位数字量采集模块、PWM输出模块，压接工具控制器可以完成无线遥控、电机驱动等功能。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种高压带电作业机器人用自动压接工具嵌入式控制系统，包括主控制器，所述主控制器连接AD采样模块，AD采样模块连接电流传感器，主控制器连接有数字量采集模块，数字量采集模块连接红外避障传感器；主控制器通过仿真器接口连接仿真器，电机驱动电路的输入端连接主控制器的PWM输出口和DIR方向输出口，电机驱动电路的输出端连接电动机；所述主控制器连接串口驱动模块，串口驱动模块连接无线发射接收器；所述主控制器连接有外部按键采集模块，外部按键采集模块连接输入设备；所述主控制器连接外部指示灯驱动模块，外部指示灯驱动模块连接指示灯。

所述主控制器还连接有复位电路、晶振电路和外围接口模块。

所述AD采样模块是8通道、8位的高速转换器，采样电压范围0～5V。

所述串口驱动芯片选用集成度高的MAX3232，适用电压3～5V，具有ESD保护功能。

所述电机驱动模块，包括桥式驱动电路和定时器，其中，桥式驱动电路的输出端通过RC阻容网络与电机连接，桥式驱动电路的输入端连接比较器的输出端，比较器的“+”输入端接收主控制器的指令信号，比较器的“-”输入端串联电容后连接定时器。

所述电机驱动模块选用大功率三极管2SK2690，内部集成有CMOS控制电路和DMOS功率器件，连续输出电流达90A，工作电压高达110V，三极管和主控制器之间光耦隔离。

所述主控制器、外围接口模块分别与电源连接。

所述主控制器采用ATMEGA128芯片。

所述电源电路带过压、过流、低压、防反接保护，过压保护采用PCKE18CA，过流保护采用2.6A可恢复保险丝LT260，低压保护采用稳压模块WRA1205，防反接保护采用防反接二极管IN4007。

主控制器，用来接收来自外部传感器、按键或其他部分的信息并进行判断和处理，输出控制信号控制电机、指示灯；

仿真器接口，用来连接仿真器，通过此接口即可以下载程序，又可以单步仿真、调试程序等。

复位电路，用来当单片机系统在运行中受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。

晶振电路，用来给单片机提供工作频率。

AD采样模块，负责电流传感器的模拟量数据采集，并转换为数字量，输入主控制器。

数字量采集模块，负责红外避障传感器的数字量采集，输入到主控制器。

串口驱动模块，用来将无线发射接收模块RS232信号转换为主控制器的TTL信号。

外部按键采集模块，用来采集外部按键的命令信号，设置内部参数、外部命令。

外部指示灯驱动模块，用来驱动数字量指示灯、串口驱动指示灯、外部按键指示灯的点亮和熄灭。

电机驱动电路，它连接至主控制器的PWM输出口、DIR方向输出口，用于在接收到微处理器的开关信号下控制驱动电路的上电/掉电和接收到PWM信号的控制下输出驱动信号；

电机，它连接至所述电机驱动电路，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；

电源电路，电源电路带过压、过流、低压、防反接保护，向主控制器、外围接口模块、电机等各电路提供电源。

本实用新型的有益效果为：

(1)采用高集成度驱动模块，并由ATMEGA128单片机控制，带过流、过载、过压保护；这种自动压接工具嵌入式控制系统自重轻、尺寸小、功耗低，适合电动工具的应用需要；

(2)自行设计的嵌入式控制系统，自重轻、尺寸小、功耗低，适合自动工具的应用需要；

(3)电源电路带过压、过流、低压、防反接保护，可靠性高；

(4)本控制系统可以进行无极变速，正反转控制，控制灵活，可靠性高；采用模块化设计，带有各种外围接口，可以方便接各种传感器、驱动器等，功能强大。

附图说明

图1是本实用新型控制器的组成图；

图2是本实用新型电机驱动器的电路图；

图3是本实用新型电流保护流程图。

其中，1.主控制器，2.仿真器接口，3.复位电路，4.晶振电路，5.AD采样模块，6.数字量采集模块，7.电源模块，8.串口驱动模块，9.外部按键采集模块，10.电机驱动模块，11.外部指示灯驱动模块。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，它包括主控制器1，它与仿真器接口2连接，同时主控制器1还与复位电路3、晶振电路4连接；主控制器1还与外围接口模块AD采样模块5、数字量采集模块6、串口驱动模块8、外部按键采集模块9、外部指示灯驱动模块11、电机驱动模块10连接；同时电机驱动电路10与电机连接，串口驱动模块8与无线发射接收器连接，AD采样模块5与电流传感器连接，数字量采集模块6与红外避障传感器连接；主控制器1、各外围接口模块分别于电源模块7连接。

当嵌入式控制器要向压接工具发送控制命令时，主控制器1采集外部无线模块、传感器的数据，得到相应的控制指令，并交给电机驱动电路；电机驱动电路完成信号光耦隔离、功率放大后，驱动电机以一定速度、方向、扭矩转动。

图2中，电机驱动模块10采用PWM功率驱动装置，它利用大功率管的开关特性来调制直流电源，使其按固定的频率通、断。改变一个周期内通、断时间的长短，即改变输出电压的“占空比”，从而改变平均电压，控制输出功率。其结构可分为两大部分：从主电源将能量传递给负载的电路称为功率转换电路，其余部分为控制电路。

功率转换电路包括桥式驱动电路，它12v电源连接；输出端通过RC阻容网络与电机连接，以抑制瞬时泵升电压的产生。电阻选用100欧姆2W，电容选择1000pf100V。

控制电路改变脉冲占空比可以实现电动机转速的调节，但首先需要将控制转速的指令信号转换为具有相应占空比的脉冲信号。它包括555定时器，555定时器外接270pf的电容产生45KHZ的三角波。270pf的电容与比较器一输入端连接，该输入端还分别与连个电感串联后接12V电源，这个两个电感也与555定时器连接；比较器另一输入端接指令信号，输出端则输出PWM信号到桥式驱动电路。

当控制指令信号电压大于或等于三角波电压时，输出信号为比较器电源正电压Ucc；当控制指令信号小于三角波电压时，输出信号为电源地信号0V。

电流反馈电路包括电流传感器，它接在桥式驱动电路的两端，电流传感器14两端还分别经过一个二极管接地，同时这两端还分别通过电阻R2和电阻R3与运算放大器15一端连接，电阻R2还净电阻R4接地；运算放大器另一端经过电阻R1接地，同时该端还经过电阻Rf与输出端反馈连接，输出端与主控制器连接。

它通过0.01欧姆精密电阻对电流取样，取样电流经过单电源运算放大器LM324的相加和放大10倍后，接到主控制器的AD转换接口。

图3中，由于所采用的减速电机启动和停止电流很大，可以通过改变加载电机两端的电压来实现加减速。基于简单实用考虑，采用PWM占空比调速方式。而软件的做法是通过设置ATMEGA128芯片内部的寄存器来达到，且软件调整量指标更高，调整更可靠、更方便、更准确。为了实现功率模块的保护，当采集到过电流信号时，采用PWM输出方式控制电机的输入电压来调节功率模块的输出电流。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型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实用新型的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种高压带电作业机器人用自动压接工具嵌入式控制系统，其特征是：包括主控制器，所述主控制器连接AD采样模块，AD采样模块连接电流传感器，主控制器连接有数字量采集模块，数字量采集模块连接红外避障传感器；主控制器通过仿真器接口连接仿真器，电机驱动电路的输入端连接主控制器的PWM输出口和DIR方向输出口，电机驱动电路的输出端连接电动机；所述主控制器连接串口驱动模块，串口驱动模块连接无线发射接收器；所述主控制器连接有外部按键采集模块，外部按键采集模块连接输入设备；所述主控制器连接外部指示灯驱动模块，外部指示灯驱动模块连接指示灯。

2.如权利要求1所述的一种高压带电作业机器人用自动压接工具嵌入式控制系统，其特征是：所述电机驱动模块，包括桥式驱动电路和定时器，其中，桥式驱动电路的输出端通过RC阻容网络与电机连接，桥式驱动电路的输入端连接比较器的输出端，比较器的“+”输入端接收主控制器的指令信号，比较器的“-”输入端串联电容后连接定时器。

3.如权利要求1所述的一种高压带电作业机器人用自动压接工具嵌入式控制系统，其特征是：所述主控制器还连接有复位电路、晶振电路和外围接口模块。

4.如权利要求1所述的一种高压带电作业机器人用自动压接工具嵌入式控制系统，其特征是：所述AD采样模块是8通道、8位的高速转换器，采样电压范围0～5V。

5.如权利要求1所述的一种高压带电作业机器人用自动压接工具嵌入式控制系统，其特征是：所述串口驱动芯片选用集成度高的MAX3232，适用电压3～5V，具有ESD保护功能。

6.如权利要求1所述的一种高压带电作业机器人用自动压接工具嵌入式控制系统，其特征是：所述电机驱动模块选用大功率三极管2SK2690，内部集成有CMOS控制电路和DMOS功率器件，连续输出电流达90A，工作电压高达110V，三极管和主控制器之间光耦隔离。

7.如权利要求1所述的一种高压带电作业机器人用自动压接工具嵌入式控制系统，其特征是：所述主控制器、外围接口模块分别与电源连接。

8.如权利要求1所述的一种高压带电作业机器人用自动压接工具嵌入式控制系统，其特征是：所述主控制器采用ATMEGA128芯片。

9.如权利要求7所述的一种高压带电作业机器人用自动压接工具嵌入式控制系统，其特征是：所述电源电路带过压、过流、低压、防反接保护，过压保护采用PCKE18CA，过流保护采用2.6A可恢复保险丝LT260，低压保护采用稳压模块WRA1205，防反接保护采用防反接二极管IN4007。