專利名稱：高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控扳手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高壓帶電作業(yè)電動(dòng)工具領(lǐng)域，特別涉及ー種聲控發(fā)送、接收無線信號(hào)并進(jìn)行電機(jī)電流閉環(huán)控制，以便控制高壓帶電作業(yè)機(jī)器人配電線路專用沖擊扳手的剪切速度、方向和轉(zhuǎn)矩的高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控扳手。
背景技術(shù)：
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)家都先后開展了帶電作業(yè)機(jī)器人的研究，我國(guó)也在2002年開始進(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)所用的扳手是高壓帶電作業(yè)機(jī)器人的專用作業(yè)工具之一，其主要功能是安裝、拆卸需要檢修的高壓帶電設(shè)備的螺紋聯(lián)接，為完成其它作業(yè)任務(wù)做好準(zhǔn)備。目前扳手應(yīng)用技術(shù)中，電動(dòng)扳手以電源或電源為動(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、手工按壓開關(guān)的形式，需要與エ件近距離、準(zhǔn)確定位操作，無法滿足高壓帶電安全規(guī)則要求，也無法應(yīng)用于機(jī)器人操作。并且，在目前高壓帶電作業(yè)機(jī)器人應(yīng)用中，主要采用主從式作業(yè)機(jī)器人，工作人員雙手操縱機(jī)器人的主手，已經(jīng)不方便再使用機(jī)械動(dòng)作驅(qū)動(dòng)機(jī)器人來完成作業(yè)工具的開啟和關(guān)閉。因此為高壓帶電作業(yè)機(jī)器人提供的電動(dòng)扳手必須具有以下特點(diǎn)適用機(jī)器人操作、可適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)高壓作業(yè)環(huán)境、可解放工作人員雙手并且可遠(yuǎn)程控制、利用沖擊機(jī)制輸出扭矩以方便操作。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)局公開的，申請(qǐng)?zhí)枮?2135135. X名稱為“高壓帶電作業(yè)機(jī)器人裝置”的專利、申請(qǐng)?zhí)枮?2267831. X名稱為“機(jī)器人高壓帶電作業(yè)裝置”的專利、申請(qǐng)?zhí)枮?00610043219. 5名稱為“帶電作業(yè)絕緣平臺(tái)”的專利，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用工具完成高壓帶電作業(yè)，但未能再對(duì)專用工具進(jìn)行具體、深入地研究及探索，更未能提供一種實(shí)施方案用于緊固和拆卸螺栓，使高壓帶電作業(yè)機(jī)器人無法充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，更無法拓展新領(lǐng)域、新應(yīng)用。申請(qǐng)?zhí)枮?00510105873. x名稱為“緊固裝置”的專利，《機(jī)械工程與自動(dòng)化》期刊2009年03期中的《自動(dòng)拆卸螺母機(jī)器人工具的機(jī)械設(shè)計(jì)與研究》，都提供了ー種可用于機(jī)器人的緊固裝置，但前者使用范圍只能限于對(duì)裝配生產(chǎn)線上的エ件進(jìn)行拆裝，后者限定于對(duì)輪轂結(jié)構(gòu)的螺母進(jìn)行自動(dòng)拆卸。此兩種形式體積偏大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜；并且為靜カ扭矩輸出形式，在裝配和拆卸中，需要有支點(diǎn)和反カ臂來克服工具產(chǎn)生的反カ矩，操作不方便；不具備遠(yuǎn)程控制特點(diǎn)；所以無法適應(yīng)高壓帶電現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境。申請(qǐng)?zhí)枮?01120113885. 8名稱為“遙控電動(dòng)噴槍”的專利，申請(qǐng)?zhí)?8233672. I為名稱為“電動(dòng)遙控千斤頂”的專利，都在應(yīng)用中提供了遙控操作的方案，但都為手工按壓按鈕，手動(dòng)完成遙控操作，其無意達(dá)到具有可解放工作人員雙手的特性，同樣無法為高壓帶電作業(yè)所參考。由此可見，高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用工具存在較大的技術(shù)缺失，此種現(xiàn)狀已經(jīng)嚴(yán)重制約著帶電作業(yè)機(jī)器人在電網(wǎng)中的實(shí)際應(yīng)用和推廣。發(fā)明 內(nèi)容本發(fā)明的目的在于解決下述問題，提供一種高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控扳手?？刂破鞑捎脽o線遙控的方式，聲控總成以ATMEGA128單片機(jī)作為主控制器，電源模塊具有過壓、過流、低壓、防反接保護(hù)功能，選用驅(qū)動(dòng)電流大的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，采用電流反饋保護(hù)方法，可以對(duì)高壓帶電作業(yè)機(jī)器人扳手進(jìn)行速度、方向和扭矩控制。這種聲控扳手通過聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，比手動(dòng)扳手更加安全、可靠，操作方便，滿足高壓帶電機(jī)器人作業(yè)任務(wù)的要求。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控扳手，它包括扳手主體，在扳手主體上設(shè)有聲控總成，它與聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器配合，聲控總成控制扳手主體的電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)裝置與沖擊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，沖擊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與安裝在扳手主體上的工作頭連接，驅(qū)動(dòng)工作頭運(yùn)動(dòng)；所述聲控總成包括安裝在盒體內(nèi)的微控制器，它與無線接收器連接，接收聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器的信號(hào)；微控制器輸出端與光隔離電路連接，光隔離電路與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路與電動(dòng)機(jī)連接；同時(shí)電動(dòng)機(jī)還與電流反饋電路輸入端連接，電流反饋電路輸出端與微控制器連接；微控器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路均與電源連接，電源設(shè)置在扳手主體內(nèi)；無線接收器與天線連接，盒體采用高導(dǎo)磁材料，盒體外殼上設(shè)有冷卻風(fēng)扇，盒體進(jìn)風(fēng)ロ設(shè)計(jì)盒體后側(cè)部，與風(fēng)扇出風(fēng)ロ形成風(fēng)道；在進(jìn)出風(fēng)ロ處布置金屬絲網(wǎng)、出線ロ布置導(dǎo)電橡膠，同時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路通過屏蔽電纜與電機(jī)相連，電源地線與電動(dòng)扳手工具主體相連；所述電流反饋電路包括電流傳感器、運(yùn)算放大器、比較器，電流傳感器采集電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的電流，送入運(yùn)算放大器，放大后的信號(hào)送入比較器，微控制器處理后控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路為PWM功率驅(qū)動(dòng)裝置，微控制器通過設(shè)置內(nèi)部寄存器調(diào)整脈沖占空比來調(diào)整平均電壓，向PWMO ロ傳遞速度控制信號(hào)；通過輸出高低電平，向DIR ロ傳遞電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向信號(hào)。PWMO信號(hào)通過光隔離U4輸入到三極管Q2基集，經(jīng)過ー級(jí)放大驅(qū)動(dòng)大功率MOS管Q4門極，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。DIR信號(hào)經(jīng)過光隔離U5輸入到三極管Q3控制繼電器7、8腳的上電掉電,來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。所述聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器包括聲音接收模塊，它與DSP連接，DSP依次與編碼芯片、載波振蕩電路和無線放大發(fā)射電路連接，DSP還與狀態(tài)指示單元以及電源連接。所述聲音接收模塊，包括主話筒、參考話筒、模擬放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路。主話筒、參考話筒與模擬放大電路相連，模擬放大電路與濾波電路相連，濾波電路與A/D轉(zhuǎn)換電路相連，A/D轉(zhuǎn)換電路與DSP相連。所述扳手主體包括外売、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、沖擊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作頭、電源開關(guān)、電源，電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)裝置、沖擊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作頭連接，電動(dòng)機(jī)通過電源開關(guān)與電源連接；扳手主體前端設(shè)有與作業(yè)機(jī)器人連接的機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)。所述傳動(dòng)裝置為減速機(jī)構(gòu),它采用ニ級(jí)齒輪減速結(jié)構(gòu),包括一級(jí)齒輪、ニ級(jí)齒輪、POM滑動(dòng)軸承；ー級(jí)齒輪為變位斜齒輪，ニ級(jí)齒輪為圓柱直齒輪，齒輪軸支撐為POM滑動(dòng)軸承，軸承嵌套在外殼殼體軸承室中。
所述沖擊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為內(nèi)滾珠螺旋槽沖擊機(jī)構(gòu)，包括傳動(dòng)輸出軸，工作彈簧、套管、鋼珠、主動(dòng)沖擊塊、從動(dòng)沖擊塊；傳動(dòng)軸一端與ニ級(jí)從動(dòng)齒輪聯(lián)接固定，另一端與套管鉚接，中部與圓錐滾子軸承配合，軸承卡合在殼體中支撐傳動(dòng)輸出軸；工作彈簧為壓縮彈簧，一端通過墊片壓于殼體擋槽，另一端壓在主動(dòng)沖擊塊端面上；套管內(nèi)圓與傳動(dòng)輸出軸鉚接，隨傳動(dòng)輸出軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，外圓加工螺旋槽；主動(dòng)沖擊塊內(nèi)圓加工螺旋槽，與套管的螺旋槽形成鋼珠活動(dòng)空間，滾子運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)沖擊塊前后運(yùn)動(dòng)，套管前部設(shè)計(jì)有主動(dòng)沖擊塊前移限位；從動(dòng)沖擊塊一端設(shè)計(jì)配合沖擊牙與主動(dòng)沖擊塊牙嚙合，另一端與工作頭輸出軸聯(lián)接固定，エ作頭為微動(dòng)萬向結(jié)構(gòu)套筒，沿套筒軸線小幅度角偏移。本發(fā)明所用外殼采用高強(qiáng)度工程塑料，設(shè)計(jì)有強(qiáng)度加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)、部件定位槽結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)軸支撐結(jié)構(gòu)；其中減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)齒輪軸支撐、采用潤(rùn)滑材料POM嵌套形成軸承室，屬于免潤(rùn)滑式滑動(dòng)軸承類型。電動(dòng)機(jī)采用永磁直流電動(dòng)機(jī)，由一件鎳鉻電池電源提供動(dòng)力，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)器部分控制轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)方向，電機(jī)本體卡合在外殼定位支撐中，可實(shí)現(xiàn)固定和有效緩沖振動(dòng)。所述DSP采用功能強(qiáng)大的TMS320C5535，編碼芯片采用PT2262，微控制器采用ATMEGA128 芯片。無線驅(qū)動(dòng)單元負(fù)責(zé)射頻信號(hào)的發(fā)射，調(diào)制編碼信號(hào)電路輸出端經(jīng)過載波振蕩電路和無線放大發(fā)射電路輸出調(diào)制載波編碼信號(hào)。編碼芯片負(fù)責(zé)射頻部分的調(diào)制編碼信號(hào)處理，以及對(duì)DSP的輸入處理以及狀態(tài)的輸出指示。聲音接收模塊和狀態(tài)指示単元，用來完成人機(jī)交互的工作，包括電機(jī)速度、電機(jī)方向和電機(jī)扭矩的控制。狀態(tài)指示單元完成信號(hào)發(fā)送狀態(tài)的指示。無線接收器，用于接收來自遙控器的無線信號(hào)，并進(jìn)行解碼處理，輸出到微控制器；微控制器，用來接收來自無線接收器或其他部分的信息并進(jìn)行判斷和處理；光隔離電路，它連接至微控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，用于接收微控制器的輸出控制
信號(hào);電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，它連接至光隔離電路，用于在接收到光隔離電路的控制下輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)；電動(dòng)機(jī)，它連接至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，用來在所述驅(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)；
電流反饋電路，由電流傳感器、運(yùn)算放大器和比較器構(gòu)成。通過電流傳感器采集電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的電流，經(jīng)過單電源運(yùn)算放大器放大和比較器后，接到微控制器I/o接ロ，以便輸出扭矩快速穩(wěn)定在要求水平。電源電路，電源電路帶過壓、過流、低壓、防反接保護(hù)，向微控制器、無線接收器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等各電路提供電源。電磁兼容試驗(yàn)，當(dāng)電壓在0-42KV范圍內(nèi)升壓、降壓和維持，高壓帶電作業(yè)機(jī)器人聲控遙控器、穩(wěn)壓芯片、無線接收模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、單片機(jī)等部件運(yùn)行正常，各項(xiàng)檢測(cè)功能工作正常。
為了適應(yīng)高壓帶電作業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的要求，本發(fā)明采用輸出電流大的驅(qū)動(dòng)模塊，并由ATMEGA128單片機(jī)控制，帶過流、過載、過壓保護(hù)。這種扳手通過聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，比手動(dòng)扳手更加安全、可靠，操作也更加方便，滿足了高壓帶電機(jī)器人作業(yè)任務(wù)的要求。
采用上述方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)一是采用了高集成度IC芯片和先進(jìn)的SMT表面元件貼裝エ藝以及獨(dú)特的屏蔽技術(shù)，使產(chǎn)品具有了超強(qiáng)的抗干擾能力和可靠性，可在十分嚴(yán)酷的電磁干擾環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。ニ是電動(dòng)扳手工具通過聲控遙控器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，比手動(dòng)工具安全可靠，并且讓工作人員雙手實(shí)現(xiàn)解放，増加操作安全性和方便性，滿足了高壓帶電機(jī)器人作業(yè)任務(wù)的要求。三是電源電路帶過壓、過流、低壓、防反接保護(hù)，可靠性高。四是遙控器可以進(jìn)行無極變速，正反轉(zhuǎn)控制，控制靈活，可靠性高。五是控制器帶有電流反饋控制，消除電動(dòng)扳手工具工作不穩(wěn)定對(duì)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。六是采用自適應(yīng)語音降噪技術(shù)，適合高壓帶電作業(yè)機(jī)器人野外嘈雜工作環(huán)境。 七是是電動(dòng)扳手工具控制器與其他工具控制通用，便于今后工具系列化。


圖I是本發(fā)明總成結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明通用遙控器的組成圖；圖3是聲音接收模塊的組成圖；圖4是本發(fā)明接收與電機(jī)控制器的組成圖；圖5是本發(fā)明電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖；圖6是本發(fā)明電流反饋電路圖；圖7是本發(fā)明軟件流程圖；圖8是本發(fā)明電磁兼容加壓過程圖。圖I中，I.電源，2.外殼，3.電動(dòng)機(jī)，4.聲控總成，5.天線，6.冷卻風(fēng)扇，7.指示燈，8.減速機(jī)構(gòu)，9.電源開關(guān)，10.沖擊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，11.機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)，12、工作頭，13. DSP，14.聲音接收模塊，14. I主話筒，14. 2模擬放大電路I，14. 3濾波電路I，14. 4A/D轉(zhuǎn)換電路I，14. 5參考話筒，14. 6模擬放大電路II，14. 7濾波電路II，14. 8A/D轉(zhuǎn)換電路II，15.狀態(tài)指示単元，16.編碼芯片，17.載波振蕩電路，18.無線放大發(fā)射電路，19.無線接收器，20.微控制器，21.光隔離電路，22.電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，23.電動(dòng)機(jī)，24.電流反饋回路，25.電流傳感器，26.運(yùn)算放大器，27.比較器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步說明。本發(fā)明由扳手本體、聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器和接收與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成；其中所述扳手主體如圖I所示，它包括外殼2，其上設(shè)計(jì)有加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)重量輕強(qiáng)度大，設(shè)計(jì)有定位槽結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)3、減速機(jī)構(gòu)8的齒輪軸、沖擊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10的圓錐軸承和輸出軸可在定位槽準(zhǔn)確定位，夕卜殼2由上下兩片殼體卡合后可完成牢靠固定。電動(dòng)機(jī)3主體裝配在定位槽中，輸出軸端部裝配減速機(jī)構(gòu)8的一級(jí)主動(dòng)齒輪，ー級(jí)主動(dòng)齒輪與一級(jí)從動(dòng)齒輪嚙合，實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)，一級(jí)從動(dòng)齒輪與ニ級(jí)主動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)為一體，兩端齒輪軸裝配在POM鑲嵌軸承中，實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑摩擦，ニ級(jí)從動(dòng)齒輪與傳動(dòng)輸出軸鍵連接，輸出扭矩。聲控總成4固定在外殼2上，包括天線5、冷卻風(fēng)扇6、指示燈7，進(jìn)風(fēng)ロ設(shè)計(jì)在聲控總成4殼體后側(cè)部，與風(fēng)扇出風(fēng)ロ形成有效風(fēng)道。沖擊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10，包括傳動(dòng)輸出軸、工作彈簧、套管、鋼珠、主動(dòng)沖擊塊、從動(dòng)沖擊塊，傳動(dòng)輸出軸中部裝配圓錐滾子軸承配合，軸承卡合在外殼殼體中承受傳動(dòng)輸出軸徑向壓カ和軸向推力；工作彈簧為壓縮彈簧，為主動(dòng)沖擊塊提供恒定推力；套管與傳動(dòng)輸出軸 鉚為一體，套管外圓螺旋槽主動(dòng)沖擊塊內(nèi)圓螺旋槽形成鋼珠活動(dòng)空間，裝配鋼珠；主動(dòng)沖擊塊牙與從動(dòng)沖擊塊的沖擊牙嚙合，從動(dòng)沖擊塊的另一端與動(dòng)カ輸出軸聯(lián)接固定。工作頭12為微動(dòng)萬向結(jié)構(gòu)套筒，設(shè)計(jì)有萬向節(jié)結(jié)構(gòu)，可沿套筒軸線小幅度角偏移，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人機(jī)械手爪操作與エ件的柔性對(duì)接。扳手主體裝配電源1，打開電源開關(guān)9，由遙控器控制啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)3，電動(dòng)機(jī)3輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)ー級(jí)主動(dòng)齒、一級(jí)從動(dòng)齒輪、ニ級(jí)主動(dòng)齒輪、ニ級(jí)從動(dòng)齒輪傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)輸出軸旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)輸出軸與套管一體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，套管與主動(dòng)沖擊塊中螺旋槽中滾珠沿滾道運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)主動(dòng)沖擊塊轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)主動(dòng)沖擊塊與從動(dòng)沖擊塊的沖擊牙嚙合，從動(dòng)沖擊塊帶動(dòng)動(dòng)カ輸出軸旋轉(zhuǎn)，完成旋轉(zhuǎn)動(dòng)カ輸出，驅(qū)動(dòng)工作頭帶動(dòng)エ件(如螺母/螺栓)旋轉(zhuǎn)；エ件在轉(zhuǎn)動(dòng)過程受到摩擦阻力，阻力由從動(dòng)沖擊塊傳遞給主動(dòng)沖擊塊，再傳遞給鋼珠，鋼珠帶動(dòng)套管與主動(dòng)沖擊塊克服彈簧壓力與鋼珠與螺旋槽的摩擦阻力向后運(yùn)動(dòng)，主動(dòng)沖擊塊與從動(dòng)沖擊塊脫開嚙合，從動(dòng)沖擊塊不再旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)沖擊塊仍在旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)過從動(dòng)沖擊塊的某個(gè)沖擊牙后，彈簧壓力驅(qū)使主動(dòng)沖擊塊瞬時(shí)前移，主動(dòng)沖擊塊與從動(dòng)沖擊塊再次嚙合，從動(dòng)沖擊塊帶動(dòng)動(dòng)動(dòng)カ輸出軸旋轉(zhuǎn)；エ件在轉(zhuǎn)動(dòng)過程將再次受到摩擦阻力，主動(dòng)沖擊塊與從動(dòng)沖擊塊將再次脫離，然后再次嚙合，如此反復(fù)循環(huán)將使エ件得到循環(huán)旋轉(zhuǎn)沖擊，完成緊固或拆卸工作。其中所述聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器如圖2所示，它包括DSP 13，它與人機(jī)接ロ單元連接，同時(shí)編碼芯片16還與無線驅(qū)動(dòng)單元連接；人機(jī)接ロ單元包括聲音接收模塊14和狀態(tài)指示單元15，它們分別與DSP 13連接。無線驅(qū)動(dòng)單元包括載波振蕩電路17，它的輸入端與編碼芯片16連接，輸出端與無線放大發(fā)射電路18輸入端連接。當(dāng)聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器要向扳手發(fā)送控制命令吋，DSP13根據(jù)采集聲音接收模塊14的數(shù)據(jù)，得到相應(yīng)的控制指令，并交給無線驅(qū)動(dòng)單元電路；無線驅(qū)動(dòng)單元電路完成調(diào)制、載波振蕩、功率放大后，將控制信號(hào)以射頻的形式發(fā)送出去。其中所述聲音接收模塊14如圖3所示，它包括主話筒14. I、參考話筒14. 5，它們分別與模擬放大電路114. 2、模擬放大電路II14. 6連接，模擬放大電路114. 2、模擬放大電路114. 6分別與濾波電路114. 3、濾波電路1114. 7電路連接，濾波電路114. 3、濾波電路1114. 7電路分別與A/D轉(zhuǎn)換電路114. 4、A/D轉(zhuǎn)換電路1114. 8相連。主話筒14. I、參考話筒14. 5用來接收來自操作者的語音命令,主話筒14. I獲得是ー個(gè)有用信號(hào)和一個(gè)不相關(guān)的噪聲信號(hào)的混合信號(hào)、參考話筒14. 5獲得是參考噪聲信號(hào)，經(jīng)過模擬放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換，將語音信號(hào)輸出到DSP 13。在DSP 13內(nèi)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)降噪算法，采樣率為8KHz，利用定時(shí)器中斷，每隔IOOus中斷一次，讀入兩路數(shù)據(jù)并進(jìn)行自適應(yīng)降噪算法處理，得到的有用信號(hào)，將此信號(hào)輸出給編碼芯片16。圖4中，所述聲控總成包括無線接收器19，無線接收器19與微控制器20，微控制器20通過光隔離電路21與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路22連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路22與電動(dòng)機(jī)3連接；同時(shí)，DSP 13、微控 制器20和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路22分別于電源I連接；電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路22通過電流反饋電路24與微控制器20構(gòu)成閉環(huán)連接。無線接收器19用于接收來自遙控器的無線信號(hào)，并進(jìn)行解碼處理，輸出到微控制器20 ;微控制器20用來接收來自無線接收器或其他部分的信息并進(jìn)行判斷和處理；光隔離電路21連接至微控制器20和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路22，用于接收微控制器20的控制下輸出控制信號(hào)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路22連接至光隔離電路21，用于接收到光隔離電路21的控制下輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)；電動(dòng)機(jī)2連接至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路22，用來在所述驅(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)；電流反饋電路24由電流傳感器25、運(yùn)算放大器26、比較器27構(gòu)成，它通過采集電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路22的電流，經(jīng)過單電源運(yùn)算放大器26、比較器27，接到微控制器20的I/O接ロ，以便輸出扭矩快速穩(wěn)定在要求水平；電源I帶過壓、過流、低壓、防反接保護(hù)，向所述兩個(gè)微控制器、無線接收器19、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路22等各個(gè)需要供電的電路提供電源。電流反饋電路24包括電流傳感器25、運(yùn)算放大器26、比較器27，電流傳感器25采集電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路22的電流，送入運(yùn)算放大器26、比較器27，比較后的信號(hào)送入微控制器20，微控制器20處理后控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路22。DSP 13采用功能強(qiáng)大的TMS320C5535，編碼芯片16采用PT2262芯片和微控制器20采用ATMEGA128芯片。圖5中，微控制器20通過設(shè)置內(nèi)部寄存器調(diào)整脈沖占空比來調(diào)整平均電壓，向PWMO ロ傳遞速度控制信號(hào)；通過輸出高低電平，向DIR ロ傳遞電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向信號(hào)。PWMO信號(hào)通過光隔離U4輸入到三極管Q2基集，經(jīng)過ー級(jí)放大驅(qū)動(dòng)大功率MOS管Q4門極，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。DIR信號(hào)經(jīng)過光隔離U5輸入到三極管Q3控制繼電器7、8腳的上電掉電,來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。圖6中，過電流保護(hù)電路由電流傳感器25、運(yùn)算放大器26、比較器27等構(gòu)成。通過電流傳感器25對(duì)MOS管電流取樣，取樣電壓經(jīng)過單電源運(yùn)算放大器26放大10倍后，與ー個(gè)2. 5V基準(zhǔn)值共同輸入到電壓比較器27，比較輸出電流是否超過25A。圖7中，編碼芯片16發(fā)出的編碼信號(hào)由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，解碼芯片接收到信號(hào)后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對(duì)后，VT腳才輸出高電平，與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平。流程圖采用外部中斷的方式來接收發(fā)射碼并進(jìn)行解碼獲得控制命令。如果有外部中斷輸入，設(shè)標(biāo)志，并進(jìn)行解碼。接收到“命令I(lǐng)開始”的語音信號(hào)，低速正轉(zhuǎn)，接收到“命令I(lǐng)停止”的語音信號(hào)，低速正轉(zhuǎn)停止；接收到“命令2開始”的語音信號(hào)，中速正轉(zhuǎn)，接收到“命令2停止”的語音信號(hào)，中速正轉(zhuǎn)停止；接收到“命令3開始”的語音信號(hào)，高速正轉(zhuǎn)，接收到“命令3停止”的語音信號(hào)，高速正轉(zhuǎn)停止；收到“命令4開始”的語音信號(hào)，低速反轉(zhuǎn)，接收到“命令4停止”的語音信號(hào)，低速反轉(zhuǎn)停止；接收到“命令5開始”的語音信號(hào)，中速反轉(zhuǎn)，接收到“命令5停止”的語音信號(hào)，中速反轉(zhuǎn)停止；接收到“命令6開始”的語音信號(hào)，高速反轉(zhuǎn)，接收到“命令6停止”的語音信號(hào)，高速反轉(zhuǎn)停止。圖8中，進(jìn)行了電磁兼容試驗(yàn)，當(dāng)電壓在0-42KV范圍內(nèi)升壓、降壓和維持，高壓帶電作業(yè)機(jī)器人遙控扳手遙控器、穩(wěn)壓芯片、無線接收模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、單片機(jī)等部件運(yùn) 行正常，各項(xiàng)檢測(cè)功能工作正常。
權(quán)利要求
1.一種高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控扳手，其特征是，它包括扳手主體，在扳手主體上設(shè)有聲控總成，它與聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器配合，聲控總成控制扳手主體的電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)裝置與沖擊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，沖擊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與安裝在扳手主體上的工作頭連接，驅(qū)動(dòng)工作頭運(yùn)動(dòng)； 所述聲控總成包括安裝在盒體內(nèi)的微控制器，它與無線接收器連接，接收聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器的信號(hào)；微控制器輸出端與 光隔離電路連接，光隔離電路與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路與電動(dòng)機(jī)連接；同時(shí)電動(dòng)機(jī)還與電流反饋電路輸入端連接，電流反饋電路輸出端與微控制器連接；微控器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路均與電源連接，電源設(shè)置在扳手主體內(nèi)；無線接收器與天線連接，盒體采用高導(dǎo)磁材料，盒體外殼上設(shè)有冷卻風(fēng)扇，盒體進(jìn)風(fēng)ロ設(shè)計(jì)盒體后側(cè)部，與風(fēng)扇出風(fēng)ロ形成風(fēng)道；在進(jìn)出風(fēng)ロ處布置金屬絲網(wǎng)、出線ロ布置導(dǎo)電橡膠，同時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路通過屏蔽電纜與電機(jī)相連，電源地線與電動(dòng)扳手工具主體相連； 所述電流反饋電路包括電流傳感器、運(yùn)算放大器、比較器，電流傳感器采集電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的電流，送入運(yùn)算放大器，放大后的信號(hào)送入比較器，微控制器處理后控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。
2.如權(quán)利要求I所述的高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控扳手，其特征是，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路為PWM功率驅(qū)動(dòng)裝置，微控制器通過設(shè)置內(nèi)部寄存器調(diào)整脈沖占空比來調(diào)整平均電壓，向PWMO ロ傳遞速度控制信號(hào)；通過輸出高低電平，向DIR ロ傳遞電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向信號(hào)。PWMO信號(hào)通過光隔離U4輸入到三極管Q2基集，經(jīng)過ー級(jí)放大驅(qū)動(dòng)大功率MOS管Q4門極，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。DIR信號(hào)經(jīng)過光隔離U5輸入到三極管Q3控制繼電器7、8腳的上電掉電，來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求I所述的高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控扳手，其特征是，所述聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器包括聲音接收模塊，它與DSP連接，DSP依次與編碼芯片、載波振蕩電路和無線放大發(fā)射電路連接，DSP還與狀態(tài)指示單元以及電源連接。
4.如權(quán)利要求3所述的高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控扳手，其特征是，所述聲音接收模塊，包括主話筒、參考話筒、模擬放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路。主話筒、參考話筒與模擬放大電路相連，模擬放大電路與濾波電路相連，濾波電路與A/D轉(zhuǎn)換電路相連，A/D轉(zhuǎn)換電路與DSP相連。
5.如權(quán)利要求I所述的高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控扳手，其特征是，所述扳手主體包括外殼、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、沖擊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作頭、電源開關(guān)、電源，電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)裝置、沖擊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作頭連接，電動(dòng)機(jī)通過電源開關(guān)與電源連接；扳手主體前端設(shè)有與作業(yè)機(jī)器人連接的機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5所述的高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控扳手，其特征是，所述傳動(dòng)裝置為減速機(jī)構(gòu)，它采用ニ級(jí)齒輪減速結(jié)構(gòu)，包括一級(jí)齒輪、ニ級(jí)齒輪、POM滑動(dòng)軸承；一級(jí)齒輪為變位斜齒輪，ニ級(jí)齒輪為圓柱直齒輪，齒輪軸支撐為POM滑動(dòng)軸承，軸承嵌套在外殼殼體軸承室中。
7.如權(quán)利要求I所述的高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控扳手，其特征是，所述沖擊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為內(nèi)滾珠螺旋槽沖擊機(jī)構(gòu)，包括傳動(dòng)輸出軸，工作彈簧、套管、鋼珠、主動(dòng)沖擊塊、從動(dòng)沖擊塊；傳動(dòng)軸一端與ニ級(jí)從動(dòng)齒輪聯(lián)接固定，另一端與套管鉚接，中部與圓錐滾子軸承配合，軸承卡合在殼體中支撐傳動(dòng)輸出軸；工作彈簧為壓縮彈簧，一端通過墊片壓于殼體擋槽，另一端壓在主動(dòng)沖擊塊端面上；套管內(nèi)圓與傳動(dòng)輸出軸鉚接，隨傳動(dòng)輸出軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，外圓加工螺旋槽；主動(dòng)沖擊塊內(nèi)圓加工螺旋槽，與套管的螺旋槽形成鋼珠活動(dòng)空間，滾子運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)沖擊塊前后運(yùn)動(dòng)，套管前部設(shè)計(jì)有主動(dòng)沖擊塊前移限位；從動(dòng)沖擊塊一端設(shè)計(jì)配合沖擊牙與主動(dòng)沖擊塊牙嚙合，另一端與工作頭輸出軸聯(lián)接固定，工作頭為微動(dòng)萬向結(jié) 構(gòu)套筒，沿套筒軸線小幅度角偏移。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用聲控扳手。它由扳手主體、聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器和聲控總成組成；其中所述扳手主體包括機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)、外殼、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、沖擊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作頭；所述聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器包括DSP，它與人機(jī)接口單元連接，同時(shí)DSP還與編碼芯片連接，編碼芯片與無線驅(qū)動(dòng)單元連接；所述聲控總成包括無線接收器，無線接收器與微控制器連接，微控制器通過光隔離電路與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路與電機(jī)連接；同時(shí)，聲控發(fā)射啟動(dòng)遙控器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路分別與電源連接；電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路通過電流反饋電路與微控制器構(gòu)成閉環(huán)連接。它安全、可靠，操作方便，滿足高壓帶電機(jī)器人作業(yè)任務(wù)的要求。
文檔編號(hào)H02P1/22GK102615617SQ20121009263
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者戚暉, 李健, 李運(yùn)廠, 趙玉良 申請(qǐng)人:山東電力研究院