一种高压带电作业机器人专用智能高枝锯的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种高压带电作业机器人专用智能高枝锯，由高枝锯主体、视觉定位系统、发射启动遥控器和遥控总成组成；其中所述高枝锯主体包括机械手夹持机构、外壳、电动机、减速机构、传动机构、叶片锯组成；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；它安全、可靠，操作方便，满足高压带电机器人作业任务的要求。
【专利说明】一种高压带电作业机器人专用智能高枝锯
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高压带电作业机器人专用智能高枝锯。
【背景技术】
[0002] 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高枝锯是高压带 电作业机器人的专用作业工具之一，其主要功能是切除高压线路附近树枝，避免因树枝靠 近线路造成接地事故。目前高枝锯应用技术中，电动高枝锯以电源为动力，应用方便和规格 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 提供的电动高枝锯必须具有以下特点：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。
[0003] 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 案用于高压线路除枝，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。 实用新型内容
[0004] 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高枝锯，该 装置通过智能化的发射启动遥控器进行远程控制，比手动高枝锯更加安全、可靠，操作方 便，满足高压带电机器人作业任务的要求。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] -种高压带电作业机器人专用智能高枝锯，包括高枝锯主体、遥控总成和与遥控 总成相配合的智能发射启动遥控器，其中：
[0007] 所述高枝锯主体，包括外壳、电动机、传动装置和锯片，电动机通过传动装置与锯 片连接，高枝锯主体前端设有与作业机器人连接的机械手加持机构，电动机通过电源开关 与电源连接；
[0008] 所述遥控总成包括控制盒，控制盒内安装有微控制器，微控制器与无线接收器，无 线接收器接受智能发射启动遥控器的信号，微控制器连接光隔离电路后连接电机驱动电 路，电机驱动电路连接电动机，无线接收器连接天线。
[0009] 所述传动装置为皮带传动，包括大带轮、小带轮和皮带，大带轮与锯片连接，小带 轮连接电动机，大带轮与小带轮通过皮带连接。
[0010] 所述发射启动遥控器，包括视觉定位系统，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，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。
[0011] 所述视觉定位系统连接人机接口单元、双目摄像机。
[0012] 所述人机接口单元，包括显示器、键盘和鼠标。
[0013] 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。
[0014] 本发明所用电池架采用铝合金材料，而且把电控控制盒和电池架集成一起，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。电池选用锂电池， 大大降低了电池的重量，减少了充电时间。电池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。
[0015] 夹持体采用直柄结构，大大扩大了操作人员的视野，便于操作人员作业。夹持体部 分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。
[0016] 视觉定位系统负责高枝锯的定位，双目摄像机数的信号输出经过工控机处理，发 送给发射启动遥控器。
[0017] 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 路和无线放大发射电路输出调制载波编码信号。
[0018] 无线接收器，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；
[0019] 工控机，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；
[0020] 电机驱动电路，用于在接收到光隔离电路的控制下输出驱动信号；
[0021] 电动机，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；
[0022] 电源电路，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。
[0023] 本发明的有益效果为：
[0024] 1.通过无线遥控技术，实现高枝锯工具的半智能化；
[0025] 2.高枝锯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；
[0026] 3.控制器带有电流反馈控制，消除高枝锯工具工作不稳定对控制系统动态性能的 影响；
[0027] 4.智能高枝锯工具控制器与其他工具控制通用，便于今后工具系列化。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1是本发明总成结构图；
[0029] 图2a是本发明智能遥控器的组成图；
[0030] 图2b是本发明智能遥控器的原理图；
[0031] 图3是本发明接收与电机控制器的组成图；
[0032] 图4是本发明软件处理流程图。
[0033] 其中：1.电池，2.控制盒，3.减速电机，4.传动皮带，5.手柄，6.锯片，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】
[0034] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0035] 如图1所示，本发明由高枝锯本体、智能发射启动遥控器和接收与电机驱动器组 成；
[0036] 高枝锯主体包括锂电池1为高枝锯提供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。
[0037] 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定位装置，确 保电池可靠供电。
[0038] 减速电机3,将直流电机与行星减速器集成为一体，直流电机为工具电机，便于调 速，具有很强的过载能力，行星减速器体积小重量轻，便于实现大减速比。将两者连接为一 体，实现工具电机动力单元模块化，便于互换与维护。
[0039] 传动皮带4,将减速电机动力传递给高枝锯锯片，采用带传动实现动力的远距离传 动，同时带传动对电机与锯片轴间公差要求较低，降低了加工难度，同时由于带传动具有过 载保护特性，可以有效避免因误操作造成设备损害。
[0040] 手柄5,采用人体工程学原理，便于操作人员抓取，同时起到减重作用。
[0041] 锯片6,采用硬质工具钢材料，表面热处理，具有良好强度和耐磨性。
[0042] 打开控制盒2的电源开关，减速电机3主轴旋转，通过传动皮带4将动力传递给锯 片，完成作业任务。电机启动、停止，加减速，正反转等通过控制盒2中的控制模块实现。
[0043] 其中所述智能发射启动遥控器如图2所示，它包括工控机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。
[0044] 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 到高枝锯的位置姿态信息，得到相应的控制指令，并交给无线驱动单元电路，实现智能高枝 锯的闭环伺服控制。
[0045] 如图3所示，所述声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。
[0046] 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。
[0047] 编码芯片10采用PT2262芯片和微控制器20采用ATMEGA128芯片。
[0048] 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。 [〇〇49] 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。
【权利要求】
1. 一种高压带电作业机器人专用智能高枝锯，其特征是：包括高枝锯主体、遥控总成 和与遥控总成相配合的智能发射启动遥控器，其中： 所述高枝锯主体，包括外壳、电动机、传动装置和锯片，电动机通过传动装置与锯片连 接，高枝锯主体前端设有与作业机器人连接的机械手加持机构，电动机通过电源开关与电 源连接； 所述遥控总成包括控制盒，控制盒内安装有微控制器，微控制器与无线接收器，无线接 收器接受智能发射启动遥控器的信号，微控制器连接光隔离电路后连接电机驱动电路，电 机驱动电路连接电动机，无线接收器连接天线。
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高枝锯，其特征是：所述传 动装置为皮带传动，包括大带轮、小带轮和皮带，大带轮与锯片连接，小带轮连接电动机，大 带轮与小带轮通过皮带连接。
3. 如权利要求1所述的一种高压带电作业机器人专用智能高枝锯，其特征是：所述发 射启动遥控器，包括视觉定位系统，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，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。
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高枝锯，其特征是：所述视 觉定位系统连接人机接口单元、双目摄像机。
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高枝锯，其特征是：所述人 机接口单元，包括显示器、键盘和鼠标。
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高枝锯，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。
【文档编号】G08C17/02GK104094779SQ201410257599
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2014年6月11日
【发明者】龙家焕, 戚晖, 石祖昌, 杨丕波, 杨再勇, 何祖彬, 窦陈, 王安高, 杨立玺, 蒋友权 申请人:凯里供电局, 山东鲁能智能技术有限公司