专利名称：具有断电双自锁功能的爬壁机器人控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种机器人控制电路，用于进行爬壁机器人控制，尤其适用于大负载爬壁机器人断电自锁功能。
背景技术：
爬壁机器人在石化、核电站、船舶、以及高楼 外壁清洗等领域获得了广泛的应用与发展。而爬壁机器人控制电路在爬壁机器人中扮演着“机器人大脑”的角色，主要起到爬壁机器人位置探測，路径规划，运动控制，人机交互等功能。爬壁机器人控制电路随着人工智能、计算机科学、传感器技术等的发展获得了长足发展。大负载爬壁机器人控制电路是ー种非自主机器人控制电路，机器人采用人工遥控控制，其主要的控制要求是系统稳定可靠，机器人在任何情况下都不能滑落。目前爬壁机器人主要采用磁吸附和真空负压吸附，解决机器人掉电滑落问题主要是采用设计冗余吸附力，设计安全锁等。这种方法不但增加了机器人自重，安全锁也不能掉电自动开启，并非绝对安全可靠。中国专利CN 101704241 A公开ー种船舶壁面除锈爬壁机器人及其工作方法，该专利涉及ー种船舶壁面除锈机器人及其工作方法，其设计了左右安全栓，可以手动锁定机器人，防止其滑落，但是不能实现掉电自锁。中国专利CN 101896320 A公开的具有冗余紧急制动电路的エ业机器人，该专利涉及ー种具有机器人臂的エ业机器人，可以在紧急制动时使得电动机短接，但是不能实现掉电自锁。现有机器人控制电路并没有针对爬壁机器人掉电滑落问题的设计，本发明提出的ー种具有断电双自锁功能的爬壁机器人控制电路完成了针对爬壁机器人掉电滑落问题的电路设计，解决了现有技术缺陷。
发明内容
本发明的目的是为了解决爬壁机器人掉电滑落的问题，提供ー种具有断电双自锁功能的爬壁机器人控制电路，可实现爬壁机器人掉电双自锁功能，包括驱动电机锁止与爬壁机器人履带锁止。双自锁功能掉电自动进行，无需控制信号，结构简单，稳定可靠。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
具有断电双自锁功能的爬壁机器人控制电路，包括第一驱动电机、第二驱动电机、第一编码器、第二编码器、24V电源、5V电源、第一电机锁止电路、第二电机锁止电路、第一电机驱动器、第二电机驱动器、上位机单片机系统、IXD屏、第一无线通讯模块、第二无线通讯模块、操作手柄、履带自锁电路、履带锁止装置、锁止弹簧。所述的第一驱动电机尾部安装第一编码器，第一编码器输出信号与第一电机驱动器encoder端ロ相连，第一驱动电机经过第一电机锁止电路与第一电机驱动器相连。所述的第二驱动电机尾部安装第二编码器，第二编码器输出信号与第二电机驱动器encoder端ロ相连，第二驱动电机经过第二电机锁止电路与第二电机驱动器相连。所述上位机单片机系统通过单片机1/0，PWM端ロ与第一电机驱动器控制信号端口和第二电机驱动器控制信号端ロ相连，上位机单片机系统与IXD屏连接，其单片机RS232串ロ模块通过第一无线通讯模块和第二无线通讯模块，与操作手柄无线连接，履带自锁电路包含一个电磁鉄，与履带锁止装置相连，履带锁止装置另ー侧与锁止弹簧相连。本发明的有益效果是本发明实现了ー种具有断电自锁功能的爬壁机器人电路，可以在上电情况下，电机锁止电路将电机驱动器硬件使能，同时锁止电路失效，让电机处于正常工作状态，履带自锁电路处于失效状态，履带锁止装置松开，机器人履带可自由运动，操纵者可通过操作手柄控制爬壁机器人运作；掉电情况下，电机锁止电路将电机两接线端短接，实现电机锁止，同时实现电机驱动器硬件不便能，防止突然上电烧毁电机驱动器，履带自锁电路处于工作状态，爬壁机器人履带被履带锁止装置锁止，防止滑落；电路可实现驱动电机锁止与爬壁机器人履带锁止双自锁，防止爬壁机器人滑落，双自锁功能掉电自动进行，无需控制信号，结构简单，稳定可靠。
图I是本发明的控制电路框图；· 图2是本发明的电机锁止和履带自锁电路图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进ー步的说明。如图I和图2所不,本发明包括第一驱动电机I和第二驱动电机26,输出轴的另ー端分别安装第一编码器2和第二编码器27。第一驱动电机正接线端7和第一驱动电机负接线端8经过第一电机锁止电路9与第一电机驱动器MOTOR端ロ 13相连，第一编码器2将采集的速度信息通过第一编码器接ロ 39与第一电机驱动器接ロ 41，传达给第一电机驱动器11的encoder端ロ 15 ;第二驱动电机正接线端30和第二驱动电机负接线端31经过第二电机锁止电路32与第二电机驱动器MOTOR端ロ 36相连，第二编码器27将采集的速度信息通过第二编码器接ロ 40与第二电机驱动器接ロ 42，传达给第二电机驱动器34的encoder端ロ 38。上位机单片机系统16通过单片机1/0，PWM端ロ 17与第一电机驱动器控制信号端ロ14、第二电机驱动器控制信号端ロ 37相连，上位机单片机系统16与IXD屏18连接，其单片机RS232串ロ模块19通过第一无线通讯模块20和第二无线模块22，与操作手柄21无线连接。履带自锁电路23包含ー个电磁铁44，与履带锁止装置24相连，履带锁止装置24另ー侧与锁止弹簧25相连，其设计采用继电器43的常开触点来控制电磁铁44的24V电源3供电，继电器43采用5V电源4供电，这样的设计使得电路无论是在5V电源4或者24V电源3失效的情况下，都能实现履带自锁。电机锁止电路部分具体连接如图2所示，第一驱动电机正接线端7与第一驱动电机负接线端8连接至第一继电器常闭开关6两端，第一继电器延时闭合开关5将5V电源4与第一电机驱动器EN端ロ 12相连，第一继电器线圈10与24V电源3直接相连；第二驱动电机正接线端30与第二驱动电机负接线端31连接至第二继电器常闭开关29两端，第二继电器延时闭合开关28将5V电源4与第二电机驱动器EN端ロ 35相连，第二继电器线圈33与24V电源3直接相连。其中第一编码器接ロ 39和第二编码器接ロ 40分别各包含+5V，L_A+，L_A-，L_B+，L_B，GND这六个端ロ，它们分别与第一电机驱动器接ロ和第二电机驱动器接ロ 10，9，8，7，6，5，I号端ロ相连，第一驱动电机正接线端7和第一驱动电机负接线端8与第一电机驱动器接ロ 3，2端ロ(motor+, motor-)相连；第二驱动电机正接线端30和第二驱动电机负接线端31与第二电机驱动器接ロ 3，2端ロ(motor+, motor-)相连。上电情况下，履带自锁电路23电磁铁44工作，克服锁止弹簧25推力吸合履带锁止装置24，将其与履带链条脱开，实现解锁。第一电机锁止电路9中第一继电器线圈10上电工作，第一继电器常闭开关6断开，第一驱动电机正接线端7与第一驱动电机负接线端8不短接，第一驱动电机I处于正常待运作状态，此时第一驱动电机正接线端7和第一驱动电机负接线端8与第一电机驱动器MOTOR端ロ 13相连；同时第一继电器延时闭合开关5闭合，5V电源4与第一电机驱动器EN端ロ 12短接，此时第一电机驱动器11硬件使能；第二电机锁止电路32中第二继电器线圈33上电工作，第二继电器常闭开关29断开，第二驱动电机正接线端30与第二驱动电机负接线端31不短接，第二驱动电机26处于正常待运作状态，此时第二驱动电机正接线端30和第二驱动电机负接线端31与第二电机驱动器MOTOR端ロ 36相连；同时第二继电器延时闭合触点28闭合，5V电源4与第二电机驱动器EN端ロ35短接，此时第二电机驱动器34硬件使能；上位机单片机系统16通过单片机1/0，PWM端·ロ 17向第一电机驱动器控制信号端ロ 14、第二电机驱动器控制信号端ロ 37发送指令即可驱动电机运作。操作手柄21将操纵者的操作指令通过第二无线通讯模块22传输第一无线通讯模块20被单片机RS232串ロ模块19识别后提供给上位机单片机系统16，单片机接受操作指令后，转化为电机控制指令，控制电机正反转与转速。第一、第二编码器将电机的转速信息通过第一、第二编码器接ロ反馈给第一、第二电机驱动器，实现电机的速度闭环。此夕卜，上位机单片机系统16将机器人的运行状态显示在IXD屏18上，提供给操纵者。如果遇到意外突然掉电，此时履带自锁电路23掉电，电磁铁44掉电停止工作，失去吸合力，锁止弹簧25推动履带锁止装置24卡死履带链条，将履带锁止。履带自锁电路23采用继电器43的常开触点来控制电磁铁44的24V电源3供电，继电器43采用5V电源4供电，这样的设计使得电路无论是在5V电源4或者24V电源3失效的情况下，都能实现履带自锁。第一电机锁止电路9中第一继电器线圈10掉电停止工作，第一继电器常闭开关6闭合，第一驱动电机正接线端7与第一驱动电机负接线端8短接，第二电机锁止电路32中第二继电器线圈33掉电停止工作，第二继电器常闭开关29闭合，第二驱动电机正接线端30与第二驱动电机负接线端31短接，第一驱动电机I和第二驱动电机26利用反向电动势实现掉电锁止，处于自锁状态；同时第一继电器延时闭合开关5断开，5V电源4与第一电机驱动器EN端ロ 12断开，第二继电器延时闭合开关28断开，5V电源4与第二电机驱动器EN端ロ 35断开，此时第一电机驱动器11和第二电机驱动器34硬件不便能，防止突然上电时第ー电机驱动器11和第二电机驱动器34输出端短路，避免第一电机驱动器11和第二电机驱动器34烧毁。该双自锁功能掉电自动进行，无需控制信号，结构简单，稳定可靠。
权利要求
1.具有断电双自锁功能的爬壁机器人控制电路，包括第一驱动电机(I)、第二驱动电机(26)、第一编码器(2)、第二编码器(27)、24V电源(3)、5V电源(4)、第一电机锁止电路(9)、第二电机锁止电路(32)、第一电机驱动器(11)、第二电机驱动器(34)、上位机单片机系统(16)、IXD屏(18)、第一无线通讯模块(20)、第二无线通讯模块(22)、操作手柄(21)、履带自锁电路(23)、履带锁止装置(24)、锁止弹簧(25)，其特征在于 所述的第一驱动电机(I)尾部安装第一编码器(2)，第一编码器(2)输出信号与第一电机驱动器encoder端口(15)相连，第一驱动电机⑴经过第一电机锁止电路(9)与第一电机驱动器(11)相连； 所述的第二驱动电机(26)尾部安装第二编码器(27)，第二编码器(27)输出信号与第二电机驱动器encoder端口(38)相连，第二驱动电机(26)经过第二电机锁止电路(32)与第二电机驱动器(34)相连； 所述上位机单片机系统(16)通过单片机1/0，PWM端口(17)与第一电机驱动器控制信号端口(14)和第二电机驱动器控制信号端口(37)相连，上位机单片机系统(16)与LCD屏(18)连接，其单片机RS232串口模块(19)通过第一无线通讯模块(20)和第二无线通讯模块(22)，与操作手柄(21)无线连接，履带自锁电路(23)包含一个电磁铁，与履带锁止装置(24)相连，履带锁止装置(24)另一侧与锁止弹簧(25)相连。
2.根据权利要求I所述的具有断电双自锁功能的爬壁机器人控制电路，其特征在于所述第一电机锁止电路(9)包含第一继电器线圈(10)、第一继电器常闭开关￠)、第一继电器延时闭合开关(5)，第一继电器线圈(10)与24V电源(3)直接相连，第一继电器常闭开关(6)与第一驱动电机正接线端(7)和第一驱动电机负接线端(8)相连，第一继电器延时闭合开关(5)将5V电源⑷与第一电机驱动器EN端口(12)相连。
3.根据权利要求I所述的具有断电双自锁功能的爬壁机器人控制电路，其特征在于所述第二电机锁止电路(32)包含第二继电器线圈(33)、第二继电器常闭开关(29)、第二继电器延时闭合开关(28)，第二继电器线圈(33)与24V电源(3)直接相连，第二继电器常闭开关(29)与第二驱动电机正接线端(30)和第二驱动电机负接线端(31)相连，第二继电器延时闭合开关(28)将5V电源⑷与第二电机驱动器EN端口(35)相连。
4.根据权利要求I所述的具有断电双自锁功能的爬壁机器人控制电路，其特征在于采用爬壁机器人掉电双自锁电路设计，在掉电情况下，第一电机锁止电路(9)可保证第一驱动电机正接线端(7)与第一驱动电机负接线端(8)短接，第二电机锁止电路(32)可保证第二驱动电机正接线端(30)与第二驱动电机负接线端(31)短接，实现驱动电机自锁；同时履带自锁电路(23)掉电，电磁铁复位，锁止弹簧(25)推动履带锁止装置(24)实现履带锁止。
全文摘要
本发明公开了一种具有断电双自锁功能的爬壁机器人控制电路。本发明包括第一驱动电机、第二驱动电机、第一编码器、第二编码器、24V电源、5V电源、第一电机锁止电路、第二电机锁止电路、第一电机驱动器、第二电机驱动器、上位机单片机系统、LCD屏、第一无线通讯模块、第二无线通讯模块、操作手柄、履带自锁电路、履带锁止装置、锁止弹簧。本发明可实现驱动电机锁止与爬壁机器人履带锁止双自锁，防止爬壁机器人滑落，双自锁功能掉电自动进行，无需控制信号，结构简单，稳定可靠。
文档编号H02H3/24GK102785718SQ20121027203
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月1日 优先权日2012年8月1日
发明者俞坚才, 冷建兴, 叶延英, 周鑫, 陈鹰, 黄豪彩 申请人:浙江大学