變電站帶電水沖洗機器人液壓伺服驅動系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種變電站帶電水沖洗機器人液壓伺服驅動系統，包括：6路液壓伺服閥驅動器和1路手爪部分驅動器分別通過25線連接器與變電站帶電水沖洗機器人連接；每一路液壓伺服閥驅動器包括：輸入信號經第一調理電路接入第一加法器的第一輸入端，第一加法器的輸出端依次經過第一比例放大電路和第一電流轉換電路接入25線連接器，所述25線連接器輸出反饋信號接入第二調理電路，所述第二調理電路的輸出端接入第一加法器的第二輸入端；本實用新型有益效果：針對變電站水沖洗機器人的控制需要,對變電站水沖洗機器人的運行進行有效的伺服控制；設計一系列的保護措施，充分保證了機器人的安全運行。
【專利說明】變電站帶電水沖洗機器人液壓伺服驅動系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及變電站水沖洗機器人領域，尤其涉及一種變電站帶電水沖洗機器人液壓伺服驅動系統。
【背景技術】
[0002]變電站設備因在戶外運行，設備表面形成污穢層，遇潮濕極易發生污閃，造成大面積停電事故。需定期對變電站絕緣子等設備表面上的污物進行帶電清洗。傳統的清洗方法大多是由清洗技術人員手持沖洗設備進入現場進行作業，人工沖洗不僅依賴于天氣情況，還需要清洗人員具備較高技術水平及熟練的操作流程，對絕緣子進行帶電水沖洗時需要高規格的安全防護，以避免短路電流造成的安全事故，引發人員傷亡，這類作業方式存在安全隱患；因此，帶電水沖洗機器人應運而生。
[0003]帶電水沖洗機器人有6個自由度及手爪組成，由液壓源驅動，液壓伺服閥控制。為能夠控制水沖洗機器人的運動，需對其各關節的液壓伺服閥進行有效控制，以便精確控制機器人的沖洗位置。現有的機器人伺服驅動系統存在如下缺陷:
[0004](1)現有的液壓伺服驅動系統不能精確控制各關節的運動，并且關節在運動過程中，經常容易出現抖動或者因為電流過大而損壞內部設備的情況。
[0005](2)在遇到電壓過大時，極易損害伺服閥線圈，造成了使用成本的增加。
[0006](3)液壓伺服閥存在零點泄漏，在斷電和液壓卸荷時，機器人機械臂不能立即停止運動，常常會出現顫抖現象。
實用新型內容
[0007]本實用新型提供了一種變電站帶電水沖洗機器人液壓伺服驅動系統，該系統針對7自由度液壓水沖洗機器人的伺服控制器，能夠驅動和控制液壓伺服閥的運行，進而控制機器人的運行。
[0008]為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0009]一種變電站帶電水沖洗機器人液壓伺服驅動系統，包括:多路液壓伺服閥驅動器、手爪部分驅動器和連接器；所述每一路液壓伺服閥驅動器和手爪部分驅動器分別與連線器連接，所述連線器分別連接變電站帶電水沖洗機器人的電磁閥和伺服閥。
[0010]所述多路液壓伺服閥驅動器為6路液壓伺服閥驅動器；所述每一路液壓伺服閥驅動器包括:輸入信號經第一調理電路接入第一加法器的第一輸入端，第一加法器的輸出端依次經過第一比例放大電路和第一電流轉換電路接入25線連接器，所述25線連接器輸出反饋信號接入第二調理電路，所述第二調理電路的輸出端接入第一加法器的第二輸入端；
[0011]所述第一比例放大電路還與第一放大倍數調節電路連接，所述第一電流轉換電路還與第一限流電路連接；所述第一加法器還與第一零點調節電路連接。
[0012]所述手爪部分驅動器包括:
[0013]輸入信號經過第三調理電路接入第二加法器的第一輸入端，第二加法器的輸出端依次經過第二比例放大電路和第二電流轉換電路接入25線連接器，所述25線連接器輸出反饋信號接入第四調理電路，所述第四調理電路的輸出端經過光MOS繼電器后接入第二加法器的第二輸入端；
[0014]所述第二比例放大電路還與第二放大倍數調節電路連接，所述第二電流轉換電路還與第二限流電路連接；所述第二加法器還與第二零點調節電路連接。
[0015]所述6路液壓伺服閥驅動器中的3路液壓伺服閥驅動器集成在一塊3路液壓伺服閥驅動電路板上，另外3路液壓伺服閥驅動器和1路手爪部分驅動器集成在一塊4路液壓伺服閥驅動電路板上，所述兩塊電路板通過插座軟線連接。
[0016]所述3路液壓伺服閥驅動電路板還包括:供電電源和電磁閥控制開關；所述電磁閥控制開關用于控制電磁閥的通斷；
[0017]所述供電電源與電磁閥控制開關的一端連接，電磁閥控制開關的另一端接端子；若所述端子接地，則電磁閥接通，液壓接入機械臂，若所述端子空置，則電磁閥斷開，液壓斷開。
[0018]所述第一調理電路或者第二調理電路為由運放構成的射隨器，起阻抗變換功能。
[0019]所述零點調節電路和比例放大電路具體為:
[0020]比例放大器U2的正向輸入端端經電阻R2后接地，比例放大器U2的反向輸入端經電阻R1連接反饋信號Ui2，比例放大器U2的輸出端依次串聯電阻R4、放大器倍數調節電位器W1后與反向輸入端連接，比例放大器U2的反向輸入端經電阻R3與零點調節電位器連接。
[0021]所述限流電路具體為:
[0022]三極管Q1的基極依次串聯二極管D1、二極管D2和電阻R5后與三極管Q1的發射極連接，三極管Q1的基極經過電阻R6與三極管Q1的集電極連接。
[0023]本實用新型的有益效果:
[0024]1.針對變電站水沖洗機器人的控制需要，對變電站水沖洗機器人的運行進行有效的伺服控制。
[0025]2.為使變電站水沖洗機器人能夠安全運行，設計一系列的保護措施，充分保證了機器人的安全運行，具體包括:使用限流電路，可以防止反饋電壓過大，保護液壓伺服閥線圈的使用安全；使用靜態零點調整，可以準確調節機器人機械臂的靜態零點；加入放大倍數調整，通過調整輸出電壓倍率控制輸出電流，控制機器人的關節運動速度。
[0026]使用光M0S繼電器，光M0S繼電器由光電二極管信號控制,而非線圈控制,并且繼電器導通電阻小，能夠起到電路通斷作用，同時保證電路中不會產生電磁干擾。
[0027]3.系統不僅能夠應用于變電站水沖洗機器人的伺服控制，還可應用到相關的液壓驅動機器人的伺服驅動控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1為本實用新型液壓伺服閥驅動器結構示意圖；
[0029]圖2為本實用新型手爪部分結構示意圖；
[0030]圖3為本實用新型3路液壓伺服閥驅動電路板結構示意圖；
[0031]圖4為本實用新型4路液壓伺服閥驅動電路板結構示意圖。
[0032]圖5為本實用新型調理電路原理不意圖。
[0033]圖6為本實用新型零點調節和放大倍數調節原理示意圖。
[0034]圖7為本實用新型限流電路原理示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。
[0036]本系統是針對7自由度液壓水沖洗機器人的伺服控制器，通過驅動和控制液壓伺服閥的運行，進而控制機器人的準確運行。
[0037]變電站帶電水沖洗機器人液壓伺服驅動系統，包括:6路液壓伺服閥驅動器和1路手爪部分驅動器，所述6路液壓伺服閥驅動器和1路手爪部分驅動器分別通過25線連接器與變電站帶電水沖洗機器人連接；控制信號，反饋信號，輸入輸出信號，機械臂供電電源等均由25線插座和機器人相連接。
[0038]每一路液壓伺服閥驅動器如圖1所示，包括:輸入信號經第一調理電路接入第一加法器的第一輸入端，第一加法器的輸出端依次經過第一比例放大電路和第一電流轉換電路接入25線連接器，所述25線連接器輸出反饋信號接入第二調理電路，所述第二調理電路的輸出端接入第一加法器的第二輸入端；
[0039]第一比例放大電路還與第一放大倍數調節電路連接，所述第一電流轉換電路還與第一限流電路連接；所述第一加法器還與第一零點調節電路連接。
[0040]輸入信號用于設定關節運動的目標位置。
[0041]①輸入信號、反饋信號調理電路:通過射隨器進行信號調理，同時進行阻抗匹配和幅度匹配調理。
[0042]②加法器電路:調理后信號進行加法運算。
[0043]③比例放大電路:比例放大電路具有放大倍數調節的功能，通過調節放大倍數，控制各關節的運動速度，到機器人最佳運動狀態。每一關節都需進行調節，使機器人運動流暢，無抖動。機器人到達目標位置時平穩，停止運動。
[0044]放大倍數的調節范圍為1 一20倍連續調節。
[0045]④電流轉換電路是將電壓信號轉換為±20mA電流信號，控制液壓伺服閥的運行。因液壓伺服閥屬貴重元件，因此，在電流轉換電路內部設有限流電路，限定電流彡±20mA，保護液壓伺服閥的安全使用。
[0046]⑤液壓伺服閥有零點泄漏，表現在機器人機械臂上為顫抖現象。為消除機械臂的顫抖，在加法器上加入了零點調節電路。
[0047]手爪部分驅動器如圖2所示，包括:
[0048]輸入信號經過第三調理電路接入第二加法器的第一輸入端，第二加法器的輸出端依次經過第二比例放大電路和第二電流轉換電路接入25線連接器，所述25線連接器輸出反饋信號接入第四調理電路，所述第四調理電路的輸出端經過光M0S繼電器后接入第二加法器的第二輸入端；
[0049]第二比例放大電路還與第二放大倍數調節電路連接，所述第二電流轉換電路還與第二限流電路連接；所述第二加法器還與第二零點調節電路連接。
[0050]在加法器前面加入了光M0S繼電器，為防止干擾，不能使用普通的繼電器開關，而特選用光MOS繼電器作為開關。通過控制光M0S繼電器的通斷，控制反饋信號的通斷。光M0S繼電器接通，反饋信號接入，手爪運行為360°旋轉方式；*M0S繼電器斷開，反饋信號斷開，手爪運行僅由輸入控制，為連續運行方式。
[0051 ] 光M0S繼電器由光電二極管信號控制，非線圈控制。繼電器導通電阻小，起電路通斷作用，電路中又不會產生電磁干擾。
[0052]7路液壓伺服驅動器集成一體，由兩塊電路板組成。
[0053]一塊有3路液壓伺服閥驅動器和供電電源組成，如圖3所示；
[0054]其中，12V電源接電磁閥控制開關的一端，電磁閥控制開關的另一端接端子；若端子接地，則電磁閥接通，液壓接入機械臂，若所述端子空置，則電磁閥斷開，液壓斷開。為防止電磁閥線圈通斷反壓損壞設備，電源需通過二極管接入。
[0055]板子另有信號輸入，3路驅動器，板間信號連接端子等組成。25線D型插座用于控制器和機器人的連接。
[0056]另一塊由4路液壓伺服驅動器組成，有輸入信號，4路驅動電路，光M0S控制開關端子，及板間連線等。如圖4所示。
[0057]圖5所示為第一調理電路或者第二調理電路的原理示意圖。調理電路為由運放構成的射隨器，起阻抗變換功能。輸入信號經射隨器處理后，進入后面電路。由于射隨器的處理，輸入和反饋信號可以為電壓、電位器等。由于調理電路的應用，拓寬了輸入信號的適用范圍。
[0058]圖6為零點調節和放大倍數調節電路原理示意圖。
[0059]圖6中，零點調節電位器W2輸出經加法器和Ui2相加。進入放大器。
[0060]圖6放大電路部分，在反饋環節加入電位器W1，通過調節電位器W1的阻值調節系統的放大倍數，控制后續電流的輸出，以控制機器人伺服閥的開度，達到控制機器人關節運動速度的目的。放大倍數調節范圍為1 一20倍。
[0061]圖7為限流電路原理不意圖。
[0062]限流電路原理如下:
[0063]VI為電壓輸入電壓，V4為輸出電壓，同時V4端輸出電流信號。在二極管D1通道中，
[0064]V2 = Vl+Vbe = Vl+0.7V
[0065]V3 = V2-Vbe = VI
[0066]R5 = 35 Ω , VR5 = 35 X Ιο
[0067]當1〈20mA 時，V4 = V3-VR5 = V3_1R5，VR5 = 35 X Ιο〈0.7V, 二極管 D2 截止。
[0068]當Ιο = 20mA 時，VR5 = 35X0.02 = 0.7V, V4 = V3-0.7V = Vl-0.7V。
[0069]在二極管D2通道中，V4 = Vl-0.7V。這時二極管Dl，D2兩個通道電壓平衡。
[0070]當1>20mA時，VR5 = 35X1>0.7V，二極管D2導通，這時輸入電壓VI下降，使輸出電流下降。達到限流目的。
[0071]變電站帶電水沖洗機器人液壓伺服驅動系統，完成了對液壓伺服閥的閉環控制功能。由給定電壓控制液壓伺服閥的開通位置，機器人位置反饋電位器給出反饋電壓。這兩個電壓信號進行加法或減法運算，輸出電流信號給液壓伺服閥控制機器人的運動，使機器人各關節逐漸到達給定位置。當各關節到達給定位置時，輸出電流控制信號也趨于零，機器人停止運動。
[0072]根據系統特點，系統加入了消除液壓伺服閥泄漏的調零功能，驅動液壓伺服閥的過流保護功能，由電磁閥控制液壓源是否有效的液壓使能功能等。首次將光M0S繼電器應用到手爪控制，由光M0S繼電器的開關控制手爪作360°或連續旋轉運動。
[0073]上述雖然結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內。
【權利要求】
1.一種變電站帶電水沖洗機器人液壓伺服驅動系統，其特征是，包括:多路液壓伺服閥驅動器、手爪部分驅動器和連接器；所述每一路液壓伺服閥驅動器和手爪部分驅動器分別與連線器連接，所述連線器分別連接變電站帶電水沖洗機器人的液壓電磁閥和液壓伺服閥。
2.如權利要求1所述的一種變電站帶電水沖洗機器人液壓伺服驅動系統，其特征是，所述多路液壓伺服閥驅動器為6路液壓伺服閥驅動器；所述每一路液壓伺服閥驅動器包括:輸入信號經第一調理電路接入第一加法器的第一輸入端，第一加法器的輸出端依次經過第一比例放大電路和第一電流轉換電路接入25線連接器，所述25線連接器輸出反饋信號接入第二調理電路，所述第二調理電路的輸出端接入第一加法器的第二輸入端； 所述第一比例放大電路還與第一放大倍數調節電路連接，所述第一電流轉換電路還與第一限流電路連接；所述第一加法器還與第一零點調節電路連接。
3.如權利要求1所述的一種變電站帶電水沖洗機器人液壓伺服驅動系統，其特征是，所述手爪部分驅動器包括: 輸入信號經過第三調理電路接入第二加法器的第一輸入端，第二加法器的輸出端依次經過第二比例放大電路和第二電流轉換電路接入25線連接器，所述25線連接器輸出反饋信號接入第四調理電路，所述第四調理電路的輸出端經過光MOS繼電器后接入第二加法器的第二輸入端； 所述第二比例放大電路還與第二放大倍數調節電路連接，所述第二電流轉換電路還與第二限流電路連接；所述第二加法器還與第二零點調節電路連接。
4.如權利要求2所述的一種變電站帶電水沖洗機器人液壓伺服驅動系統，其特征是，所述6路液壓伺服閥驅動器中的3路液壓伺服閥驅動器集成在一塊3路液壓伺服閥驅動電路板上，另外3路液壓伺服閥驅動器和I路手爪部分驅動器集成在一塊4路液壓伺服閥驅動電路板上，所述兩塊電路板通過插座軟線連接。
5.如權利要求4所述的一種變電站帶電水沖洗機器人液壓伺服驅動系統，其特征是，所述3路液壓伺服閥驅動電路板還包括:供電電源和電磁閥控制開關；所述電磁閥控制開關用于控制電磁閥的通斷； 所述供電電源與電磁閥控制開關的一端連接，電磁閥控制開關的另一端接端子；若所述端子接地，則電磁閥接通，液壓接入機械臂，若所述端子空置，則電磁閥斷開，液壓斷開。
6.如權利要求2所述的一種變電站帶電水沖洗機器人液壓伺服驅動系統，其特征是，所述第一調理電路或者第二調理電路為由運放構成的射隨器，起阻抗變換功能。
7.如權利要求2所述的一種變電站帶電水沖洗機器人液壓伺服驅動系統，其特征是，所述第一零點調節電路和第一比例放大電路具體為: 比例放大器U2的正向輸入端端經電阻R2后接地，比例放大器U2的反向輸入端經電阻Rl連接反饋信號Ui2，比例放大器U2的輸出端依次串聯電阻R4、放大器倍數調節電位器Wl后與反向輸入端連接，比例放大器U2的反向輸入端經電阻R3與零點調節電位器連接。
8.如權利要求2所述的一種變電站帶電水沖洗機器人液壓伺服驅動系統，其特征是，所述第一限流電路具體為: 三極管Ql的基極依次串聯二極管D1、二極管D2和電阻R5后與三極管Ql的發射極連接，三極管Ql的基極經過電阻R6與三極管Ql的集電極連接。
【文檔編號】G05D16/20GK204256547SQ201420518378
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年9月10日 優先權日:2014年9月10日
【發明者】呂曦晨, 魯守銀, 李健, 蘇建軍, 慕世友, 任杰, 傅孟潮, 王振利, 譚林, 王濱海, 李建祥, 趙金龍, 陳強, 張海龍, 高郎宏 申請人:國家電網公司, 國網山東省電力公司電力科學研究院, 山東魯能智能技術有限公司