具有行为模式自动识别功能的气动平衡吊及方法 |
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申请号 | CN201710479461.5 | 申请日 | 2017-06-22 | 公开(公告)号 | CN107445062A | 公开(公告)日 | 2017-12-08 |
申请人 | 南京航空航天大学; | 发明人 | 姚恩涛; 张杰; 曾九玉; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了具有行为模式自动识别功能的 气动 平衡吊及方法,该气动平衡吊包括 气缸 、气 泵 和控 制模 块 ,所述气缸的垂直下方设置有操作把手,所述操作把手用于钩挂待提升重物,所述气缸设置有压 力 传感器 ,所述 压力传感器 用于感应气缸内的气体压力,所述气缸内的 活塞 的两侧均连接有电磁 阀 ,两个该 电磁阀 均连接到气泵和 控制模块 。该方法包括以下操作步骤:(1)安装气动平衡吊;(2)提升重物;(3)重物停止上升;(4)下降重物;(5)卸下重物。本发明操作简单,控制智能。 | ||||||
权利要求 | 1.具有行为模式感知和自动转换的气动平衡吊,其特征在于包括气缸、气泵和控制模块, |
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说明书全文 | 具有行为模式自动识别功能的气动平衡吊及方法技术领域背景技术[0002] 在许多工作场景下,为了减轻人的工作负担,提升重量较大的物体经常依赖于液压提升装置或气动装置。 [0003] 这两种装置在实际中都已经有着非常广泛的使用,其中气动装置可以根据不同场合,采用相应材料,在恶劣的环境(强振动、强冲击、强腐蚀和强辐射等)下进行正常工作,但是正是由于其常用于恶劣的环境下,气动装置的人为操作部分(通常为开关、按钮等)也存在被腐蚀振动所损坏的问题。 发明内容[0004] 为了解决上述存在的问题,本发明公开了具有行为模式自动识别功能的气动平衡吊及方法,其具体技术方案如下:具有行为模式感知和自动转换的气动平衡吊,包括气缸、气泵和控制模块,所述气缸的垂直下方设置有操作把手,所述操作把手用于钩挂待提升重物,所述气缸设置有压力传感器,所述压力传感器用于感应气缸内的气体压力,所述气缸内的活塞的两侧均连接有电磁阀,两个该电磁阀均连接到气泵和控制模块, 所述控制模块包括控制芯片、驱动电路和继电器;控制芯片与压力传感器和驱动电路相连,电磁阀与继电器相连, 所述控制芯片用于接收压力传感器测得的压力,并将该压力转换成驱动信息传递给驱动电路,所述驱动电路用于接收来自控制芯片的驱动信息,并将该驱动信息转换成执行命令,作用于两个电磁阀,两个电磁阀控制气泵对气缸的驱动作用。 [0005] 所述控制模块连接电源。 [0006] 所述气缸内的活塞杆垂直设置,所述操作把手设置在活塞杆的末端,且所述压力传感器设置于气缸的底端。 [0007] 具有行为模式感知和自动转换的气动平衡吊方法,包括以下操作步骤:(1)安装气动平衡吊:安装气动平衡吊; (2)提升重物:给操作把手一个上升的力, 气缸内气压产生脉冲变化信号,压力传感器检测到该脉冲变化信号,并将该脉冲变化信号转换成电压变化信号,接着将该电压变化信号传递到控制芯片中,经控制芯片判断压力的变化,将控制芯片的数字输出口置高,从而经过驱动电路将24V电压给到电磁阀中,电磁阀打开,从而气缸内气压增大,推动活塞向上运动; (3)重物停止上升:当停止给操作把手上升的力,电磁阀关闭,重物在当前位置保持平衡,并稳定地保持在该高度; (4)下降重物:给操作把手施加向下的力,电磁阀启动,活塞杆向下移动,重物落地,停止向下移动; (5)卸下重物:再次下拉操作把手,控制芯片判断为想要卸下重物,会控制活塞杆向下运动一段距离,从而使固定装置与重物之间的连接松弛,方便卸下重物。 [0008] 所述控制芯片预设电压变化信号范围。 [0009] 所述步骤(2)中给操作把手一个上升的力在预设电压变化信号范围内时,气缸内气压产生幅值的脉冲变化,电磁阀短时间打开,气缸内气压增大,推动活塞杆向上运动,实现:当连续的用预设电压变化信号范围内的力提拉操作把手时,控制芯片持续检测到压力的增大,不断将电磁阀一次次打开,从而达到提升物体的目的,上升速度缓慢,只要停止用力,立即关闭电磁阀,在当前位置保持平衡,将物体稳定在该高度。 [0010] 所述控制芯片预设了电压变化信号超过了控制芯片预设电压变化信号范围时,发出执行命令的时间,所述步骤(2)中控制芯片检测到的电压变化信号超过了控制芯片预设电压变化信号范围,并且保持了控制芯片月射的执行命令的时间,控制芯片判断需要快速的移动重物,将数字输出口长时间置高,经过驱动电路将24V电压给到电磁阀中,电磁阀长时间打开,气缸内气压持续增大,推动活塞杆向上运动,实现:在保持稳定提升的同时,增大施加在操作把手上的拉力,控制芯片会识别这一变化并且快速提升重物。 [0011] 控制芯片预设有快速提升重物的时间,若不使用反向的拉力去阻止快速提升重物,在活塞杆向上到预设时间时,停止上移。 [0012] 本发明的工作原理是:本发明在待提升重物与气缸间设置操作把手,若人用一个很小的力向上提升操作把手,气缸内气压产生小幅脉冲信号,由缸内气体所连接的压力传感器检测到这一压力变化进而通过控制模块给出指令使气缸向上运动一段较短距离,持续提升可以以间断上升的模式实现省力提升的目标。若用一个较大的力向上提升,则压力传感器检测到较大的压力变化并通过单片机给出指令使气缸向上运动一段较长距离,从而达到快速提升的目的。 [0013] 本发明下降重物的原理与提升重物相同。 [0015] (2)组成结构上的改进:引入压力传感器和微控制器等独特的结构组成装置,压力传感器获取气缸内的气压值,构成反馈闭环结构,并且微控制器的引入使传统气动平衡吊智能化,从而获得行为模式自动识别功能。 [0016] (3)功能上的创新:具有行为模式自动识别功能,能感知人对把手操作的微弱脉冲信号并识别,进而由电磁阀给出相应的操作控制气缸活塞的移动。 [0017] 本发明的有益效果是:(1)人对装置进行直接操作,省略了传统的开关、按键等易损坏的结构,大大延长装置使用寿命,并最大程度简化人为操作, (2)能适应各种恶劣工作环境,运行稳定, (3)结构简单,加工简单,易于大规模生产应用, (4)控制模块采用STM32微控制器,对系统进行控制操作,成本低,稳定性好,(5)操作简单、人性化,无需专业人士,普通人即可操作自如, (6)系统参数可调节,能适应不同使用者的习惯, (7)经过大量软件调试,能克服各类人为误操作对其造成的安全隐患,整个装置使用安全、可靠, (8)多工作模式切换,能满足不同状态的工作要求, (9)多工作模式中包含有自动转换的模式,不用模式切换就能同时使用多种模式下的功能,进一步简化操作, (10)充分考虑使用时的需要,配置了地面提升、脱钩卸下重物机构,使用方便。 附图说明 [0018] 图1是本发明气动平衡吊的结构图,图2是压力传感器的电路图, 其中:输出与STM32的AD引脚连接, 其最高可以测量的气压达到250PSI(1723.69kPa),供电电压最大5V,测量精度精度为±0.25%; 图3是驱动电路的电路图, 其中:STM32的引脚输出电流最大为20mA,输出电压3.3V; 附图标记:1—气缸,2—操作把手,3—待提升重物,4—电磁阀,5—电源,6—气泵,7—控制模块,702—控制芯片,703—驱动电路,704—继电器,8—压力传感器。 具体实施方式[0019] 下面结合附图和具体实施方式,进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。 [0020] 图1是本发明气动平衡吊的结构图,结合附图可见,本具有行为模式感知和自动转换的气动平衡吊,包括气缸1、气泵6和控制模块7,所述气缸1的垂直下方设置有操作把手2,所述操作把手2用于钩挂待提升重物3,所述气缸1设置有压力传感器8,所述压力传感器8用于感应气缸1内的气体压力,所述气缸1内的活塞的两侧均连接有电磁阀4,两个该电磁阀4均连接到气泵6和控制模块7,所述控制模块7包括控制芯片702、驱动电路703和继电器704;控制芯片702与压力传感器8和驱动电路703相连,电磁阀4与继电器704相连,所述控制芯片 702用于接收压力传感器8测得的压力,并将该压力转换成驱动信息传递给驱动电路703,所述驱动电路703用于接收来自控制芯片702的驱动信息,并将该驱动信息转换成执行命令,作用于两个电磁阀4,两个电磁阀4控制气泵6对气缸1的驱动作用。 [0021] 所述控制模块7连接电源5,电源5选用24V。电源5给本发明气动平衡吊提供电能。 [0023] 具有行为模式感知和自动转换的气动平衡吊方法,包括以下操作步骤:(1)安装气动平衡吊:安装气动平衡吊,所述控制芯片预设电压变化信号范围; (2)提升重物: 当给操作把手一个上升的力在预设电压变化信号范围内时,气缸内气压产生幅值的脉冲变化,电磁阀短时间打开,气缸内气压增大,推动活塞杆向上运动,实现: 当连续的用预设电压变化信号范围内的力提拉操作把手时,控制芯片持续检测到压力的增大,不断将电磁阀一次次打开,从而达到提升物体的目的,上升速度缓慢,只要停止用力,立即关闭电磁阀,在当前位置保持平衡,将物体稳定在该高度, 当所述控制芯片预设了电压变化信号超过了控制芯片预设电压变化信号范围时,发出执行命令的时间,控制芯片检测到的电压变化信号超过了控制芯片预设电压变化信号范围,并且保持了控制芯片月射的执行命令的时间,控制芯片判断需要快速的移动重物,将数字输出口长时间置高,经过驱动电路将24V电压给到电磁阀中,电磁阀长时间打开,气缸内气压持续增大,推动活塞杆向上运动,实现:在保持稳定提升的同时,增大施加在操作把手上的拉力,控制芯片会识别这一变化并且快速提升重物; (3)重物停止上升:当给操作把手一个上升的力在预设电压变化信号范围内时,停止给操作把手上升的力,电磁阀关闭,重物在当前位置保持平衡,并稳定地保持在该高度; 当所述控制芯片预设了电压变化信号超过了控制芯片预设电压变化信号范围时,控制芯片预设有快速提升重物的时间,若不使用反向的拉力去阻止快速提升重物,在活塞杆向上到预设时间时,停止上移; (4)下降重物:给操作把手施加向下的力,电磁阀启动,活塞杆向下移动,重物落地,停止向下移动; (5)卸下重物:再次下拉操作把手,控制芯片判断为想要卸下重物,会控制活塞杆向下运动一段距离,从而使固定装置与重物之间的连接松弛,方便卸下重物。 [0024] 图3是驱动电路的电路图,STM32的引脚输出电流最大为20mA,输出电压3.3V,而系统所选用电磁阀工作电压为24V,正常工作功率4.8W,因此STM32控制芯片的输出不能直接驱动电磁阀工作,需要在输出信号与电磁阀之间加入驱动电路。驱动电路主要由驱动芯片ULN2003A和继电器组成。ULN2003A是集成达林顿管,其最大驱动电压为50V,电流为500mA,足以驱动继电器工作。继电器选用的是高见泽SY-5-K型号,采用5V供电,具有体积小,尺寸只有12.5*7.4*9.5(mm),驱动力大,反应时间快等优点。 [0025] 本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段,还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。 |