CN209124223U - 一种喷壶稳定控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种喷壶稳定控制装置，在机器人的机械臂上固定安装有陀螺仪模块、控制电路和电机装置等，陀螺仪模块检测在喷涂过程中机械臂的偏转角度，控制电路根据机械臂的偏转角度，计算出位于机械臂前端的喷壶的纠正角度，并控制电机装置旋转带动对应的喷壶偏转对应的纠正角度，以使得喷壶始终处于竖直状态。本实用新型提供的喷壶稳定控制装置，结合陀螺仪、控制电路和电机装置，控制喷壶在喷涂的过程中始终处于竖直状态，避免喷壶倾斜而导致喷壶中的喷料倾洒，也能够避免由于喷壶倾斜导致喷壶底部的出料口无法出料的问题，使得喷壶的出料均匀。

Description

一种喷壶稳定控制装置

技术领域

本实用新型涉及机器人喷涂技术领域，更具体地，涉及一种喷壶稳定控制装置。

背景技术

在机器人喷涂应用领域，传统的机器人喷涂装置是机器人上固定有机械臂，在机械臂的前端位置固定有喷壶，机器人带动机械臂偏转摆动，带动喷壶上的喷枪对喷涂工件的不同位置进行喷涂。

然而在机器人带动机械臂偏转时，机械臂前端的喷壶也随之偏转，当机械臂倾斜时，喷壶也会倾斜，这样会导致喷壶内的喷料倾洒，也可能会由于喷壶倾斜导致喷壶出料不均匀。

实用新型内容

本实用新型提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的喷壶稳定控制装置，能够解决喷涂过程中喷壶倾斜的问题。

本实用新型提供了一种喷壶稳定控制装置，其用于机器人喷涂中，在机器人的机械臂的后端区域固定安装有电路板封装盒，所述电路板封装盒中封装有电路板，所述电路板上集成有陀螺仪模块和控制电路，通过所述电路板封装盒与所述电路板连接有电路板电源线缆，用于给所述电路板供电，在所述机械臂的前端区域固定有一安装固定板，在所述安装固定板上沿所述机械臂的轴向方向并排安装有两套电机装置，与每一套所述电机装置对应固定有一个喷壶，两个所述喷壶分别位于机械臂前端的两侧，所述电路板上的控制电路与每一套所述电机装置通过电机电源信号线缆连接；

所述陀螺仪模块，用于检测在喷涂过程中机械臂的偏转角度，并将所述偏转角度发送给所述控制电路；

所述控制电路，用于根据机械臂的偏转角度，计算出喷壶的纠正角度，并通过每一根所述电机电源信号线缆传输给每一套电机装置；

每一套所述电机装置，用于根据喷壶的纠正角度，旋转带动对应的喷壶偏转对应的纠正角度，以使得喷壶始终处于竖直状态。

本实用新型的有益效果为：结合陀螺仪、控制电路和电机装置，控制喷壶在喷涂的过程中始终处于竖直状态，避免喷壶倾斜而导致喷壶中的喷料倾洒，也能够避免由于喷壶倾斜导致喷壶底部的出料口无法出料或者出料不均匀的问题。在喷涂的过程中，喷壶始终处于竖直状态，喷壶出料均匀，最终对喷壶工件的喷涂也均匀。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的喷壶稳定控制装置的结构示意图；

图2为图1中当机械臂倾斜时喷壶稳定控制装置的正视图；

图3为电路板上集成的各模块的连接框图；

图4为电路板上集成的电源转换电路图；

图5为电路板上集成的控制电路的部分电路图；

图6为电路板上集成的控制电路的另一部分电路图；

图7为电路板上集成的信号转换电路图。

附图中，各标号所代表的部件名称如下：

1、电路板电源线缆，2、机械臂，3、电路板封装盒，4、电路板，5、电机电源信号线缆，6、喷壶夹，7、喷壶，8、减速机，9、电机，10、法兰支架，11、进气口接头，12、出料口接头，13、安装固定板，14、螺杆，15、把手。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

参见图1，提供了本实用新型一个实施例的喷壶稳定控制装置，其应用于机器人喷涂领域中。传统的机器人喷涂装置是机器人上固定有机械臂2，在机械臂2的前端位置固定有喷壶7，机器人带动机械臂2偏转摆动，对喷涂工件的不同位置进行喷涂。

本实施例提供的喷壶稳定控制装置在机器人的机械臂2的后端区域(机械臂2远离喷涂工件的一端为机械臂2的后端)固定安装有电路板封装盒3，电路板封装盒3中封装有电路板4，电路板4上集成有陀螺仪模块和控制电路，通过电路板封装盒3与电路板4连接有电路板电源线缆1，电路板电源线缆1用于给电路板4供电。在机械臂2的前端区域(机械臂2靠近喷涂工件的一端为机械臂2的前端)固定有一安装固定板13，在机器人实际喷涂应用中，通常是一条机械臂2搭配两个喷壶7，两个喷壶7同时对喷涂工件进行喷涂，这样能够提高喷涂效率。在安装固定板13上沿机械臂2的轴向方向并排安装有两套电机装置，与每一套电机装置对应固定有一个喷壶7，两个喷壶7分别位于机械臂2前端的两侧，电路板4上的控制电路与每一套电机装置通过电机电源信号线缆5连接，控制电路用来控制每一套电机装置。

陀螺仪模块，用于检测在喷涂过程中机械臂2的偏转角度，并将偏转角度发送给控制电路。控制电路，用于根据陀螺仪模块发送的机械臂2的偏转角度，计算出喷壶7的纠正角度，并通过每一根电机电源信号线缆5传输给每一套电机装置。每一套电机装置，用于根据喷壶7的纠正角度，旋转带动对应的喷壶7偏转对应的纠正角度，以使得喷壶7始终处于竖直状态。

其中，在机械臂2的前端区域通过螺钉固定一固定板，电路板封装盒3通过螺钉固定在固定板上，这样电路板封装盒3就固定在了机械臂2的前端区域，电路板封装盒3中封装集成了陀螺仪模块和控制电路。

每一套电机装置包括一电机9和一减速机8，电机9和减速机8之间设置有法兰支架10，法兰支架10通过螺钉固定在安装固定板13上。法兰支架10上开设有多个螺钉孔，通过螺钉穿过螺钉孔将电机9、法兰支架10和减速机8进行固定。如图1所示，法兰支架10为方形框架，在方形框架的底边上开设有螺钉孔，通过螺钉穿过螺钉孔钉入安装固定板13，实现将法兰支架10固定在安装固定板13上。在法兰支架10的框架板面上开设有若干个螺钉孔，通过螺钉将法兰支架10、电机9和减速机8固定在一起。法兰支架10的中心为圆环孔，电机9内的转轴穿过法兰支架10中心的圆环孔套入减速机8的联轴器内，电路板4上的控制电路通过电机电源信号线缆5与每一个电机9连接。

其中，喷壶7的上盖上固定有进气口，喷壶7的底部固定有出料口，采用喷壶夹6将喷壶7固定夹住，喷壶夹6靠近减速机8的位置处开设有螺纹孔，喷壶夹6通过螺纹孔与减速机8的联轴器的螺纹配合固定，电机9的转轴带动减速机8的联轴器进而带动喷壶夹6转动，对喷壶7的角度进行调整。

需要说明的是，在安装固定板13上并排安装两套电机装置时，由于两个喷壶7是固定在机械臂2前端的两侧，故每一套电机装置中的电机9和减速机8固定在安装固定板13时，减速机8始终是靠近喷壶7一侧的。

本实施例中每一套电机装置中为电机9配置一个减速机8，是因为，通常电机9在额定转速下的工作状态非常良好，工作状态也非常稳定，但是电机9的额定转速通常是很高的，在机器人喷壶7应用中，在对喷壶7的偏转角度进行纠正时，需要的转速是比较慢的，因此，在对喷壶7进行角度纠正的过程中，电机9工作在额定转速，利用减速机8降低电机9的转速来实现对喷壶7的角度进行纠正。

参见图2，当机械臂2倾斜时，喷壶7也会倾斜，此时，陀螺仪模块检测到机械臂2的倾斜角度，控制电路根据机械臂2的倾斜角度，计算喷壶7需要纠正的角度，控制电机9对喷壶7的角度进行纠正调整，电机9的转轴带动减速机8的联轴器，进而带动喷壶夹6转动，对喷壶7的角度进行调整，使得喷壶7始终处于竖直状态。

其中，每一个喷壶7的上盖上开设有一个孔，孔内具有内螺纹，与进气口对应的进气口接头11上设有外螺纹，进气口接头11的外螺纹与孔内的内螺纹配合固定，进气口接入进气口接头11中，这样进气口通过进气口接头11固定在喷壶7的上盖上。同样的，每一个喷壶7的底部开设有一个孔，孔内具有内螺纹，与出料口对应的出料口接头12上设有外螺纹，出料口接头12的外螺纹与孔内的内螺纹配合固定，出料口接入出料口接头12中，这样出料口通过出料口接头12固定在喷壶7的底部。

其中，喷壶7为圆柱形，喷壶夹6为U型喷壶夹，U型喷壶夹的开口背向减速机8，喷壶夹6的开口两端通过螺杆14连接，并通过把手15固定螺杆14。把手15上开设有内螺纹，螺杆14的一端开设有外螺纹，把手15通过内螺纹与螺杆14一端的内螺纹配合连接。通过在螺杆14上旋转把手15可实现喷壶夹6的松紧，比如，需要取下喷壶7，可以从螺杆14上拧下把手15，从U型喷壶夹上抽出螺杆14，松开U型喷壶夹，喷壶7就可以从喷壶夹6上取下。

参见图3，电路板上除了集成有陀螺仪模块和控制电路，还集成有电源转换电路和信号转换电路，电源转换电路的输入端连接电路板电源线缆1，电源转换电路的输出端分别连接陀螺仪模块、控制电路和信号转换电路，陀螺仪模块、控制电路和信号转换电路依次电连接，信号转换电路通过电机电源信号线缆5与每一个电机9连接。

其中，电源转换电路，用于将外部通过电路板电源线缆1接入的24V电源电压转换为3.3V电源电压，分别为陀螺仪模块、控制电路和信号转换电路提供电源。信号转换电路，用于接收控制电路以控制指令信号的形式下发的喷壶7的纠正角度，将控制指令信号进行转换；还用于将转换后的控制指令信号下发给每一个电机9。

参见图4，电源转换电路具体包括二极管D3、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19、芯片U4、电感L1、二极管D4和正向低压降稳压器VR1。

其中，二极管D3的阳极接24V电源，其阴极连接所述芯片U4的引脚1，所述芯片U4的引脚1还分别通过电容C17和电容C19接地，芯片U4的引脚3和引脚5均接地，芯片U4的引脚2与电感L1的第一端连接，电感L1的第二端接正向低压降稳压器VR1的Vin引脚，电感L1的第一端还通过二极管D4接地，电感L1的第二端还与芯片U4的引脚4连接，以及电感L1的第二端分别通过电容C18和电容C14接地。正向低压降稳压器VR1的Vin引脚接入经过芯片U4转换后的5V电源，还分别通过电容C15和电容C12接地；正向低压降稳压器VR1的Vout引脚输出3.3V电源，还分别通过电容C13和电容C16接地，所述正向低压降稳压器VR1的GND引脚接地。其中，所述芯片U4将外部接入的24V电源转换为5V电源，并经过正向低压降稳压器VR1再次将5V电源转换为3.3V电源。

其中，控制电路包括陀螺仪模块U2和控制芯片，控制芯片根据引脚功能的不同表示为芯片U1A和芯片U1B，芯片U1A和芯片U1B共同构成所述控制芯片。需要说明的是，芯片U1A和芯片U1B实际上是同一个芯片，芯片U1A的引脚是控制芯片的一部分引脚，而芯片U1B的引脚是控制芯片的另一部分引脚，芯片U1A的引脚和芯片U1B的引脚共同构成控制芯片的全部引脚。

参见图5，陀螺仪模块U2的引脚1接3.3V电源，引脚2接地，引脚12接所述芯片U1A的引脚14，引脚11接所述芯片U1A的引脚15，引脚10接所述芯片U1A的引脚16，引脚9接所述芯片U1A的引脚17，引脚8接所述芯片U1A的引脚18。芯片U1A的引脚2依次通过发光二极管D1、电阻R3、电阻R8和发光二极管D2接地，电阻R3和电阻R8的公共端接3.3V电源，芯片U1A的引脚5通过电容C10接地，芯片U1A的引脚6通过电容C11接地，芯片U1A的引脚5和引脚6之间连接有晶振Y1，芯片U1A的引脚7通过电阻R7接3.3V电源，引脚21和引脚22分别接信号转换电路的相应引脚，引脚44通过电阻R4接地。

参见图6，芯片U1B的引脚1连接退耦电容C1的一端，引脚24连接退耦电容C2的一端，引脚36连接退耦电容C3的一端，引脚48连接退耦电容C4的一端，且芯片U1A的引脚1、引脚24、引脚36和引脚48均接3.3V电源，退耦电容C1、退耦电容C2、退耦电容C3和退耦电容C4的另一端均接地，芯片U1B的引脚48还通过电容C7接地，引脚9分别通过电容C8和电容C9接地，引脚8、引脚23、引脚35和引脚47均接地。

参见图7，信号转换电路包括转换芯片U3，转换芯片U3的引脚1连接芯片U1A的引脚22，引脚4连接芯片U1A的引脚21，芯片U1A的控制指令信号通过引脚21和引脚22并通过转换芯片U3的引脚1和引脚4传输给芯片U3。转换芯片U3的引脚2和引脚3接三极管Q1的集电极，三极管Q1的发射极接3.3V电源，三极管Q1的基极通过电阻R2连接转换芯片U3的引脚4。转换芯片U3的引脚2和引脚3均通过电阻R4接地，转换芯片U3的引脚5接地，引脚6和引脚7均通过接口端子连接电机9，引脚6还通过电阻R1接3.3V电源，引脚6还通过电容C5和电容C6接地，引脚7还通过电阻R5接地，引脚8接3.3V电源。

本实施例的工作原理为，在机器人对喷涂工件进行喷涂的过程中，安装在机械臂2上的陀螺仪模块实时检测机械臂2的偏转角度，在机械臂2偏转的过程中，机械臂2两侧的喷壶7也会随着机械臂2偏转，当机械臂2倾斜时，喷壶7也会随之倾斜，会导致喷壶7中的喷料倾洒，或者喷壶7无法出料或出料不均匀，因此，需要对机械臂2两侧的喷壶7的角度进行纠正。陀螺仪模块将实时检测的机械臂2的偏转角度发送给控制电路，控制电路根据机械臂2的偏转角度计算喷壶7需要的纠正角度，并向电机9发送纠正角度的控制信号，由于电机9无法识别控制电路直接下发的控制信号，需要经过信号换电路转换后才能识别，电机9根据转换后的控制信号进行运转，带动喷壶7相对于机械臂2转动纠正角度大小，使得喷壶7始终处于竖直状态，提高喷涂工件的喷涂效果。

本实用新型提供的一种喷壶稳定控制装置，在传统的机器人的机械臂上固定陀螺仪、控制电路、电机装置等，陀螺仪用来检测机械臂的偏转角度，控制电路根据机械臂的偏转角度，计算喷壶需要偏转的纠正角度，并控制电机装置对喷壶进行纠正，结合陀螺仪、控制电路和电机装置，控制喷壶在喷涂的过程中始终处于竖直状态，避免喷壶倾斜而导致喷壶中的喷料倾洒，也能够避免由于喷壶倾斜导致喷壶底部的出料口无法出料或者聊不均匀的问题。在喷涂的过程中，喷壶始终处于竖直状态，喷壶出料均匀，最终对喷壶工件的喷涂也均匀。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种喷壶稳定控制装置，用于机器人喷涂中，其特征在于，在机器人的机械臂(2)的后端区域固定安装有电路板封装盒(3)，所述电路板封装盒(3)中封装有电路板(4)，所述电路板(4)上集成有陀螺仪模块和控制电路，通过所述电路板封装盒(3)与所述电路板(4)连接有电路板电源线缆(1)，所述电路板电源线缆(1)用于给所述电路板(4)供电，在所述机械臂(2)的前端区域固定有一安装固定板(13)，在所述安装固定板(13)上沿所述机械臂(2)的轴向方向并排安装有两套电机装置，与每一套所述电机装置对应固定有一个喷壶(7)，两个所述喷壶(7)分别位于机械臂(2)前端的两侧，所述电路板(4)上的控制电路与每一套所述电机装置通过电机电源信号线缆(5)连接；

所述陀螺仪模块，用于检测在喷涂过程中机械臂(2)的偏转角度，并将所述偏转角度发送给所述控制电路；

所述控制电路，用于根据机械臂(2)的偏转角度，计算出喷壶(7)的纠正角度，并通过每一根所述电机电源信号线缆(5)传输给每一套电机装置；

每一套所述电机装置，用于根据喷壶(7)的纠正角度，旋转带动对应的喷壶(7)偏转对应的纠正角度，以使得喷壶(7)始终处于竖直状态。

2.根据权利要求1所述的喷壶稳定控制装置，其特征在于，每一套所述电机装置包括一电机(9)和一减速机(8)，所述电机(9)和所述减速机(8)之间设置有法兰支架(10)，所述法兰支架(10)通过螺钉固定在所述安装固定板(13)上，所述法兰支架(10)上开设有多个螺钉孔，通过螺钉穿过所述螺钉孔将所述电机(9)、法兰支架(10)和所述减速机(8)进行固定，所述法兰支架(10)的中心为圆环孔，所述电机(9)内的转轴穿过所述法兰支架(10)中心的圆环孔套入所述减速机(8)的联轴器内，所述电路板(4)上的控制电路通过电机电源信号线缆(5)与每一个电机(9)连接。

3.根据权利要求2所述的喷壶稳定控制装置，其特征在于，所述喷壶(7)的上盖上固定有进气口，所述喷壶(7)的底部固定有出料口，采用喷壶夹(6)将所述喷壶(7)固定夹住，所述喷壶夹(6)靠近所述减速机(8)的位置处开设有螺纹孔，所述喷壶夹(6)通过螺纹孔与所述减速机(8)的联轴器的螺纹配合固定。

4.根据权利要求3所述的喷壶稳定控制装置，其特征在于，每一个所述喷壶(7)的上盖上开设有一个孔，所述孔内具有内螺纹，与所述进气口对应的进气口接头(11)上设有外螺纹，所述进气口接头(11)的外螺纹与所述孔内的内螺纹配合固定，所述进气口接入所述进气口接头(11)中；

每一个所述喷壶(7)的底部开设有一个孔，所述孔内具有内螺纹，与所述出料口对应的出料口接头(12)上设有外螺纹，所述出料口接头(12)的外螺纹与所述孔内的内螺纹配合固定，所述出料口接入所述出料口接头(12)中。

5.根据权利要求3所述的喷壶稳定控制装置，其特征在于，所述喷壶(7)为圆柱形，所述喷壶夹(6)为U型喷壶夹，所述U型喷壶夹的开口背向所述减速机(8)，所述喷壶夹(6)的开口两端通过螺杆(14)连接，并通过把手(15)固定螺杆(14)。

6.根据权利要求5所述的喷壶稳定控制装置，其特征在于，所述把手(15)上开设有内螺纹，所述螺杆(14)的一端开设有外螺纹，所述把手(15)通过内螺纹与所述螺杆(14)一端的内螺纹配合连接，通过在所述螺杆(14)上旋转所述把手(15)可实现所述喷壶夹(6)的松紧。

7.根据权利要求2所述的喷壶稳定控制装置，其特征在于，所述电路板(4)上还集成有电源转换电路和信号转换电路，所述电源转换电路的输入端连接所述电路板电源线缆(1)，所述电源转换电路的输出端分别连接所述陀螺仪模块、控制电路和信号转换电路，所述陀螺仪模块、控制电路和信号转换电路依次电连接，所述信号转换电路通过所述电机电源信号线缆(5)与每一个电机(9)连接；

所述电源转换电路，用于将外部通过电路板电源线缆(1)接入的24V电源电压转换为3.3V电源电压，分别为所述陀螺仪模块、控制电路和信号转换电路提供电源；

所述信号转换电路，用于接收所述控制电路以控制指令信号的形式下发的喷壶(7)的纠正角度，将所述控制指令信号进行转换；还用于将转换后的控制指令信号下发给每一个所述电机(9)。

8.根据权利要求7所述的喷壶稳定控制装置，其特征在于，所述电源转换电路包括二极管D3、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19、芯片U4、电感L1、二极管D4和正向低压降稳压器VR1；

所述二极管D3的阳极接24V电源，其阴极连接所述芯片U4的引脚1，所述芯片U4的引脚1还分别通过电容C17和电容C19接地，所述芯片U4的引脚3和引脚5均接地，所述芯片U4的引脚2与所述电感L1的第一端连接，所述电感L1的第二端接所述正向低压降稳压器VR1的Vin引脚，所述电感L1的第一端还通过所述二极管D4接地，所述电感L1的第二端还与所述芯片U4的引脚4连接，以及电感L1的第二端还分别通过电容C18和电容C14接地；所述正向低压降稳压器VR1的Vin引脚接入经过芯片U4将转换后的5V，还分别通过电容C15和电容C12接地，所述正向低压降稳压器VR1的Vout引脚输出3.3V，还分别通过电容C13和电容C16接地，所述正向低压降稳压器VR1的GND引脚接地。

9.根据权利要求8所述的喷壶稳定控制装置，其特征在于，所述控制电路包括控制芯片，所述控制芯片根据引脚功能的不同表示为芯片U1A和芯片U1B，所述芯片U1A和芯片U1B共同构成所述控制芯片；

所述陀螺仪模块U2的引脚1接3.3V电源，引脚2接地，引脚12接所述芯片U1A的引脚14，引脚11接所述芯片U1A的引脚15，引脚10接所述芯片U1A的引脚16，引脚9接所述芯片U1A的引脚17，引脚8接所述芯片U1A的引脚18；

所述芯片U1A的引脚2依次通过发光二极管D1、电阻R3、电阻R8和发光二极管D2接地，所述电阻R3和所述电阻R8的公共端接3.3V电源，所述芯片U1A的引脚5通过电容C10接地，所述芯片U1A的引脚6通过电容C11接地，所述芯片U1A的引脚5和引脚6之间连接有晶振Y1，所述芯片U1A的引脚7通过电阻R7接3.3V电源，引脚21和引脚22分别接所述信号转换电路的相应引脚，引脚44通过电阻R4接地；

所述芯片U1B的引脚1连接退耦电容C1的一端，引脚24连接退耦电容C2的一端，引脚36连接退耦电容C3的一端，引脚48连接退耦电容C4的一端，且所述芯片U1A的引脚1、引脚24、引脚36和引脚48均接3.3V电源，所述退耦电容C1、退耦电容C2、退耦电容C3和退耦电容C4的另一端均接地，所述芯片U1B的引脚48还通过电容C7接地，引脚9分别通过电容C8和电容C9接地，引脚8、引脚23、引脚35和引脚47均接地。

10.根据权利要求9所述的喷壶稳定控制装置，其特征在于，所述信号转换电路包括转换芯片U3，所述转换芯片U3的引脚1连接所述芯片U1A的引脚22，引脚4连接所述芯片U1A的引脚21，所述转换芯片U3的引脚2和引脚3均连接三极管Q1的集电极，所述三极管Q1的发射极接3.3V电源，三极管Q1的基极通过电阻R2连接所述转换芯片U3的引脚4，所述转换芯片U3的引脚2和引脚3均通过电阻R4接地，所述转换芯片U3的引脚5接地，引脚6和引脚7均通过接口端子连接电机(9)，引脚6还通过电阻R1接3.3V电源，以及通过电容C5和电容C6接地，引脚7还通过电阻R5接地，引脚8接3.3V电源。