一种用于墙面处理机器人自适应墙面压力跟随器的制作方法

1.本实用新型涉及机器人自动控制技术领域，尤其涉及一种用于墙面处理机器人自适应墙面压力跟随器。


背景技术：

2.由于科技的发展和进步，墙面处理机器人被较为广泛应用于墙面处理作业中，其中，作为代表的是，墙面顶面抹腻子机器人常被用于墙面腻子的自动化刮批和打磨中，相较于人工刮批和打磨作业，采用墙面顶面抹腻子机器人进行刮批和打磨时，刮批打磨压力和作业效果的一致性保持较好，作业的安全性较高，相较于人工刮批打磨优势较大，因此，在建筑墙面腻子作业领域使用较为广泛。
3.而在对墙面进行打磨和刮腻子时，对墙面的压力十分敏感，在打磨中，压力过大，打磨过深，腻子过薄，腻子容易剥落，打磨压力小，打磨不起效果，腻子表面光泽和粗糙度不达标，刮腻子也存在类似的问题，因此需要设计一种压力跟随器，进行机器人工作模块跟墙面的压力的实时调整。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用于墙面处理机器人自适应墙面压力跟随器。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种用于墙面处理机器人自适应墙面压力跟随器，外设部件包括压力传感器和电机，所述压力传感器用于感知机器人的墙面处理结构和墙面之间的压力，所述电机用于调节机器人的墙面处理结构和墙面之间的压力，该压力跟随器包括电源单元、mcu单元、状态指示单元、压力数据采集单元和电机控制单元，所述电源单元为压力跟随器的系统提供24v供电，所述mcu单元对压力传感器的压力数据进行处理，以及进行电机控制和通讯处理，所述状态指示单元对系统状态进行指示，所述压力数据采集单元将压力传感器的信号转化为相应的电信号，再传输至mcu单元，所述电机控制单元控制电机正反转使用，从而调节机器人的墙面处理结构和墙面之间的压力。
6.优选的，所述电源单元的24v供电经过压降分别转化为12v、5v和3.3v电压，所述5v和12v电压供给电机控制单元、系统通讯和压力数据采集单元使用，所述3.3v供给mcu模块的单片机使用。
7.优选的，所述状态指示单元包括电机过流状态显示模块、压力状态显示模块和通讯状态显示模块，分别通过led1、led2和led3的亮灭对应电机过流状态显示、压力状态显示和通讯状态显示。
8.优选的，所述压力数据采集单元通过5v供电，将压力传感器传输转化而来的数字信号press_adc接入mcu单元。
9.优选的，所述电机控制单元包括电机过流保护单元、电机驱动逻辑保护单元和电
机mos管驱动及编码器单元。
10.优选的，所述电机过流保护单元是为了在电机转动调整压力的时候，若遇到堵转或者压力过大，导致电机堵转，这个时候电流会很大，如果长时间通过很大的电流，会把电机驱动板烧坏。
11.优选的，所述电机驱动逻辑保护单元是为了当控制电机转动时，如果存在控制的逻辑错误，那么会导致控制电机的mos管上下桥臂同时导通，这样会烧坏mos管，本电路模块中通过增加控制逻辑保护电路，那么就算有错误的逻辑，那么也不会烧坏电机的上下桥臂电路。
12.优选的，所述电机mos管驱动及编码器单元用于驱动n沟道的mos管组成的三个半桥电路；而编码器采集的电路，主要目的更加清楚的控制电机的运行位置，数据采集高速光耦隔离，使信号更加稳定，不易受到干扰。
13.有益效果
14.现有技术中，在对墙面进行打磨和刮腻子时，对墙面的压力十分敏感，在打磨中，压力过大，打磨过深，腻子过薄，腻子容易剥落，打磨压力小，打磨不起效果，腻子表面光泽和粗糙度不达标，刮腻子也存在类似的问题，因此需要设计一种压力跟随器，进行机器人工作模块跟墙面的压力的实时调整，针对此类问题，本产品在机器人的墙面处理结构和墙面之间，采用压力传感器用于感知压力数据，通过mcu单元的单片机去采集压力传感器返回的数据，然后通过控制电机的正反转来调节压力值的大小，可以有效且实时地对墙面处理结构和墙面之间的压力进行调节，防止压力过大或过小引起的墙面腻子刮涂或打磨不均匀的情况发生。
附图说明
15.图1为本实用新型中压力跟随器的逻辑模块的的示意图；
16.图2为本实用新型中电源单元的电路图；
17.图3为本实用新型中mcu单元的电路图；
18.图4为本实用新型中状态显示单元的电路图；
19.图5为本实用新型中压力数据采集单元的电路图；
20.图6为本实用新型中电机过流保护单元的电路图；
21.图7为本实用新型中电机驱动逻辑保护单元的电路图；
22.图8为本实用新型中电机mos管驱动及编码器单元的电路图。
23.图例说明：
24.1、电源单元；
25.2、mcu单元；
26.3、状态指示单元；301、电机过流状态显示模块；302、压力状态显示模块；303、通讯状态显示模块；
27.4、压力数据采集单元；
28.5、电机控制单元；501、电机过流保护单元；502、电机驱动逻辑保护单元；503、电机mos管驱动及编码器单元。
具体实施方式
29.为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本实用新型，但下述实施例仅仅为本实用新型的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。
30.下面结合附图描述本实用新型的具体实施例。
31.具体实施例：
32.参照图1-8，一种用于墙面处理机器人自适应墙面压力跟随器，外设部件包括压力传感器和电机，压力传感器用于感知机器人的墙面处理结构和墙面之间的压力，电机用于调节机器人的墙面处理结构和墙面之间的压力，该压力跟随器包括电源单元1、mcu单元2、状态指示单元3、压力数据采集单元4和电机控制单元5，电源单元1为压力跟随器的系统提供24v供电，mcu单元2对压力传感器的压力数据进行处理，以及进行电机控制和通讯处理，状态指示单元3对系统状态进行指示，压力数据采集单元4将压力传感器的信号转化为相应的电信号，再传输至mcu单元2，电机控制单元5控制电机正反转使用，从而调节机器人的墙面处理结构和墙面之间的压力。现有技术中，在对墙面进行打磨和刮腻子时，对墙面的压力十分敏感，在打磨中，压力过大，打磨过深，腻子过薄，腻子容易剥落，打磨压力小，打磨不起效果，腻子表面光泽和粗糙度不达标，刮腻子也存在类似的问题，因此需要设计一种压力跟随器，进行机器人工作模块跟墙面的压力的实时调整，针对此类问题，本产品在机器人的墙面处理结构和墙面之间，采用压力传感器用于感知压力数据，通过mcu单元2的单片机去采集压力传感器返回的数据，然后通过控制电机的正反转来调节压力值的大小，可以有效且实时地对墙面处理结构和墙面之间的压力进行调节，防止压力过大或过小引起的墙面腻子刮涂或打磨不均匀的情况发生。
33.在一个实施例中，电源单元1的24v供电经过压降分别转化为12v、5v和3.3v电压，5v和12v电压供给电机控制单元5、系统通讯和压力数据采集单元4使用，3.3v供给mcu模块的单片机使用；压力数据采集单元4通过5v供电，将压力传感器传输转化而来的数字信号press_adc接入mcu单元2；状态指示单元3包括电机过流状态显示模块301、压力状态显示模块302和通讯状态显示模块303，分别通过led1、led2和led3的亮灭对应电机过流状态显示、压力状态显示和通讯状态显示。
34.在另一个实施例中，电机控制单元5包括电机过流保护单元501、电机驱动逻辑保护单元502和电机mos管驱动及编码器单元503；电机过流保护单元501是为了在电机转动调整压力的时候，若遇到堵转或者压力过大，导致电机堵转，这个时候电流会很大，如果长时间通过很大的电流，会把电机驱动板烧坏；电机驱动逻辑保护单元502是为了当控制电机转动时，如果存在控制的逻辑错误，那么会导致控制电机的mos管上下桥臂同时导通，这样会烧坏mos管，本电路模块中通过增加控制逻辑保护电路，那么就算有错误的逻辑，那么也不会烧坏电机的上下桥臂电路；电机mos管驱动及编码器单元503用于驱动n沟道的mos管组成的三个半桥电路；而编码器采集的电路，主要目的更加清楚的控制电机的运行位置，数据采集高速光耦隔离，使信号更加稳定，不易受到干扰。
35.本实施例中，电机控制单元(5)是控制电机正反转使用的，mcu把采集回来的压力数据进行分析比较之后，然后控制电机的正反转，实时的调整压力的大小，假设我们使用的
adc采集分别率为12位的，adc的参考电压位v，adc采集的值为x1，adc实际采集的电压为va,那么adc端采集到的电压va为：va＝(x1/4096)*v
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(1)；
36.假设当前的压力为p,压力传感器量程是0-y，压力传感器输出的压力0-y对应的电压输出是0-vsout，当压力输出正好为y时输出的最大电压为vmax,由于实际的运用中电路还会增加一些电阻分压，假设传感器实际输出得电压与adc采集的电压比为k，那么传感器实际输出的电压为vsout＝va*k
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(2)；
37.由比例关系可知vsout/vmax＝p/y p＝(y*vsout)/vmax
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(3)；
38.把式2带入式3可得最终的式p＝(y*va*k)/vmax；
39.所以最终获取实时压力的式为p＝(y*va*k)/vmax；
40.由于机器在运动过程中不能保证墙面一直垂直的，所以压力值会随着墙的凹凸会改变，那所以需要电机单元实时的去调整，保证压力始终保持恒定，电机调整使用到pid算法；
41.假设设置的目标压力是pt，当前采集的压力是p，采集值与目标值的压力差值为e,那么e＝p-pt.那么把e代入下面的pid式可得出输出u：
[0042][0043]
其中，tt是积分时间常数，td是微分时间常数，u(t)是pid控制器的输出信号，e(t)是目标值与采集之差。
[0044]
由于压力调整我们不能100％的调得与设置得完全一致，所以我们需要有一个允许误差值e2,当e的绝对值小于e2时，我们就让e等于0，我们把e带入以上的pid式。
[0045]
如果计算出的u(t)大于0，那么电机转动方向应该往压力减小的方向调整，反之往压力曾大的方向调整,当u(t)等于0的时候，电机停止输出，压力调整完成，实际值等于目标值。
[0046]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0047]
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本实用新型的优选例，并不用来限制本实用新型，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。