一种用于焊接机器人的接口功能电路的制作方法

1.本实用新型涉及焊接机器人，尤其涉及一种用于焊接机器人的接口功能电路。


背景技术：

2.焊接机器人一般包括运动控制系统、伺服系统、焊接电源系统，运动控制系统包括有plc、工控机、专用控制系统等，伺服系统主要包括驱动电机，用于接收运动控制系统的指令以及执行相应的动作，焊接电源系统通过接收和执行模拟量信号来为焊接工作提供焊接能量，一台焊接机器人要正常动作，需要各个系统协调工作，所涉及的指标包括焊接位置的确定、焊接机构的移位、焊接能量大小等等。焊接过程中，机器人在不同位置间移位或对不同产品进行焊接时所需要的电源能量是不同的，焊接电源一般通过接收模拟量来控制焊接电源的电流大小，因此需要焊接机器人控制系统与焊机电源之间有模拟量接口。现有技术中，请参见申请号为201620694230的中国实用新型专利公开文献，现有实现手段一般是通过spi或其他接口的da芯片来实现模拟量信号的传输，这种实现受芯片成本限制，导致其电路结构复杂且价格较高。此外，现有的焊接机器人接口板中一般只涉及模拟信号隔离传输模块，导致其所实现的功能较为单一，当某些应用场合需要对一些执行机构施加带驱动电信号时，则需要另外配置或者增设接口电路，导致电路结构复杂、繁琐，因此不能满足应用需求。


技术实现要素：

3.本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种既能实现焊接电源模拟量控制信号的隔离传输，又能为一些执行机构提供带驱动脉冲信号，同时电路结构简单、成本低廉、易于实现的用于焊接机器人的接口功能电路。
4.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案。
5.一种用于焊接机器人的接口功能电路，其包括有一mcu控制器、一数字隔离器、一数字驱动器、至少一个电流传输电路和至少一个带驱动输出电路，其中：所述mcu控制器用于生成多路pwm控制信号；所述数字隔离器的多路输入端分别连接于所述mcu控制器，所述数字隔离器用于对所述mcu控制器输出的多路pwm控制信号进行隔离后，分别输出多路pwm输出信号至所述电流传输电路的输入端；所述电流传输电路的输出端连接预设的焊接电源，所述电流传输电路用于对所述数字隔离器输出的所述pwm输出信号依次进行滤波和放大后传输至所述焊接电源；所述数字驱动器的多路输入端分别连接于所述mcu控制器，所述数字驱动器用于对所述mcu控制器输出的多路pwm控制信号进行缓冲后，分别输出多路pwm驱动信号至所述带驱动输出电路的输入端；所述带驱动输出电路的输出端连接预设的执行机构，所述带驱动输出电路用于对所述数字驱动器输出的所述pwm驱动信号进行隔离升压转换后传输至所述执行机构。
6.优选地，所述带驱动输出电路包括有第一光耦和第一限流电阻，所述第一光耦的发射管阳极连接于5v电源端，所述第一光耦的发射管阴极连接于所述第一限流电阻的第一
端，所述第一限流电阻的第二端作为所述带驱动输出电路的输入端，所述第一光耦的接收管高电位端用于接入24v驱动电压，所述第一光耦的接收管低电位端作为所述带驱动输出电路的输出端。
7.优选地，还包括有低速驱动输出电路，所述低速驱动输出电路包括有第二光耦和第二限流电阻，所述第二光耦的发射管阳极连接于5v电源端，所述第二光耦的发射管阴极连接于所述第二限流电阻的第一端，所述第二限流电阻的第二端作为所述低速驱动输出电路的输入端并且连接于所述数字隔离器的一路输出端，所述第二光耦的接收管高电位端用于接入24v驱动电压，所述第二光耦的接收管低电位端作为所述低速驱动输出电路的输出端。
8.优选地，所述电流传输电路包括有：一滤波电路，其输入端用于接入pwm输出信号，所述滤波电路用于对所述pwm输出信号进行滤波；一第一跟随电路，其输入端连接于所述滤波电路的输出端，所述第一跟随电路用于对所述滤波电路输出的信号进行隔离传输；一第二跟随电路，其输入端连接于所述第一跟随电路的输出端，所述第二跟随电路用于对所述第一跟随电路输出的信号进行隔离传输；一扩电流电路，其输入端连接于所述第二跟随电路的输出端，所述扩电流电路用于对所述第二跟随电路输出的电流信号进行放大后传输至预设的焊接电源。
9.优选地，所述滤波电路包括有第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容和第二电容，所述第二电阻的第一端和所述第三电阻的第一端相互连接后作为所述滤波电路的输入端，所述第三电阻的第二端接地，所述第一电阻、所述第一电容和所述第二电容组成π型滤波器，所述π型滤波器的输入端与所述第二电阻的第二端相连接，所述π型滤波器的输出端作为所述滤波电路的输出端。
10.优选地，所述第一跟随电路包括有第一跟随器，所述第一跟随器的同相端作为所述第一跟随电路的输入端，所述第一跟随器的输出端与反相端之间连接有依次串联的第五电阻和第六电阻，所述第五电阻和所述第六电阻的连接点作为所述第一跟随电路的输出端。
11.优选地，所述第二跟随电路包括有第二跟随器、第四电阻和第七电阻，所述第二跟随器的同相端连接于所述第四电阻的第一端，所述第四电阻的第二端作为所述第二跟随电路的输入端，所述第二跟随器的反相端通过第八电阻接地，所述第二跟随器的输出端与反相端之间连接有第三电容，所述第二跟随器的输出端连接于所述第七电阻的第一端，所述第七电阻的第二端作为所述第二跟随电路的输出端。
12.优选地，所述扩电流电路包括有第一npn管、第二npn管和第九电阻，所述第一npn管的集电极连接于12v电源端，所述第一npn管的基极作为所述扩电流电路的输入端，所述第一npn管的发射极与所述第二npn管的基极之间连接有第十电阻，所述第二npn管的集电极通过第十一电阻连接于12v电源端，所述第九电阻的第一端连接于所述第一npn管的发射极，所述第九电阻的第二端与所述第二npn管的发射极相互连接后作为所述扩电流电路的输出端。
13.优选地，还包括有二极管、第十二电阻和第十三电阻，所述二极管的阳极连接于所述扩电流电路的输出端，所述第十二电阻的第一端连接于所述二极管的阴极，所述第十二电阻的第二端连接于所述焊接电源，所述第十三电阻连接于所述第二跟随器的反相端与所
述第十二电阻的第二端之间。
14.优选地，还包括有：一485通信电路，所述485通信电路连接于所述mcu控制器与上位机之间；一电流采样电路，所述电流采样电路的输入端用于获取预设采样点的电流信号，所述电流采样电路的输出端连接于所述mcu控制器；一供电单元，所述供电单元用于为所述mcu控制器、所述数字隔离器、所述电流传输电路和所述带驱动输出电路供电。
15.本实用新型公开的用于焊接机器人的接口功能电路中，所述mcu控制器通过输出多路pwm控制信号的形式发出控制指令，在所述数字隔离器的隔离传输以及所述电流传输电路的滤波放大作用下，可以为焊接电源提供可靠的模拟量电流控制信号，在此基础上，通过所述数字驱动器的缓冲作用以及所述带驱动输出电路的升压变换作用下，可使得所述pwm控制信号具备一定的驱动能力，从而准确可靠地对所述执行机构实施控制。基于上述电路结构，使得本实用新型相比现有技术而言，该接口功能电路既能实现焊接电源模拟量控制信号的隔离传输，又能为一些执行机构提供带驱动脉冲信号，同时本实用新型接口功能电路结构简单、所能实现的接口功能也更加全面，此外本实用新型电路成本低廉、易于实现，较好地满足了应用需求。
附图说明
16.图1为本实用新型接口功能电路的电路框图；
17.图2为数字隔离器和电流传输电路的原理图；
18.图3为电流传输电路的原理图；
19.图4为数字驱动器和带驱动输出电路的原理图；
20.图5为带驱动输出电路的原理图；
21.图6为低速驱动输出电路的原理图；
22.图7为mcu控制器的原理图；
23.图8为485通信电路的原理图；
24.图9为电流采样电路的原理图；
25.图10为供电单元的原理图。
具体实施方式
26.下面结合附图和实施例对本实用新型作更加详细的描述。
27.本实用新型公开了一种用于焊接机器人的接口功能电路，结合图1至图10所示，其包括有一mcu控制器u2、一数字隔离器u1、一数字驱动器ul3、至少一个电流传输电路1和至少一个带驱动输出电路6，其中：
28.所述mcu控制器u2用于生成多路pwm控制信号；
29.所述数字隔离器u1的多路输入端分别连接于所述mcu控制器u2，所述数字隔离器u1用于对所述mcu控制器u2输出的多路pwm控制信号进行隔离后，分别输出多路pwm输出信号至所述电流传输电路1的输入端；
30.所述电流传输电路1的输出端连接预设的焊接电源2，所述电流传输电路1用于对所述数字隔离器u1输出的所述pwm输出信号依次进行滤波和放大后传输至所述焊接电源2；
31.所述数字驱动器ul3的多路输入端分别连接于所述mcu控制器u2，所述数字驱动器
ul3用于对所述mcu控制器u2输出的多路pwm控制信号进行缓冲后，分别输出多路pwm驱动信号至所述带驱动输出电路6的输入端；
32.所述带驱动输出电路6的输出端连接预设的执行机构7，所述带驱动输出电路6用于对所述数字驱动器ul3输出的所述pwm驱动信号进行隔离升压转换后传输至所述执行机构7。
33.上述电路结构中，所述mcu控制器u2通过输出多路pwm控制信号的形式发出控制指令，在所述数字隔离器u1的隔离传输以及所述电流传输电路1的滤波放大作用下，可以为焊接电源提供可靠的模拟量电流控制信号，在此基础上，通过所述数字驱动器ul3的缓冲作用以及所述带驱动输出电路6的升压变换作用下，可使得所述pwm控制信号具备一定的驱动能力，从而准确可靠地对所述执行机构实施控制。基于上述电路结构，使得本实用新型相比现有技术而言，该接口功能电路既能实现焊接电源模拟量控制信号的隔离传输，又能为一些执行机构提供带驱动脉冲信号，同时本实用新型接口功能电路结构简单、所能实现的接口功能也更加全面，此外本实用新型电路成本低廉、易于实现，较好地满足了应用需求。
34.为使得所述数字驱动器ul3输出的pwm信号具有一定的驱动能力，在本实施例中，结合图4和图5所示，所述带驱动输出电路6包括有第一光耦oe4和第一限流电阻r29，所述第一光耦oe4的发射管阳极连接于5v电源端，所述第一光耦oe4的发射管阴极连接于所述第一限流电阻r29的第一端，所述第一限流电阻r29的第二端作为所述带驱动输出电路6的输入端，所述第一光耦oe4的接收管高电位端用于接入24v驱动电压，所述第一光耦oe4的接收管低电位端作为所述带驱动输出电路6的输出端。
35.本实施例中的数字隔离器u1和所述数字驱动器ul3均为高速数字芯片，在某些场合下，本实用新型只需满足低速pwm信号的传输需要，对此，结合图4和图6所示，本实施例还包括有低速驱动输出电路8，所述低速驱动输出电路8包括有第二光耦oe5和第二限流电阻r34，所述第二光耦oe5的发射管阳极连接于5v电源端，所述第二光耦oe5的发射管阴极连接于所述第二限流电阻r34的第一端，所述第二限流电阻r34的第二端作为所述低速驱动输出电路8的输入端并且连接于所述数字隔离器u1的一路输出端，所述第二光耦oe5的接收管高电位端用于接入24v驱动电压，所述第二光耦oe5的接收管低电位端作为所述低速驱动输出电路8的输出端。
36.为了实现模拟量电流信号的传输，本实施例中，结合图1至图3所示，所述电流传输电路1包括有：
37.一滤波电路10，其输入端用于接入pwm输出信号，所述滤波电路10用于对所述pwm输出信号进行滤波；
38.一第一跟随电路11，其输入端连接于所述滤波电路10的输出端，所述第一跟随电路11用于对所述滤波电路10输出的信号进行隔离传输；
39.一第二跟随电路12，其输入端连接于所述第一跟随电路11的输出端，所述第二跟随电路12用于对所述第一跟随电路11输出的信号进行隔离传输；
40.一扩电流电路13，其输入端连接于所述第二跟随电路12的输出端，所述扩电流电路13用于对所述第二跟随电路12输出的电流信号进行放大后传输至预设的焊接电源2。
41.对于具体的电路结构，请参见图3，所述滤波电路10包括有第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r9、第一电容c2和第二电容c3，所述第二电阻r2的第一端和所述第三电阻r9的
第一端相互连接后作为所述滤波电路10的输入端，所述第三电阻r9的第二端接地，所述第一电阻r1、所述第一电容c2和所述第二电容c3组成π型滤波器，所述π型滤波器的输入端与所述第二电阻r2的第二端相连接，所述π型滤波器的输出端作为所述滤波电路10的输出端。上述电路用于将pwm脉冲信号滤波后形成模拟量信号。
42.关于两级跟随器的具体电路机构，本实施例中，所述第一跟随电路11包括有第一跟随器op1a，所述第一跟随器op1a的同相端作为所述第一跟随电路11的输入端，所述第一跟随器op1a的输出端与反相端之间连接有依次串联的第五电阻r4和第六电阻r12，所述第五电阻r4和所述第六电阻r12的连接点作为所述第一跟随电路11的输出端。
43.进一步地，所述第二跟随电路12包括有第二跟随器op1b、第四电阻r3和第七电阻r5，所述第二跟随器op1b的同相端连接于所述第四电阻r3的第一端，所述第四电阻r3的第二端作为所述第二跟随电路12的输入端，所述第二跟随器op1b的反相端通过第八电阻r11接地，所述第二跟随器op1b的输出端与反相端之间连接有第三电容c4，所述第二跟随器op1b的输出端连接于所述第七电阻r5的第一端，所述第七电阻r5的第二端作为所述第二跟随电路12的输出端。
44.为了能对焊接电源提供准确、可靠的模拟量电流信号，在本实施例中，所述扩电流电路13包括有第一npn管q1、第二npn管q2和第九电阻r6，所述第一npn管q1的集电极连接于12v电源端，所述第一npn管q1的基极作为所述扩电流电路13的输入端，所述第一npn管q1的发射极与所述第二npn管q2的基极之间连接有第十电阻r8，所述第二npn管q2的集电极通过第十一电阻r10连接于12v电源端，所述第九电阻r6的第一端连接于所述第一npn管q1的发射极，所述第九电阻r6的第二端与所述第二npn管q2的发射极相互连接后作为所述扩电流电路13的输出端。
45.本实施例还包括有二极管d1、第十二电阻r7和第十三电阻r15，所述二极管d1的阳极连接于所述扩电流电路13的输出端，所述第十二电阻r7的第一端连接于所述二极管d1的阴极，所述第十二电阻r7的第二端连接于所述焊接电源2，所述第十三电阻r15连接于所述第二跟随器op1b的反相端与所述第十二电阻r7的第二端之间。
46.作为一种优选方式，本实施例还包括有：
47.一485通信电路3，所述485通信电路3连接于所述mcu控制器u2与上位机之间；
48.一电流采样电路4，所述电流采样电路4的输入端用于获取预设采样点的电流信号，所述电流采样电路4的输出端连接于所述mcu控制器u2；
49.一供电单元5，所述供电单元5用于为所述mcu控制器u2、所述数字隔离器u1、所述电流传输电路1和所述带驱动输出电路6供电。
50.其中，所述485通信电路3用于接收上位机指令，所述电流采样电路4用于获取预设采样点的电流信号。此外，本实施例通过增设所述供电单元5，可以为各电路单元提供稳定可靠的电源信号。相比现有技术而言，本实用新型集成了焊接电源模拟量电流控制信号的传输功能，并且能够为执行机构提供带驱动能力的电信号，同时还设置了pwm低速传输以及电流采样电路，使得本实用新型接口电路的功能更加完善，并能够在焊接机器人设备中发挥良好作用，进而满足信号传输需求。
51.以上所述只是本实用新型较佳的实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本实用新型所保护的范
围内。

技术特征：
1.一种用于焊接机器人的接口功能电路，其特征在于，包括有一mcu控制器(u2)、一数字隔离器(u1)、一数字驱动器(ul3)、至少一个电流传输电路(1)和至少一个带驱动输出电路(6)，其中：所述mcu控制器(u2)用于生成多路pwm控制信号；所述数字隔离器(u1)的多路输入端分别连接于所述mcu控制器(u2)，所述数字隔离器(u1)用于对所述mcu控制器(u2)输出的多路pwm控制信号进行隔离后，分别输出多路pwm输出信号至所述电流传输电路(1)的输入端；所述电流传输电路(1)的输出端连接预设的焊接电源(2)，所述电流传输电路(1)用于对所述数字隔离器(u1)输出的所述pwm输出信号依次进行滤波和放大后传输至所述焊接电源(2)；所述数字驱动器(ul3)的多路输入端分别连接于所述mcu控制器(u2)，所述数字驱动器(ul3)用于对所述mcu控制器(u2)输出的多路pwm控制信号进行缓冲后，分别输出多路pwm驱动信号至所述带驱动输出电路(6)的输入端；所述带驱动输出电路(6)的输出端连接预设的执行机构(7)，所述带驱动输出电路(6)用于对所述数字驱动器(ul3)输出的所述pwm驱动信号进行隔离升压转换后传输至所述执行机构(7)。2.如权利要求1所述的用于焊接机器人的接口功能电路，其特征在于，所述带驱动输出电路(6)包括有第一光耦(oe4)和第一限流电阻(r29)，所述第一光耦(oe4)的发射管阳极连接于5v电源端，所述第一光耦(oe4)的发射管阴极连接于所述第一限流电阻(r29)的第一端，所述第一限流电阻(r29)的第二端作为所述带驱动输出电路(6)的输入端，所述第一光耦(oe4)的接收管高电位端用于接入24v驱动电压，所述第一光耦(oe4)的接收管低电位端作为所述带驱动输出电路(6)的输出端。3.如权利要求1所述的用于焊接机器人的接口功能电路，其特征在于，还包括有低速驱动输出电路(8)，所述低速驱动输出电路(8)包括有第二光耦(oe5)和第二限流电阻(r34)，所述第二光耦(oe5)的发射管阳极连接于5v电源端，所述第二光耦(oe5)的发射管阴极连接于所述第二限流电阻(r34)的第一端，所述第二限流电阻(r34)的第二端作为所述低速驱动输出电路(8)的输入端并且连接于所述数字隔离器(u1)的一路输出端，所述第二光耦(oe5)的接收管高电位端用于接入24v驱动电压，所述第二光耦(oe5)的接收管低电位端作为所述低速驱动输出电路(8)的输出端。4.如权利要求1所述的用于焊接机器人的接口功能电路，其特征在于，所述电流传输电路(1)包括有：一滤波电路(10)，其输入端用于接入pwm输出信号，所述滤波电路(10)用于对所述pwm输出信号进行滤波；一第一跟随电路(11)，其输入端连接于所述滤波电路(10)的输出端，所述第一跟随电路(11)用于对所述滤波电路(10)输出的信号进行隔离传输；一第二跟随电路(12)，其输入端连接于所述第一跟随电路(11)的输出端，所述第二跟随电路(12)用于对所述第一跟随电路(11)输出的信号进行隔离传输；一扩电流电路(13)，其输入端连接于所述第二跟随电路(12)的输出端，所述扩电流电路(13)用于对所述第二跟随电路(12)输出的电流信号进行放大后传输至预设的焊接电源
(2)。5.如权利要求4所述的用于焊接机器人的接口功能电路，其特征在于，所述滤波电路(10)包括有第一电阻(r1)、第二电阻(r2)、第三电阻(r9)、第一电容(c2)和第二电容(c3)，所述第二电阻(r2)的第一端和所述第三电阻(r9)的第一端相互连接后作为所述滤波电路(10)的输入端，所述第三电阻(r9)的第二端接地，所述第一电阻(r1)、所述第一电容(c2)和所述第二电容(c3)组成π型滤波器，所述π型滤波器的输入端与所述第二电阻(r2)的第二端相连接，所述π型滤波器的输出端作为所述滤波电路(10)的输出端。6.如权利要求5所述的用于焊接机器人的接口功能电路，其特征在于，所述第一跟随电路(11)包括有第一跟随器(op1a)，所述第一跟随器(op1a)的同相端作为所述第一跟随电路(11)的输入端，所述第一跟随器(op1a)的输出端与反相端之间连接有依次串联的第五电阻(r4)和第六电阻(r12)，所述第五电阻(r4)和所述第六电阻(r12)的连接点作为所述第一跟随电路(11)的输出端。7.如权利要求6所述的用于焊接机器人的接口功能电路，其特征在于，所述第二跟随电路(12)包括有第二跟随器(op1b)、第四电阻(r3)和第七电阻(r5)，所述第二跟随器(op1b)的同相端连接于所述第四电阻(r3)的第一端，所述第四电阻(r3)的第二端作为所述第二跟随电路(12)的输入端，所述第二跟随器(op1b)的反相端通过第八电阻(r11)接地，所述第二跟随器(op1b)的输出端与反相端之间连接有第三电容(c4)，所述第二跟随器(op1b)的输出端连接于所述第七电阻(r5)的第一端，所述第七电阻(r5)的第二端作为所述第二跟随电路(12)的输出端。8.如权利要求7所述的用于焊接机器人的接口功能电路，其特征在于，所述扩电流电路(13)包括有第一npn管(q1)、第二npn管(q2)和第九电阻(r6)，所述第一npn管(q1)的集电极连接于12v电源端，所述第一npn管(q1)的基极作为所述扩电流电路(13)的输入端，所述第一npn管(q1)的发射极与所述第二npn管(q2)的基极之间连接有第十电阻(r8)，所述第二npn管(q2)的集电极通过第十一电阻(r10)连接于12v电源端，所述第九电阻(r6)的第一端连接于所述第一npn管(q1)的发射极，所述第九电阻(r6)的第二端与所述第二npn管(q2)的发射极相互连接后作为所述扩电流电路(13)的输出端。9.如权利要求8所述的用于焊接机器人的接口功能电路，其特征在于，还包括有二极管(d1)、第十二电阻(r7)和第十三电阻(r15)，所述二极管(d1)的阳极连接于所述扩电流电路(13)的输出端，所述第十二电阻(r7)的第一端连接于所述二极管(d1)的阴极，所述第十二电阻(r7)的第二端连接于所述焊接电源(2)，所述第十三电阻(r15)连接于所述第二跟随器(op1b)的反相端与所述第十二电阻(r7)的第二端之间。10.如权利要求1所述的用于焊接机器人的接口功能电路，其特征在于，还包括有：一485通信电路(3)，所述485通信电路(3)连接于所述mcu控制器(u2)与上位机之间；一电流采样电路(4)，所述电流采样电路(4)的输入端用于获取预设采样点的电流信号，所述电流采样电路(4)的输出端连接于所述mcu控制器(u2)；一供电单元(5)，所述供电单元(5)用于为所述mcu控制器(u2)、所述数字隔离器(u1)、所述电流传输电路(1)和所述带驱动输出电路(6)供电。

技术总结
本实用新型公开了一种用于焊接机器人的接口功能电路，其中：MCU控制器用于生成多路PWM控制信号；数字隔离器用于对多路PWM控制信号进行隔离后，分别输出至电流传输电路的输入端；电流传输电路用于对数字隔离器输出的PWM输出信号依次进行滤波和放大后传输至焊接电源；数字驱动器用于对MCU控制器输出的多路PWM控制信号进行缓冲后，分别输出多路PWM驱动信号至带驱动输出电路的输入端；带驱动输出电路用于对数字驱动器输出的PWM驱动信号进行隔离升压转换后传输至执行机构。本实用新型既能实现焊接电源模拟量控制信号的隔离传输，又能为一些执行机构提供带驱动脉冲信号，同时电路结构简单、成本低廉、易于实现。易于实现。易于实现。


技术研发人员：万小兵 袁永超 张启洲 庞树博
受保护的技术使用者：深圳市华成工业控制股份有限公司
技术研发日：2021.11.17
技术公布日：2022/5/25