喷洒系统以及喷洒方法与流程

本发明涉及智能控制领域，具体涉及一种喷洒系统以及喷洒方法。

背景技术：

在食品加工制作领域，物料晾晒是食品生产流程其中一个重要环节。在物料晒制过程中，需要在晒制物料上喷液体。

相关技术中，采用人工方式向物料上喷洒液体。喷洒液体的量由人工根据经验、体力等确定，容易造成喷洒不均匀的现象。

技术实现要素：

本发明提出一种喷洒系统以及喷洒方法，用以优化喷洒系统的性能。

本发明实施例提供一种喷洒系统，包括：

固定管，包括第一流道；

驱动装置，安装于所述固定管；所述驱动装置包括第一驱动组件以及第二驱动组件；所述第一驱动组件安装于所述固定管，且被构造为带动所述喷头相对于所述固定管在水平面内转动；所述第二驱动组件安装于所述第一驱动组件；

喷头，与所述第一流道连通，且与所述驱动装置驱动连接，所述第二驱动组件被构造为带动所述喷头相对于所述固定管俯仰；以及

控制装置，与所述驱动装置驱动连接，以使得所述驱动装置按照设定的转动角度范围驱动所述喷头相对于所述固定管调整姿态。

在一些实施例中，所述第一驱动组件包括：

基板，可转动地安装于所述固定管；所述第二驱动组件安装于所述基板；

转动管，包括第二流道，所述第二流道与所述第一流道连通；所述转动管与所述固定管可转动地连接；

第一电机，安装于所述基板；

第一齿轮，与所述第一电机驱动连接；以及

第二齿轮，固定于所述固定管，且与所述第一齿轮啮合。

在一些实施例中，喷洒系统还包括：

第一限位组件，被构造为限制所述第一齿轮的转动角度范围。

在一些实施例中，所述第二驱动组件包括：

第二电机，安装于所述基板；

第三齿轮，与所述第二电机驱动连接；以及

第四齿轮，与所述喷头固定连接，且与所述第三齿轮啮合。

在一些实施例中，喷洒系统还包括：

第二限位组件，被构造为限制所述第三齿轮的转动角度范围。

在一些实施例中，所述控制装置包括：

第一路径计算模块，被构造为采用第一公式计算所述第一电机转动角度α：其中，喷洒目标位置坐标为(xn,yn)，所述固定管的坐标为(x1,y1)。

在一些实施例中，所述控制装置包括：

第二路径计算模块，被构造为采用第二公式计算所述第二电机转动角度θ：其中，喷洒目标位置坐标为(xn,yn)，所述固定管的坐标为(x1,y1)，h为喷头距离物料的垂直高度。

在一些实施例中，所述喷洒目标为目标喷洒区域内多条同心圆的轮廓线上的各个位置；或者，所述喷洒目标为目标喷洒区域内多条同心方形的轮廓线上的各个位置。

在一些实施例中，喷洒系统还包括：

罩体，安装于所述驱动装置和所述控制装置的外侧。

本发明另一些实施例提供一种喷洒方法，采用本发明任一技术方案所提供的喷洒系统实现，所述喷洒方法包括以下步骤：

设定目标喷洒区域；

控制喷头的喷洒轨迹，以使得喷头的喷洒轨迹覆盖所述目标喷洒区域。

在一些实施例中，喷洒方法还包括以下步骤：

按照下述公式计算所述喷头的平面转动角度α：其中，喷洒目标位置坐标为(xnj,ynj)，所述固定管的坐标为(x1,y1)。

在一些实施例中，喷洒方法还包括以下步骤：

按照下述公式计算所述喷头的俯仰角度θ：其中，喷洒目标位置坐标为(xnj,ynj)，所述固定管的坐标为(xj,y1)，h为喷头距离物料的垂直高度。

上述技术方案提供的喷洒系统，通过控制装置控制驱动装置的驱动角度，进而精确调整喷头的姿态角度，以实现对喷洒路径的精确控制。该喷洒系统不仅实现了喷洒操作的自动化，在节省人工的同时，还实现了液体均匀喷洒。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的喷洒系统的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的喷洒系统的主视方向剖视示意图；

图3为本发明实施例提供的喷洒系统的另一方向剖视示意图；

图4为本发明实施例提供的喷洒系统使用状态主视示意图；

图5为本发明实施例提供的喷洒系统使用状态俯视示意图；

图6为本发明实施例提供的喷洒系统喷洒范围示意图；

图7为本发明实施例提供的喷洒系统的圆形轨迹的坐标系示意图；

图8为本发明实施例提供的喷洒系统的圆形喷洒轨迹示意图；

图9为本发明实施例提供的喷洒系统的方形喷洒轨迹示意图；

图10为本发明实施例提供的喷洒系统的方形喷洒轨迹坐标示意图；

图11为本发明实施例提供的喷洒方法喷洒圆形轨迹的方法流程示意图；

图12为本发明实施例提供的喷洒方法喷洒方形轨迹的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合图1～图12对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

参见图1至图9，本发明实施例提供一种喷洒系统，包括固定管1、驱动装置2、喷头3以及控制装置(图未示出)。固定管1包括第一流道11。驱动装置2安装于固定管1。喷头3与第一流道11连通，且与驱动装置2驱动连接。控制装置与驱动装置2驱动连接，以使得驱动装置2按照设定的转动角度范围驱动喷头3相对于固定管1调整姿态。

喷洒系统在使用时，固定于喷洒场地7的侧壁(或者称为场地侧壁)。具体来说，喷洒过程中，固定管1与喷洒场地7的侧壁是固定的，两者之间不存在相对运动。外界的喷洒液体，比如水，经由固定管1引入到喷头3中，然后喷洒出去，以润湿喷洒场地7内部晾晒的物料。

驱动装置2用于调节喷头3的姿态。根据待喷洒目标区域形状的不同，喷头3需要调节的姿态范围也是不相同的。可选地，喷头3能够在六个自由度范围内转动。具体来说，喷头3能够在水平面内转动，并且能够在竖直平面内俯仰转动。即喷头3的姿态与平面转动角度和俯仰角度相关。下面将给出调节喷头3的姿态的具体实现方式。

参见图1，在一些实施例中，驱动装置2包括第一驱动组件21以及第二驱动组件22。第一驱动组件21安装于固定管1，且第一驱动组件21被构造为带动喷头3相对于固定管1在水平面内转动。第二驱动组件22安装于第一驱动组件21，且第二驱动组件22被构造为带动喷头3相对于固定管1俯仰。

第一驱动组件21比如采用电机或者其他可转动的动力源。第一驱动组件21用于实现喷头3平面转动角度的调节。第二驱动组件22比如采用电机或者其他可转动的动力源。第二驱动组件22用于实现喷头3俯仰角度的调节。

参见图1，第一驱动组件21在驱动喷头3在平面转动的过程中，第二驱动组件22随着喷头3的转动而转动。另外，在第二驱动组件22驱动喷头3俯仰的过程中，第一驱动组件21并不随之俯仰。

参见图2，在一些实施例中，喷洒系统还包括罩体6，罩体6用于罩住大部分的机构，比如驱动装置2、控制装置4等。喷头3的大部分可以位于罩体6内部，亦可将整个喷头3都位于罩体6外部。

参见图2，罩体6包括第一罩体61和第二罩体62。第一罩体61和基板211之间设置有连接件8。连接件8具体为立柱。连接件8沿着基板211的圆周方向设置有多个。通过连接件8将第一罩体61和基板211固定在一起。第二罩体62和基板211通过螺栓固定连接。

下面介绍第一驱动组件21的具体实现方式。

参见图1至图3，第一驱动组件21包括基板211、转动管212、第一电机213、第一齿轮214以及第二齿轮215。

基板211可转动地安装于固定管1，基板21与固定管1之间可以设置转动间隙。基板211与固定管1两者之间可以设置缓冲部件，以减少相对转动时的摩擦。固定管1竖直布置，并且固定管1穿过第二齿轮215的中心。

参见图1，转动管212包括第二流道212a，第二流道212a与第一流道11连通。转动管212与固定管1可转动地连接，具体通过轴承216可转动连接。转动管212与固定管1的转动轴线为l1，转动管212与固定管1可转动连接，以实现转动管212相对于固定管1在水平面内的转动。转动管212与固定管1之间设置有密封件9，以实现密封，以防止喷洒液体泄漏。转动管212的出液口与喷头3可转动地连接，转动管212与喷头3的转动轴线为l2，转动管212与喷头3可转动连接以实现喷头3的俯仰。设置转动管212，可以简化喷头3和固定管1之间的连接关系。l1具体比如为竖直的，l2比如为水平的。

参见图1，第一电机213安装于基板211。第一齿轮214与第一电机213驱动连接。第二齿轮215固定于固定管1，且第二齿轮215与第一齿轮214啮合。

第一驱动组件21的工作过程如下：第一电机213工作，则带动第一齿轮214转动。由于第一齿轮214与第二齿轮215啮合，而第二齿轮215本身与固定管1固定连接，所以第二齿轮215不会转动，而是第一齿轮214带动基板211以及安装于基板211的所有部件共同围绕第二齿轮215转动，即整个基板211以及基板211上安装的部件都在水平面内转动。

参见图1，在一些实施例中，喷洒系统还包括第一限位组件23，第一限位组件23安装于基板211，且第一限位组件23被构造为限制第一齿轮214的转动角度范围。

参见图1，第一限位组件23包括第一光电开关231和第一检测件232。第一光电开关231安装于第一齿轮214或者基板211，且随着第一齿轮214同步转动。在一些实施例中，以第一光电开关231安装于基板211为例。第一检测件232固定于固定管1。通过第一光电开关231和第一检测件232之间的相对位置关系，来判断第一齿轮214的转动角度范围是否在设定的范围内。

下面介绍第二驱动组件22的实现方式。

参见图1至图3，第二驱动组件22安装于基板211。第二驱动组件22整体随着基板211的转动而转动。

参见图1至图3，在一些实施例中，第二驱动组件22包括第二电机221、第三齿轮222以及第四齿轮223。第二电机221安装于基板211；第三齿轮222与第二电机221驱动连接。第四齿轮223与喷头3固定连接，且与第三齿轮222啮合。

参见图1至图3，第二电机221带动第三齿轮222转动，由于第三齿轮222与第四齿轮223啮合，第三齿轮222会带动第四齿轮223同步转动。第四齿轮223与喷头3固定的，所以第四齿轮223转动会带动喷头3同步转动，从而实现俯仰调节。

参见图1，在一些实施例中，喷洒系统还包括第二限位组件24，第二限位组件24安装于基板211，且被构造为限制第三齿轮222的转动角度范围。

参见图1，第二限位组件24具体包括第二光电开关241和第二检测件242。第二光电开关241安装于第二电机221的机壳，第二检测件242安装于第四齿轮23，以检测第四齿轮23的转动角度范围。

喷头3的喷洒路径由第一电机213和第二电机221的转动角度范围确定，可以采用下述方式，实现对喷头3喷洒路径的精确控制。

介绍喷洒路径控制之前，先介绍喷洒系统使用中所采用的坐标系。

参见图2至图7，喷洒场地7的上方用于安装喷洒系统。喷洒系统安装位置是固定的，以喷头3进液口所在的水平面为基准，建立坐标系。此位置坐标用(x1,y1)表示，参见图7。喷洒的初始目标位置根据喷头3距离物料的垂直高度h和喷洒场地7的直径d0决定。此位置与喷头3距离物料的垂直高度同高且在喷洒场地7内壁的圆周轮廓线上，同时此位置应是喷洒的最远距离。参见图1至图6，假设喷洒的压力能让喷出的液体成一直线喷出，第二电机221原点位置与场地内半成品成垂直状态，通过手动操作喷洒系统喷出液体能喷至最远喷洒位置处，记录当前第二电机221编码器角度，此角度即为初始角度θ0。根据初始角度θ0，便可计算出喷头3距离物料的垂直高度

参见图6至图8，以喷洒场地7为圆形为例，在一些实施例中，喷洒目标位置为目标区域内多条同心圆的轮廓线上的各个位置。

参见图1至图7，第一电机213和第二电机221的转动角度范围是有范围的，分别如下。

第二电机221角度为θ，第二电机221角度取值范围受第二限位组件24的限制。第一电机213角度为α，由于喷洒系统喷洒完整个喷洒场地7共旋转360度，因此α∈[-π,π]。对于任意半径圆周上的坐标点(xn,yn)可通过下述公式计算得到：β为任意值，β∈[2kπ,2π+2kπ]，k∈z，n∈z⁺。

在一些实施例中，控制装置包括第一路径计算模块，第一路径计算模块被构造为采用第一公式计算第一电机213转动角度α：其中，喷洒目标位置坐标为(xn,yn)，固定管1的坐标为(x1,y1)。

在一些实施例中，控制装置包括第二路径计算模块，第二路径计算模块被构造为采用第二公式计算第二电机221转动角度θ：其中，喷洒目标位置坐标为(xn,yn)，固定管1的坐标为(x1,y1)。

参见图1至图6，根据喷洒场地7的直径d和喷头3距离物料的垂直高度h，计算出一条绕着喷洒场地7内壁圆周轮廓线喷洒的圆周轨迹。此轨迹包含第一电机213和第二电机221每个时刻需要旋转的角度。当场地侧壁直径为d0，在t时刻时，喷洒目标位置为(xn,yn)。则第一电机213角度为第二电机221角度根据此关系式，则可计算出喷洒系统需要绕着直径为d0的喷洒场地7内壁圆周轮廓线运动时，第一电机213和第二电机221的轨迹曲线。

将喷洒场地7的直径d0减少一定比例，记为dn，a∈z⁺，dn＜d0。根据步骤3的两个公式，计算出一条新的、绕着喷洒场地7内平面喷洒的圆周轨迹，此轨迹不与场地侧壁轨迹重合。

重复上述的步骤，继续缩小喷洒场地7的直径d0，计算出多条圆周轨迹，直到计算的喷洒轨迹覆盖整个场地侧壁圆面。启动喷洒系统，根据已经计算好的轨迹路径实现均匀喷洒。

下面介绍喷洒场地7为方形的，喷洒目标位置为方形时的轨迹计算过程。在一些实施例中，喷洒目标为目标区域内多条同心方形的轮廓线上的各个位置。

参见图10，图10为建立方形喷洒轨迹的坐标系。

首先，采用与喷洒圆形轨迹的计算方法相同的方法，得到初始角度θ0和喷头3距离物料的垂直高度h。

参见图1至图6，假设喷洒的压力能让喷出的液体成一直线喷出，第二电机221原点位置与场地内半成品成垂直状态，通过手动操作喷洒系统喷出液体能喷至最远喷洒位置处，记录当前第二电机221编码器角度，此角度即为初始角度θ0。根据初始角度θ0，便可计算出喷头3距离物料的垂直高度

若需要喷洒的轨迹是方形的，则获取四个边角点的坐标，记为(xn,yn)，n＝1，2，3，4。若方形边长为a0，此时即可得到四个边角点的坐标值。为了达到精确的轨迹过程跟踪控制，两边角点之间等距离切分出多个坐标点，如(x1,y1)到(x2,y2)之间，等距离切分出j个点，则(x11,y11)＝(x1-a0/j,y1),(x12,y12)＝(x11-a0/j,y1),…,(x1j,y1j)＝(x2,y2)。

根据切分出的多个坐标点，每个坐标点通过以下的关系式计算，得出相应的电机角度。第一电机213角度为第二电机221角度根据此关系式，则可计算出喷洒系统需要绕着方形边长为a0周长轮廓线运动时，第一电机213和第二电机221的轨迹曲线。

将方形边长为a0减少一定比例，记为mi，i∈z⁺，an＜a0。根据步骤3的关系式，计算出一条新的、绕着方形边长圆周轨迹的运动轨迹，此轨迹不与边长为a0周长轮廓线重合。

重复上述步骤，继续缩小方形边长为a0，直到计算的喷洒轨迹覆盖整个喷洒面。启动喷洒系统，根据已经计算好的轨迹路径实现均匀喷洒。

在一些实施例中，控制装置包括第三路径计算模块，第三路径计算模块被构造为采用第三公式计算第一电机213转动角度α：其中，喷洒目标位置坐标为(xnj,ynj)，固定管1的坐标为(x1,y1)。

在一些实施例中，控制装置包括第四路径计算模块，第四路径计算模块被构造为采用第四公式计算第二电机221转动角度θ：其中，喷洒目标位置坐标为(xnj,ynj)，固定管1的坐标为(x1,y1)。

上述技术方案适用于多种喷洒形状的工作环境，通过二轴联动旋转可喷洒在工作范围内的任意平面位置，例如圆形具有围壁或者不具有围壁的场地，方形具有围壁或者不具有围壁的场地、椭圆形具有围壁或者不具有围壁的场地、矩形具有围壁或者不具有围壁的场地等。根据不同形状的场景设置相应的喷洒轨迹，对应通过第一电机213和第二电机221实现上述路径。相邻的两个喷洒轨迹之间的间隔可根据喷枪的单点覆盖范围(考虑覆盖直径和面积)来确定。

需要说明的是，在本文的一些实施例中是以采用具有围壁的场景进行的，可以理解的是，该喷洒系统的适用场景不仅限于具有围壁的场地，对于四周没有围壁的场景也同样适用。

参见图10和图12，本发明实施例还提供一种喷洒方法，其可以采用本发明上述任意实施例提供的喷洒系统实现。

该喷洒方法包括以下步骤：

步骤s100、设定目标喷洒区域。

如果喷洒场地7为圆形的，则喷洒目标为整个圆周平面，喷洒轨迹为一条条同心圆形。

步骤s200、控制喷头3的喷洒轨迹，以使得喷头3的喷洒轨迹覆盖目标喷洒区域。

如果是圆形轨迹，则根据上述的第一公式和第二公式计算得到多条喷洒轨迹曲线。

在一些实施例中，喷洒方法还包括以下步骤：

步骤s300、如果喷洒轨迹为圆形，按照下述第一公式计算喷头3的平面转动角度α：其中，喷洒目标位置坐标为(xnj,ynj)，固定管1的坐标为(x1,y1)。

在一些实施例中，喷洒方法还包括以下步骤：

步骤s400、如果喷洒轨迹为圆形，按照下述第二公式计算喷头3的俯仰角度θ：其中，喷洒目标位置坐标为(xnj,ynj)，固定管1的坐标为(x1,y1)，h为喷头3距离物料的垂直高度。

在一些实施例中，喷洒方法还包括以下步骤：

步骤s500、如果喷洒轨迹为方形的，按照第三公式计算第一电机213转动角度α：其中，喷洒目标位置坐标为(xnj,ynj)，固定管1的坐标为(x1,y1)。

在一些实施例中，喷洒方法还包括以下步骤：

步骤s600、如果喷洒轨迹为方形，按照第四公式计算第二电机221转动角度θ：其中，喷洒目标位置坐标为(xnj,ynj)，固定管1的坐标为(x1,y1)。

关于各个公式中字母含义的详细介绍，请参见上文喷洒系统部分的内容，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文的一些实施例中是以采用具有围壁的场景进行描述的，可以理解的是，该喷洒方法的适用场景不仅限于具有围壁的场地，对于四周没有围壁的场景也同样适用。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。