專(zhuān)利名稱(chēng)：一種五自由度高速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及錫焊機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種五自由度高速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在錫焊加工工業(yè)中，手工焊接時(shí)需要焊工根據(jù)眼睛所觀察到的實(shí)際焊點(diǎn)位置適時(shí)地調(diào)整焊槍的位置、姿態(tài)和行走的速度，以適應(yīng)焊點(diǎn)及焊接軌跡的變化，因此焊工要有熟練的操作技能、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和穩(wěn)定的焊接水平。同時(shí)焊接又是一種勞動(dòng)條件差、煙塵多、熱輻射大、危險(xiǎn)性高的工作，因此新型的自動(dòng)化焊接生產(chǎn)將成為新世紀(jì)接受市場(chǎng)挑戰(zhàn)的重要方式。一般錫焊加工需要五自由度錫焊機(jī)器人，一臺(tái)完整的五自由度錫焊機(jī)器人基本包括電機(jī)、算法和微處理器幾個(gè)部分，但現(xiàn)有的自動(dòng)錫焊機(jī)器人長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行存在著很多安全問(wèn)題:
(O自動(dòng)錫焊機(jī)器人的電源采用的是一般交流電源整流后的直流電源，當(dāng)突然停電時(shí)會(huì)使整個(gè)錫焊運(yùn)動(dòng)失敗。(2)錫焊機(jī)器人的主控芯片采用的多是8位的單片機(jī)，計(jì)算能力不夠，導(dǎo)致焊接系統(tǒng)運(yùn)行速度較慢。由于自動(dòng)錫焊機(jī)器人在焊點(diǎn)間的頻繁點(diǎn)焊，要頻繁的剎車(chē)和啟動(dòng)，加重了單片機(jī)的工作量，單一的單片機(jī)無(wú)法滿(mǎn)足自動(dòng)錫焊機(jī)器人快速啟動(dòng)和停止的要求。由于受周?chē)h(huán)境不穩(wěn)定因素干擾，單片機(jī)控制器經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)異常，引起錫焊機(jī)器人失控，抗干擾能力較差。由于受單片機(jī)容量和算法影響，普通錫焊機(jī)器人對(duì)已經(jīng)經(jīng)過(guò)的焊點(diǎn)信息沒(méi)有存儲(chǔ)，當(dāng)遇到掉電情況或故障重啟時(shí)所有的信息將消失，這使得整個(gè)錫焊過(guò)程要重新開(kāi)始或者人工更新路徑信息。對(duì)于五自由度錫焊機(jī)器人的點(diǎn)焊過(guò)程來(lái)說(shuō)，一般要求控制其軌跡運(yùn)動(dòng)的五個(gè)電機(jī)的PWM控制信號(hào)要同步，由于受單片機(jī)計(jì)算能力的限制，單一單片機(jī)伺服系統(tǒng)很難滿(mǎn)足這一條件。(3)基于微處理器與專(zhuān)用運(yùn)動(dòng)控制芯片的控制模式為微處理器根據(jù)預(yù)設(shè)位置計(jì)算出電機(jī)需要的各種預(yù)設(shè)，送給專(zhuān)用芯片進(jìn)行二次計(jì)算生成控制電機(jī)的PWM波信號(hào)，雖然這類(lèi)運(yùn)動(dòng)控制器開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單、可靠性高，但是由于有微處理器軟件參與系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的部分計(jì)算，使得系統(tǒng)計(jì)算速度不是很高，而且由于采用了專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)控制芯片，無(wú)法進(jìn)行擴(kuò)展設(shè)計(jì)，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)各種先進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制算法。此控制模式中一般一個(gè)專(zhuān)用控制芯片控制一個(gè)電機(jī)，并且占用大量的微處理器口地址，對(duì)于五自由度錫焊機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要用到復(fù)雜的控制技術(shù)才可以實(shí)現(xiàn)。(4)作為自動(dòng)錫焊機(jī)器人的執(zhí)行電機(jī)多采用步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)常會(huì)遇到丟失脈沖造成電機(jī)失步現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)于焊點(diǎn)出錫量不一致。步進(jìn)電機(jī)使得機(jī)體發(fā)熱比較嚴(yán)重，有的時(shí)候需要對(duì)電機(jī)本 體進(jìn)行散熱。步進(jìn)電機(jī)使系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械噪聲大大增加，不利于環(huán)境保護(hù)。步進(jìn)電機(jī)的本體一般都是多相結(jié)構(gòu)，控制電路需要采用多個(gè)功率管，使得控制電路相對(duì)比較復(fù)雜，并且增加了控制器價(jià)格，并且由于多相之間的來(lái)回切換，使得系統(tǒng)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大，不利于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的提高。(5)在焊接的時(shí)候雖然可根據(jù)被焊物體的焊點(diǎn)大小來(lái)調(diào)整送錫量的大小，但是沒(méi)有考慮焊點(diǎn)的溫度，導(dǎo)致焊點(diǎn)不一致。在錫焊過(guò)程中，忽略了對(duì)烙鐵頭的清洗，經(jīng)常導(dǎo)致因?yàn)槔予F頭上的殘留焊錫而產(chǎn)生焊接不良或焊點(diǎn)污穢的情況發(fā)生。由于大量采用體積較大的插件元器件，使得伺服控制器的體積較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種五自由度高速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，能提高運(yùn)算速度，保證錫焊機(jī)器人系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種五自由度高速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，包括電源、控制器、第一電機(jī)、第二電機(jī)、第三電機(jī)、第四電機(jī)、第五電機(jī)、第六電機(jī)和錫焊機(jī)器人，所述電源與所述控制器連接，所述控制器包括數(shù)字信號(hào)處理芯片和基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列芯片，所述基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列芯片生成脈沖寬度調(diào)制波信號(hào)并發(fā)送給所述第一電機(jī)、所述第二電機(jī)、所述第三電機(jī)、所述第四電機(jī)、所述第五電機(jī)和所述第六電機(jī)，所述第一電機(jī)、所述第二電機(jī)、所述第三電機(jī)、所述第四電機(jī)和所述第五電機(jī)分別與所述錫焊機(jī) 器人上的五個(gè)位置連接，所述第六電機(jī)與所述錫焊機(jī)器人的出錫位置連接。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述電源為交流電源或鋰離子電池。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述數(shù)字信號(hào)處理芯片是32位的。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述控制器采用貼片元器件材料。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述第一電機(jī)、所述第二電機(jī)、所述第三電機(jī)、所述第四電機(jī)、所述第五電機(jī)和所述第六電機(jī)是永磁直流伺服電機(jī)，所述永磁直流伺服電機(jī)包括1024線(xiàn)光電編碼盤(pán)。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的五自由度高速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，采用基于DSP和FPGA的雙核控制模式，F(xiàn)PGA把DSP從復(fù)雜的伺服算法中解脫出來(lái)，大大提高了運(yùn)算速度，也使得所述控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，縮短了開(kāi)發(fā)周期短，在整個(gè)錫焊過(guò)程中充分考慮了錫焊機(jī)器人的運(yùn)行速度和烙鐵頭溫度對(duì)出錫系統(tǒng)參數(shù)的影響，保證了焊接過(guò)程的完成。


圖1是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)中錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的原理 圖2是本發(fā)明五自由度高速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)一較佳實(shí)施例的原理 圖3是圖2中所述五自由度高速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的控制器的程序框 圖4是圖2中所述五自由度高速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的錫焊機(jī)器人的速度運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。數(shù)字信號(hào)處理芯片(DSP)具有快速的計(jì)算能力，其中TMS320F2812是美國(guó)TI公司推出的C2000平臺(tái)上的定點(diǎn)32位DSP芯片。DSP運(yùn)行時(shí)鐘可達(dá)150MHz，處理性能可達(dá)150MIPS，每條指令周期6.67ns，IO 口豐富，對(duì)用戶(hù)的一般應(yīng)用足夠，具有12位的0 3.3v的AD轉(zhuǎn)換、128kX 16位的片內(nèi)FLASH和18KX 16位的SRAM，一般的應(yīng)用系統(tǒng)可以不要外擴(kuò)存儲(chǔ)器。具有獨(dú)立的算術(shù)邏輯單元，擁有強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理能力。此外，大容量的RAM被集成到該芯片內(nèi)，可以極大地簡(jiǎn)化外圍電路設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)成本和系統(tǒng)復(fù)雜度，也大大提高了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)處理能力?；诂F(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)雖然只是標(biāo)準(zhǔn)的單元陣列，沒(méi)有一般的集成電路所具有的功能，但用戶(hù)可以根據(jù)自己的設(shè)計(jì)需要，通過(guò)特定的布局布線(xiàn)工具對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行重新組合連接，在最短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出自己的專(zhuān)用集成電路，這樣就減小成本、縮短開(kāi)發(fā)周期。由于FPGA采用軟件化的設(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)硬件電路的設(shè)計(jì)，這樣就使得基于FPGA設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有良好的可復(fù)用和修改性。請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明提供了一種五自由度高速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，包括電源、控制器、電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R、電機(jī)W、電機(jī)Y和錫焊機(jī)器人。所述電源與所述控制器連接，所述電源為 交流電源或鋰離子電池，當(dāng)伺服控制系統(tǒng)遇到交流電源斷電時(shí)，鋰離子電池會(huì)立即提供能源，避免了錫焊系統(tǒng)伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的失敗，且在電池提供電源的過(guò)程中，時(shí)刻對(duì)電池的電流進(jìn)行觀測(cè)并保護(hù)，避免了大電流的產(chǎn)生，從根本上解決了大電流對(duì)鋰離子電池的沖擊。所述控制器采用基于DSP和FPGA的雙核控制模式。所述FPGA生成脈沖寬度調(diào)制波信號(hào)并發(fā)送給電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R、電機(jī)W、電機(jī)Y,電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R和電機(jī)W控制所述錫焊機(jī)器人的五自由度伺服運(yùn)動(dòng)，所述電機(jī)Y控制所述錫焊機(jī)器人的出錫量。所述DSP是32位的，所述DSP控制人機(jī)界面功能、路徑讀取功能、溫度檢測(cè)功能、在線(xiàn)輸出功能、數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)功能和I/O控制功能，從而實(shí)現(xiàn)了 DSP與FPGA的分工，同時(shí)二者之間也可以實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。所述控制器采用貼片元器件材料，實(shí)現(xiàn)了單板控制，節(jié)省了控制板占用空間，有利于錫焊機(jī)器人體積和重量的減輕。所述電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R、電機(jī)W、電機(jī)Y是永磁直流伺服電機(jī)，采用永磁直流伺服電機(jī)使得調(diào)速范圍比較寬，調(diào)速比較平穩(wěn)，所述永磁直流伺服電機(jī)采用了 1024線(xiàn)光電編碼盤(pán)，替代了傳統(tǒng)系統(tǒng)中常用的步進(jìn)電機(jī)，使得運(yùn)算精度大大提高，效率也相對(duì)較聞。所述五自由度高速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的實(shí)施過(guò)程為:電源打開(kāi)，自動(dòng)錫焊機(jī)器人進(jìn)入自鎖狀態(tài)，所述控制器自動(dòng)加熱烙鐵到設(shè)定的一個(gè)恒定溫度，自動(dòng)焊錫機(jī)器人開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到起始點(diǎn)，自動(dòng)錫焊機(jī)器人把儲(chǔ)存的實(shí)際路徑參數(shù)和焊點(diǎn)大小信息傳輸給控制器中的DSP，DSP把這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)傳輸給FPGA，然后FPGA根據(jù)這些參數(shù)、各個(gè)電機(jī)的電流和光電編碼盤(pán)信息以及當(dāng)前運(yùn)行速度等根據(jù)模糊規(guī)則生成控制電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R、電機(jī)W和電機(jī)Y運(yùn)動(dòng)的PWM波，PWM信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)，由FPGA把處理數(shù)據(jù)通訊給DSP，DSP繼續(xù)處理后續(xù)的運(yùn)行狀態(tài)。請(qǐng)參閱圖3和圖4，所述五自由度高速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)具體的功能實(shí)現(xiàn)為:1、操作人員把加工部件安裝在夾具上，打開(kāi)電源，在打開(kāi)電源瞬間DSP會(huì)對(duì)電源電壓來(lái)源進(jìn)行判斷，當(dāng)確定是蓄電池供電時(shí)，如果電池電壓低壓的話(huà)，控制器將封鎖FPGA的PWM波輸出，此時(shí)電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R、電機(jī)W和電機(jī)Y不能工作，同時(shí)電壓傳感器將工作，雙核控制器發(fā)出低壓報(bào)警信號(hào)，人機(jī)界面提示更換電池信息。2、啟動(dòng)機(jī)器人自動(dòng)控制程序，通過(guò)控制器的USB接口輸入任務(wù)，將錫焊機(jī)器人移動(dòng)到起始點(diǎn)上方，調(diào)整好位姿。3,FPGA生成控制電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R、電機(jī)W運(yùn)動(dòng)的PWM波，通過(guò)I/O 口與DSP進(jìn)入實(shí)時(shí)通訊，由DSP控制其PWM波形的輸出和封鎖。4、在自動(dòng)錫焊機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，DSP會(huì)時(shí)刻儲(chǔ)存所經(jīng)過(guò)的距離或者是經(jīng)過(guò)的五維空間里的焊點(diǎn)信息，并根據(jù)這些距離信息確定對(duì)下一個(gè)五維工作點(diǎn)所述自動(dòng)錫焊機(jī)器人五軸電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R和電機(jī)W要運(yùn)行的距離，DSP與FPGA通訊，傳輸距離參數(shù)和當(dāng)前運(yùn)行速度給FPGA，由FPGA根據(jù)模糊控制原理生成控制電機(jī)電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R和電機(jī)W運(yùn)動(dòng)的速度梯形圖，梯形圖包含的面積就是自動(dòng)錫焊機(jī)器人電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R和電機(jī)W要運(yùn)行的距離，速度梯形圖再結(jié)合電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R和電機(jī)W的電流和光電編碼盤(pán)信息生成控制電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R和電機(jī)W行走的PWM波和方向。5、當(dāng)電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R和電機(jī)W共同推動(dòng)錫焊機(jī)器人到達(dá)預(yù)定焊點(diǎn)位置后，烙鐵在設(shè)定時(shí)間內(nèi)開(kāi)始對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行加熱，在加熱期間，DSP會(huì)對(duì)焊點(diǎn)信息和烙鐵溫度進(jìn)入二次確認(rèn)，然后轉(zhuǎn)化為出錫系統(tǒng)電機(jī)Y需要運(yùn)行的距離等參數(shù)，DSP把這些參數(shù)傳輸給FPGA，由FPGA根據(jù)模糊控制原理生成出錫系統(tǒng)速度運(yùn)動(dòng)梯形圖，這個(gè)梯形包含的面積就是錫焊機(jī)器人出錫系統(tǒng)電機(jī)Y要運(yùn)行的距離，再根據(jù)光電編碼盤(pán)信息生成控制電機(jī)Y運(yùn)行的PWM波和運(yùn)動(dòng)方向信號(hào)。6、當(dāng)完成出錫系統(tǒng)的伺服后，為了防止烙鐵溫度過(guò)高引起焊錫的再次融化，電機(jī)Y一般把焊錫絲拉回一個(gè)小的距離，并記錄此值，然后電機(jī)Y立即自鎖，，DSP調(diào)出下一個(gè)五維焊點(diǎn)信息，烙鐵和出錫系統(tǒng)一起在電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R和電機(jī)W的作用下向下一個(gè)五維空間里的錫焊點(diǎn)自動(dòng) 移動(dòng)。7、在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中如果自動(dòng)錫焊機(jī)器人發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)距離或者是出錫伺服系統(tǒng)求解出現(xiàn)死循環(huán)將向DSP發(fā)出中斷請(qǐng)求，DSP會(huì)對(duì)中斷做第一時(shí)間響應(yīng)，如果DSP的中斷響應(yīng)沒(méi)有來(lái)得及處理，五自由度自動(dòng)錫焊機(jī)器人的電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R、電機(jī)W和出錫系統(tǒng)的電機(jī)Y將原地自鎖，防止誤操作，并通過(guò)DSP發(fā)出警報(bào)，然后人工排除故障。8、裝在電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R、電機(jī)W和電機(jī)Y上的光電編碼盤(pán)會(huì)輸出其位置信號(hào)A和位置信號(hào)B，光電編碼盤(pán)的位置信號(hào)A脈沖和B脈沖邏輯狀態(tài)每變化一次，F(xiàn)PGA內(nèi)的位置寄存器會(huì)根據(jù)電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R、電機(jī)W和電機(jī)Y的運(yùn)行方向加I或者是減I ;
9、光電編碼盤(pán)的位置信號(hào)A脈沖、B脈沖和Z脈沖同時(shí)為低電平時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)INDEX信號(hào)給FPGA寄存器，記錄電機(jī)的絕對(duì)位置，然后換算成自動(dòng)錫焊機(jī)器人在五維空間里焊點(diǎn)的具體位置和出錫伺服系統(tǒng)出錫的實(shí)際長(zhǎng)度。10、在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，如果DSP收到了高速點(diǎn)焊命令，DSP會(huì)第一時(shí)間響應(yīng)，控制器根據(jù)高速點(diǎn)焊的速度計(jì)算后立即提升烙鐵溫度到達(dá)某一個(gè)恒定溫度，再根據(jù)自動(dòng)錫焊機(jī)器人在五維點(diǎn)焊部件的具體位置和應(yīng)該存在的位置，送相應(yīng)的位置數(shù)據(jù)等給FPGA，F(xiàn)PGA根據(jù)外圍傳感信號(hào)自動(dòng)調(diào)取其內(nèi)部相應(yīng)的PID調(diào)節(jié)模式，由FPGA根據(jù)模糊控制原理計(jì)算出自動(dòng)錫焊機(jī)器人電機(jī)X、電機(jī)z、電機(jī)U、電機(jī)R、電機(jī)W和出錫系統(tǒng)電機(jī)Y需要更新的PWM控制信號(hào)，控制機(jī)器人進(jìn)入聞速點(diǎn)焊狀態(tài)。11、如果自動(dòng)錫焊機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中遇到突然斷電時(shí)，蓄電池會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟立即對(duì)錫焊機(jī)器人進(jìn)行供電，當(dāng)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，此時(shí)控制器會(huì)立即封鎖FPGA的PWM波輸出，電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R、電機(jī)W和電機(jī)Y停止工作，從而有效地避免了電池大電流放電的發(fā)生。12、為了能夠目測(cè)焊點(diǎn)質(zhì)量和清洗烙鐵頭上的殘留焊錫，系統(tǒng)在人機(jī)界面上加入了自動(dòng)暫停功能，如果在錫焊過(guò)程中讀到了人機(jī)界面上設(shè)置的自動(dòng)暫停點(diǎn)，F(xiàn)PGA會(huì)控制電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R和電機(jī)W以最大的加速度停車(chē)，而電機(jī)Y立即自鎖，并存儲(chǔ)當(dāng)前信息，然后控制器立即封鎖電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R和電機(jī)W的PWM波輸出，直到控制器讀到再次按下“開(kāi)始”按鈕信息才可以使FPGA重新開(kāi)啟電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R和電機(jī)W的PWM輸出，并調(diào)取存儲(chǔ)信息使錫焊機(jī)器人從暫停點(diǎn)可以繼續(xù)工作。13、在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，如果檢測(cè)到任何一個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)脈動(dòng)，F(xiàn)PGA會(huì)自動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)償，減少了電機(jī)轉(zhuǎn)矩抖動(dòng)對(duì)錫焊過(guò)程的影響。自動(dòng)錫焊機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程會(huì)時(shí)刻檢測(cè)電池電壓，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)低壓時(shí)，傳感器會(huì)通知DSP開(kāi)啟并發(fā)出報(bào)警提示，有效地保護(hù)了鋰離子電池。14、當(dāng)完成整個(gè)加工部件的錫焊運(yùn)動(dòng)后，電機(jī)Y —般把焊錫絲拉回一個(gè)小的距離，并記錄此值，然后立即自鎖，然后經(jīng)過(guò)一個(gè)小的延時(shí)，走出運(yùn)動(dòng)軌跡。錫焊機(jī)器人重新設(shè)定位置零點(diǎn)，等待下一周期的任務(wù)。本發(fā)明揭示的五自由度高速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)具有的有益效果為:
1、采用高性能的32位DSP使系統(tǒng)處理速度大大增加，很好滿(mǎn)足錫焊系統(tǒng)快速性的要求。FPGA能把DSP從復(fù)雜的伺服算法中解脫出來(lái)，大大提高了運(yùn)算速度，也使得控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，縮短了開(kāi)發(fā)周期短?！?、在錫焊過(guò)程，送錫速度控制可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，溫度傳感器把烙鐵頭的工作溫度采集后傳送給DSP，DSP再把溫度、當(dāng)前點(diǎn)焊運(yùn)行的速度送給FPGA，然后由FPGA來(lái)完成送錫電機(jī)Y的速度閉環(huán)控制。在錫焊過(guò)程中，烙鐵頭恒溫可調(diào)，可根據(jù)實(shí)際工作速度需要，工作溫度在200°C -480°C之間調(diào)節(jié)，滿(mǎn)足高速運(yùn)轉(zhuǎn)融化焊錫需要。3、在錫焊過(guò)程，送錫長(zhǎng)度控制可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)錫焊機(jī)器人完成一個(gè)焊點(diǎn)的焊接后，控制器立即調(diào)出存儲(chǔ)器中下一個(gè)焊點(diǎn)的信息，DSP把被焊物的焊點(diǎn)大小、當(dāng)前焊錫機(jī)器人運(yùn)行的速度送給FPGA，然后由FPGA來(lái)完成送錫電機(jī)Y的伺服閉環(huán)控制。在整個(gè)錫焊過(guò)程中，充分考慮了錫焊機(jī)器人的運(yùn)行速度和烙鐵頭溫度對(duì)出錫系統(tǒng)參數(shù)的影響，保證了焊接過(guò)程的完成。4、采用FPGA處理五自由度錫焊機(jī)器人和出錫系統(tǒng)伺服控制的數(shù)據(jù)與算法，把DSP從繁重的工作量中解脫出來(lái)，有效地防止了程序的“跑飛”，抗干擾能力大大增強(qiáng)。5、FPGA根據(jù)DSP發(fā)出的位置信息，結(jié)合永磁直流伺服電機(jī)的電流和光電編碼盤(pán)信號(hào)生成控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)PWM波，簡(jiǎn)化了接口電路，省去了 DSP編寫(xiě)位置、速度控制程序和各種PID算法的麻煩，使得系統(tǒng)的調(diào)試簡(jiǎn)單。由于FPGA內(nèi)集成了六路伺服系統(tǒng)PWM生成電路，不僅滿(mǎn)足了五自由度伺服電機(jī)同步控制的要求，而且也減少了專(zhuān)用運(yùn)動(dòng)芯片所占用的空間，有利于控制器向微型化方向的發(fā)展。
6、在控制中，F(xiàn)PGA能根據(jù)機(jī)器人外圍運(yùn)行情況適時(shí)調(diào)整其內(nèi)部的PID參數(shù)，輕松實(shí)現(xiàn)分段P、PD、PID控制和非線(xiàn)性PID控制，使系統(tǒng)滿(mǎn)足快速運(yùn)行時(shí)速度的切換。7、由于所述控制系統(tǒng)具有存儲(chǔ)功能，使得錫焊機(jī)器人掉電后或遇到故障重啟時(shí)系統(tǒng)能輕易的調(diào)取已經(jīng)涂膠好的路徑信息，從故障點(diǎn)二次點(diǎn)焊完成未完成的任務(wù)。8、在整個(gè)錫焊過(guò)程中，加入了暫停點(diǎn)設(shè)定，有利于在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中目測(cè)已經(jīng)焊接好的焊點(diǎn)提前發(fā)現(xiàn)焊接問(wèn)題，或者存儲(chǔ)器記錄下當(dāng)前信息后清洗烙鐵頭機(jī)構(gòu)，減少因?yàn)槔予F頭上的殘留焊錫而產(chǎn)生焊接不良或是焊點(diǎn)污穢的問(wèn)題發(fā)生。9、為了能夠使電機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)和停車(chē)，系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)其速度梯形圖算法時(shí)引入了模糊控制原理，使系統(tǒng)性能更優(yōu)。以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包 括在本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種五自由度高速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，包括電源、控制器、第一電機(jī)、第二電機(jī)、第三電機(jī)、第四電機(jī)、第五電機(jī)、第六電機(jī)和錫焊機(jī)器人，所述電源與所述控制器連接，所述控制器包括數(shù)字信號(hào)處理芯片和基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列芯片，所述基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列芯片生成脈沖寬度調(diào)制波信號(hào)并發(fā)送給所述第一電機(jī)、所述第二電機(jī)、所述第三電機(jī)、所述第四電機(jī)、所述第五電機(jī)和所述第六電機(jī)，所述第一電機(jī)、所述第二電機(jī)、所述第三電機(jī)、所述第四電機(jī)和所述第五電機(jī)分別與所述錫焊機(jī)器人上的五個(gè)位置連接，所述第六電機(jī)與所述錫焊機(jī)器人的出錫位置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度高速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電源為交流電源或鋰離子電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度高速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字信號(hào)處理芯片是32位的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度高速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器采用貼片元器件材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度高速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電機(jī)、所述第二電機(jī)、所述第三電機(jī)、所述第四電機(jī)、所述第五電機(jī)和所述第六電機(jī)是永磁直流伺服電機(jī)， 所述永磁直流伺服電機(jī)包括1024線(xiàn)光電編碼盤(pán)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種五自由度高速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，包括電源、控制器、多個(gè)電機(jī)和錫焊機(jī)器人，電源與控制器連接，控制器包括數(shù)字信號(hào)處理芯片和基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列芯片，基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列芯片生成脈沖寬度調(diào)制波信號(hào)并發(fā)送給多個(gè)電機(jī)，其中五個(gè)電機(jī)控制所述錫焊機(jī)器人的五自由度伺服運(yùn)動(dòng)，一個(gè)電機(jī)控制所述錫焊機(jī)器人的出錫量。通過(guò)上述方式，本發(fā)明提供的一種五自由度高速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，采用基于DSP和FPGA的雙核控制模式，F(xiàn)PGA把DSP從復(fù)雜的伺服算法中解脫出來(lái)，大大提高了運(yùn)算速度，也使得所述控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，縮短了開(kāi)發(fā)周期。
文檔編號(hào)B25J9/18GK103231376SQ20131011841
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月8日
發(fā)明者張好明, 王應(yīng)海 申請(qǐng)人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院