專利名稱：一種五自由度中速錫焊機(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中速錫焊機(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)器人長時(shí)間運(yùn)行存在著很多安全問題:
(I)錫焊初期，一般采用人工運(yùn)動(dòng)把錫焊機(jī)器人推到起始位置，僅依靠人眼進(jìn)行初始位置的校正，使得精確度大大降低，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，要頻繁的剎車和啟動(dòng)，加重了單片機(jī)的工作量，單一的單片機(jī)無法滿足自動(dòng)錫焊機(jī)器人快速啟動(dòng)和停止的要求。由于受周圍環(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)過的焊點(diǎn)信息沒有存儲(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)錫焊過程要重新開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)焊過程來說，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)很難滿足這一條件。(3)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。(4)在焊接的時(shí)候雖然可根據(jù)被焊物體的焊點(diǎn)大小來調(diào)整送錫量的大小，但是沒有考慮焊點(diǎn)的溫度，導(dǎo)致焊點(diǎn)不一致。在錫焊過程中，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)問題是提供一種五自由度中速錫焊機(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:提供一種五自由度中速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，包括電源、控制單元、5個(gè)電機(jī)和錫焊機(jī)器人，所述電源與所述控制單元連接，所述控制單元包括數(shù)字信號(hào)處理芯片和LM629運(yùn)動(dòng)控制芯片，所述LM629運(yùn)動(dòng)控制芯片生成信號(hào)發(fā)送給所述5個(gè)電機(jī)，所述5個(gè)電機(jī)分別與所述錫焊機(jī)器人上的5個(gè)部位連接。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述伺服控制系統(tǒng)還包括第六電機(jī)，所述LM629運(yùn)動(dòng)控制芯片生成信號(hào)發(fā)送給所述第六電機(jī)。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述數(shù)字信號(hào)處理芯片還包括控制人機(jī)界面單元、溫度檢測單元、圖像采集單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和I/o控制單元。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述5個(gè)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512線光電編碼盤。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的五自由度中速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，采用基于DSP和LM629的雙核控制模式，LM629把DSP從復(fù)雜的伺服算法中解脫出來，大大提高了運(yùn)算速度，也使得所述控制器設(shè)計(jì)簡單，縮短了開發(fā)周期短，在錫焊開始前開啟圖像采集系統(tǒng)，能使電機(jī)自動(dòng)移動(dòng)錫焊機(jī)器人到達(dá)指定位置，提高了系統(tǒng)錫焊精度。



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)明五自由度中速錫焊機(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中所述五自由度中速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的控制器的程序框 圖4是圖2中所述五自由度中速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
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)用戶的一般應(yīng)用足夠，具有12位的0 3.3v的AD轉(zhuǎn)換、128kX16位的片內(nèi)FLASH和18KX16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。LM629是National semiconductor生產(chǎn)的一款用于精密運(yùn)動(dòng)控制的專用芯片，有24腳和28腳二種表面安裝式封裝，在一個(gè)芯片內(nèi)集成了數(shù)字式運(yùn)動(dòng)控制的全部功能，使得設(shè)計(jì)一個(gè)快速、準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的任務(wù)變得輕松、容易，它的工作頻率為6MHz和8MHz，工作溫度范圍為_40°C ^85°C，使用5V電源，具有32位的位置、速度和加速度存器、8位分辨率的PWM脈寬調(diào)制輸出、16位可編程數(shù)字PID控制器和內(nèi)部的梯形速度發(fā)生器。LM629運(yùn)動(dòng)控制芯片可實(shí)時(shí)修改速度、目標(biāo)位置和PID控制參數(shù)，能實(shí)時(shí)可編程中斷、可編程微分項(xiàng)采樣間隔和對(duì)增量碼盤信號(hào)進(jìn)行四倍頻，可設(shè)置于速度或位置伺服兩種工作狀態(tài)。請參閱圖2，本發(fā)明提供了一種五自由度中速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，包括電源、控制單元、5個(gè)電機(jī)和錫焊機(jī)器人。所述電源向所述控制單元提供能源，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程中，時(shí)刻對(duì)電池的電流進(jìn)行觀測并保護(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。所述控制單元包括數(shù)字信號(hào)處理芯片和LM629運(yùn)動(dòng)控制芯片，所述數(shù)字信號(hào)處理芯片計(jì)算所述錫焊機(jī)器人的軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)和路徑讀取，所述LM629運(yùn)動(dòng)控制芯片處理所述5個(gè)電機(jī)的伺服控制，所述5個(gè)電機(jī)控制所述錫焊機(jī)器人伺服運(yùn)動(dòng)。所述DSP是32位的，所述DSP控制人機(jī)界面單元、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)單元、路徑讀取單元、溫度檢測單元、圖像采集單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和I/O控制單元，從而實(shí)現(xiàn)了 DSP與LM629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5個(gè)電機(jī)為電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R和電機(jī)W，所述伺服控制系統(tǒng)還包括電機(jī)Y，所述LM629運(yùn)動(dòng)控制芯片控制所述電機(jī)Y的出錫量。所述所述電機(jī)X、所述電機(jī)Z、所述電機(jī)U、所述電機(jī)R、所述電機(jī)W和所述電機(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 512線光電編碼盤，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)較高。請參閱圖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、打開電源，自動(dòng)傳送裝置把安裝在夾具上的加工部件自動(dòng)傳送到工作區(qū)域，在打開電源瞬間單片機(jī)會(huì)對(duì)電源電壓來源進(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，將禁止LM629工作，電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R和電機(jī)Y不能工作，同時(shí)電壓傳感器將工作，控制器會(huì)發(fā)出低壓報(bào)警信號(hào)。2、啟動(dòng)機(jī)器人自動(dòng)控制程序，通過控制器232串口輸入任務(wù)或者從硬盤裝載任務(wù)，電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U工作將執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)移動(dòng)到初始化點(diǎn)，電機(jī)X、電機(jī)Z和電機(jī)U自鎖并釋放總線，圖像采集系統(tǒng)開啟，電機(jī)R傾斜一個(gè)角度，電機(jī)W然后旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，自動(dòng)校正出錫管與起始點(diǎn)的對(duì)準(zhǔn)位置。3、在點(diǎn)焊信號(hào)有效條件下，延時(shí)一定時(shí)間，使錫焊機(jī)器人準(zhǔn)備開始工作。為了能夠驅(qū)動(dòng)單自由度自動(dòng)錫焊機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)動(dòng)和自動(dòng)控制出錫量的多少，本控制系統(tǒng)引入了五片LM629，但是通過I/O 口與DSP進(jìn)入實(shí)時(shí)通訊，由DSP控制其開通和關(guān)斷。4、對(duì)于基于LM629的系統(tǒng)來說，“忙”狀態(tài)的檢測是整個(gè)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要部分，在每次運(yùn)動(dòng)之前先檢測此狀態(tài)位，判斷是否為“忙”，如果是“忙”要進(jìn)行軟件復(fù)位，使系統(tǒng)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。對(duì)于基于LM629的系統(tǒng)來說，復(fù)位也是LM629伺服系統(tǒng)操作中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，復(fù)位后，查看LM629的狀態(tài)字，如果不等于84H或者C4H，說明硬件復(fù)位失敗，必須重新復(fù)位，否則LM629不可以正常工作。5、在自動(dòng)錫焊機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中，DSP會(huì)時(shí)刻儲(chǔ)存所經(jīng)過的五維空間距離或者是經(jīng)過的焊點(diǎn)，并根據(jù)這些距離信息由DSP計(jì)算得到相對(duì)下一個(gè)五維空間焊點(diǎn)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、速度和加速度，DSP與LM629通訊，傳輸這些參數(shù)給LM629，由LM629生成速度運(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，再根據(jù)電機(jī)電流和光電編碼盤信息生成控制電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R和電機(jī)W運(yùn)行的PWM波和運(yùn)動(dòng)方向信號(hào)。6、當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定五維焊點(diǎn)位置后，烙鐵在設(shè)定時(shí)間內(nèi)開始對(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)，轉(zhuǎn)化為出錫系統(tǒng)電機(jī)Y需要運(yùn)行的距離、速度和加速度以及PID等預(yù)設(shè)參數(shù)，DSP把這些參數(shù)傳輸給出錫系統(tǒng)的LM629由LM629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，在根據(jù)光電編碼盤信息生成控制電機(jī)Y運(yùn)行的PWM波和運(yùn)動(dòng)方向信號(hào)。7、當(dāng)完成出錫系統(tǒng)的伺服后，為了防止烙鐵溫度過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，然后立即自鎖。然后烙鐵和出錫系統(tǒng)一起在電機(jī)X的作用下向下一個(gè)錫焊點(diǎn)移動(dòng)。8、在運(yùn)動(dòng)過程中如果自動(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)沒有來得及處理，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。9、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上的光電編碼盤會(huì)輸出其位置信號(hào)A和位置信號(hào)B，光電編碼盤的位置信號(hào)A脈沖和B脈沖邏輯狀態(tài)每變化一次，LM629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 ;光電編碼盤的位置信號(hào)A脈沖和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LM629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)的具體位置和出錫的實(shí)際長度。 10、DSP根據(jù)自動(dòng)錫焊機(jī)器人在五維空間里焊點(diǎn)的具體位置與設(shè)定位置的對(duì)比，經(jīng)DSP計(jì)算后送相應(yīng)的加速度、速度和位置數(shù)據(jù)等給LM629的梯形圖發(fā)生器作為參考值，由梯形圖計(jì)算出自動(dòng)錫焊機(jī)器人需要更新的實(shí)際加速度、速度和位置信號(hào)。11、在錫焊過程中，如果圖像采集系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有任何位置的焊點(diǎn)出現(xiàn)質(zhì)量問題，存儲(chǔ)器記錄下當(dāng)前五維位置信息，然后DSP根據(jù)自動(dòng)錫焊機(jī)器人在焊接部件的具體位置，計(jì)算得到并送相應(yīng)的加速度、速度和位置數(shù)據(jù)等給LM629的梯形圖發(fā)生器作為參考值，由梯形圖計(jì)算出自動(dòng)錫焊機(jī)器人到達(dá)更新點(diǎn)需要的實(shí)際加速度、速度和位置信號(hào)，然后控制電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)U、電機(jī)R和電機(jī)W到達(dá)指定位置，然后DSP根據(jù)圖像采集結(jié)果控制電機(jī)Y對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)完成后開啟圖像采集系統(tǒng)，在電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)U、電機(jī)R和電機(jī)W的幫助下再回到存儲(chǔ)器當(dāng)初寄存下的位置，重新繼續(xù)原有的工作。12、在錫焊過程中，如果圖像采集系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)烙鐵頭存有大量的殘錫，存儲(chǔ)器記錄下當(dāng)前五維位置信息，DSP會(huì)根據(jù)自動(dòng)錫焊機(jī)器人在焊接部件的具體位置，通過圖像采集裝置幫助電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)U、電機(jī)R和電機(jī)W把錫焊機(jī)器人移動(dòng)到清洗處，清洗烙鐵，完畢后調(diào)取相應(yīng)的位置信息，重新回到存儲(chǔ)焊點(diǎn)，繼續(xù)新的工作。13、在整個(gè)點(diǎn)焊過程中，由梯形圖發(fā)生器結(jié)合電機(jī)位置解碼決定的數(shù)字PID控制器生成功率驅(qū)動(dòng)橋需要的PWM波信號(hào)和電機(jī)正反轉(zhuǎn)信號(hào)，用來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)錫焊機(jī)器人系統(tǒng)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的伺服控制。14、如果自動(dòng)錫焊機(jī)器人在運(yùn)行過程中遇到突然斷電時(shí)，蓄電池會(huì)自動(dòng)開啟立即對(duì)錫焊機(jī)器人進(jìn)行供電，當(dāng)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)電流超過設(shè)定值時(shí)，LM629的中斷命令LPES將會(huì)向DSP發(fā)出中斷請求，此時(shí)DSP會(huì)立即控制LM629停止工作并存取下當(dāng)期的焊點(diǎn)信息，不僅有效地避免了電池大電流放電的發(fā)生的，而且也保存了焊點(diǎn)數(shù)據(jù)，使得控制器排除故障接到重新啟動(dòng)命令后可以繼續(xù)運(yùn)行其剩余的工作。15、為了方便錫焊工作系統(tǒng)加入了從人機(jī)界面上設(shè)置的自動(dòng)暫停點(diǎn)，如果在錫焊過程中讀到了自動(dòng)暫停點(diǎn)，DSP會(huì)控制LM629以最大的加速度停車使加工過程出現(xiàn)自動(dòng)暫停并存儲(chǔ)當(dāng)前信息，直到控制器讀到再次按下“開始”按鈕信息才可以使LM629重新工作，并調(diào)取存儲(chǔ)信息使錫焊機(jī)器人從自動(dòng)暫停點(diǎn)可以繼續(xù)工作。16、自動(dòng)錫焊機(jī)器人在運(yùn)行過程會(huì)時(shí)刻檢測電池電壓，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)低壓時(shí)，傳感器會(huì)通知控制器開啟并發(fā)出報(bào)警提示，有效地保護(hù)了鋰離子電池。17、當(dāng)完成整個(gè)加工部件的錫焊運(yùn)動(dòng)后，電機(jī)Y會(huì)抽回一段已經(jīng)移出錫線盒的焊錫，然后控制錫焊機(jī)器人走出運(yùn)動(dòng)軌跡。錫焊機(jī)器人根據(jù)新的錫焊部件具體位置，重新設(shè)定位置零點(diǎn)，等待新的工作。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，很好滿足錫焊系統(tǒng)快速性的要求。LM629能把DSP從復(fù)雜的伺服算法中解脫出來，大大提高了運(yùn)算速度，也使得控制器設(shè)計(jì)簡單，縮短了開發(fā)周期短。2、在錫焊開始前，開啟 圖像采集系統(tǒng)，幫助電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R和電機(jī)W自動(dòng)移動(dòng)錫焊機(jī)器人到達(dá)指定位置并校正，提高了系統(tǒng)錫焊精度。3、在錫焊過程，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根據(jù)采集溫度、當(dāng)前點(diǎn)焊運(yùn)行速度以及圖像采集處理的結(jié)果，綜合計(jì)算后來調(diào)整送錫電機(jī)Y運(yùn)行的速度大小。在錫焊過程中，烙鐵頭恒溫可調(diào)，可根據(jù)實(shí)際工作速度需要以及圖像采集焊點(diǎn)的處理結(jié)果來調(diào)整烙鐵頭的溫度，工作溫度在200°C _480°C之間調(diào)節(jié)，滿足高速運(yùn)轉(zhuǎn)融化焊錫需要。4、在錫焊過程，送錫長度控制可以自動(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可根據(jù)被焊物的焊點(diǎn)大小、當(dāng)前焊錫機(jī)器人運(yùn)行的速度以及圖像采集處理的結(jié)果，綜合計(jì)算后來調(diào)整送錫電機(jī)Y運(yùn)行的速度和距離。在整個(gè)錫焊過程中，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，保證了焊接過程的完成。5、在錫焊過程中，如果圖像采集發(fā)現(xiàn)烙鐵頭殘留焊錫過多，會(huì)自動(dòng)暫停當(dāng)前的點(diǎn)焊工作，保存當(dāng)前信息，圖像采集幫助電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U、電機(jī)R和電機(jī)W準(zhǔn)確移動(dòng)到烙鐵清洗處進(jìn)行殘留焊錫處理，減少了殘留焊錫對(duì)焊接的影響。在錫焊過程中，如果圖像采集發(fā)現(xiàn)有焊點(diǎn)出現(xiàn)質(zhì)量問題，將儲(chǔ)存當(dāng)前信息，然后運(yùn)動(dòng)到有質(zhì)量問題的焊點(diǎn)進(jìn)行二次處理，如果系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)處理不了這個(gè)問題，將向人機(jī)界面輸入再次補(bǔ)焊信息，然后再次進(jìn)入儲(chǔ)存位置，完成剩余任務(wù)。6、采用LM629處理大量的數(shù)據(jù)與算法，把DSP從繁重的工作量中解脫出來，有效地防止了程序的“跑飛”，抗干擾能力大大增強(qiáng)。
7、LM629根據(jù)DSP的預(yù)設(shè)位置、速度和加速度參數(shù)以及光電編碼盤信息得到控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的PWM波，不僅簡化了接口電路，而且省去了 DSP編寫位置、速度控制程序，以及各種PID算法的麻煩，使得系統(tǒng)的調(diào)試簡單。在控制中，DSP根據(jù)機(jī)器人外圍運(yùn)行情況適時(shí)調(diào)整LM629內(nèi)部的PID參數(shù)，實(shí)現(xiàn)分段P、PD、PID控制和非線性PID控制，使系統(tǒng)滿足中速運(yùn)行時(shí)速度的切換。8、由于具有存儲(chǔ)功能，這使得錫焊機(jī)器人掉電后或遇到故障重啟時(shí)系統(tǒng)可以輕易的調(diào)取已經(jīng)點(diǎn)焊好的路徑信息，然后可以輕易的從故障點(diǎn)二次點(diǎn)焊完成未完成的任務(wù)。9、LM629的PID控制及運(yùn)動(dòng)控制類指令采用雙緩沖結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)首先由單片機(jī)寫入主寄存器，只有在寫入相關(guān)命令后主寄存器的數(shù)據(jù)才能進(jìn)一步裝入工作寄存器，這樣很容易實(shí)現(xiàn)單軸伺服運(yùn)動(dòng)的任意控制。以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(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 利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種五自由度中速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，包括電源、控制單元、5個(gè)電機(jī)和錫焊機(jī)器人，所述電源與所述控制單元連接，所述控制單元包括數(shù)字信號(hào)處理芯片和LM629運(yùn)動(dòng)控制芯片，所述LM629運(yùn)動(dòng)控制芯片生成信號(hào)發(fā)送給所述5個(gè)電機(jī)，所述5個(gè)電機(jī)分別與所述錫焊機(jī)器人上的5個(gè)部位連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度中速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述伺服控制系統(tǒng)還包括第六電機(jī)，所述LM629運(yùn)動(dòng)控制芯片生成信號(hào)發(fā)送給所述第六電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度中速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字信號(hào)處理芯片還包括控制人機(jī)界面單元、溫度檢測單元、圖像采集單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和I/O控制單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度中速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述5個(gè)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512線光電編碼 盤。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種五自由度中速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，包括電源、控制單元、5個(gè)電機(jī)和錫焊機(jī)器人，電源向控制單元提供能源，控制單元包括數(shù)字信號(hào)處理芯片和LM629運(yùn)動(dòng)控制芯片，數(shù)字信號(hào)處理芯片計(jì)算錫焊機(jī)器人的軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)和路徑讀取，LM629運(yùn)動(dòng)控制芯片處理5個(gè)電機(jī)的伺服控制，5個(gè)電機(jī)控制所述錫焊機(jī)器人伺服運(yùn)動(dòng)。通過上述方式，本發(fā)明提供的一種五自由度中速錫焊機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，采用基于DSP和LM629的雙核控制模式，大大提高了運(yùn)算速度，也使得所述控制器設(shè)計(jì)簡單，縮短了開發(fā)周期短，在錫焊開始前開啟圖像采集系統(tǒng)，能使電機(jī)自動(dòng)移動(dòng)錫焊機(jī)器人到達(dá)指定位置，提高了系統(tǒng)錫焊精度。
文檔編號(hào)B25J9/18GK103223670SQ201310118418
公開日2013年7月31日 申請日期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 申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院