專利名稱：四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于點膠機(jī)器人的技術(shù)領(lǐng)域，且特別是有關(guān)于四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在高技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式已日趨落后，新型的自動化生產(chǎn)將成為新世紀(jì)接受市場挑戰(zhàn)的重要方式。自動化不僅是提高勞動生產(chǎn)率的手段，對企業(yè)未來的長遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略起著重要的作用。由于機(jī)器人是新型的自動化的主要工具，エ業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用工程的開發(fā)，將機(jī)器人變?yōu)橹苯由a(chǎn)力，它在改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，提高生產(chǎn)率及對市場的適應(yīng)能力方面顯示出極大的優(yōu)越性。同時它將人從惡劣危險的工作環(huán)境中替換出來，進(jìn)行文明生產(chǎn)，這對促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步都具有重大意義。隨著手機(jī)、電腦外殼、光碟機(jī)、印表機(jī)、，墨水夾、PC板、IXD、LED、DVD、數(shù)位相機(jī)、開關(guān)、連接器、繼電器、散熱器、半導(dǎo)體等電子業(yè)、玩具業(yè)、醫(yī)療器材等制造業(yè)對機(jī)器人裝備的需求及綠色環(huán)保和改善勞動者的工作環(huán) 境要求越來越高，專門對流體進(jìn)行控制，并將流體點滴、涂覆于產(chǎn)品表面或產(chǎn)品內(nèi)部的自動化機(jī)器點膠機(jī)器人隨即產(chǎn)生。點膠機(jī)器人主要用于產(chǎn)品エ藝中的膠水、油漆以及其他液體精確點、注、涂、點滴到每個產(chǎn)品精確位置，可以用來實現(xiàn)打點、畫線、圓型或弧型?！包c膠機(jī)器人”的研究開發(fā)將對我國PCB板綁定封膠、IC封膠、PDA封膠、IXD封膠、IC封裝、IC粘接等行業(yè)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。ー個精度相對較高的點膠機(jī)器人需要在一個三維的XYZ平面上進(jìn)行一條直線上、圓弧或點對點的位置上按照一定的膠量信息進(jìn)行涂膠，如果采用一個三軸的點膠機(jī)器人可以簡單地模擬上述動作，由于一般的點膠機(jī)器人其Z軸的運動都是垂直運動，當(dāng)需要有一個側(cè)面焊接時，這個問題就無法完成，這個時候就需要由另外ー軸能夠調(diào)節(jié)點膠閥的垂直角度使其能夠傾斜一定角度，這樣就形成了一臺簡易的四軸點膠機(jī)器人。一臺完整的四軸點膠機(jī)器人大致分為以下幾個部分
O電機(jī)執(zhí)行電機(jī)是點膠機(jī)器人的動カ源，它根據(jù)微處理器的指令來執(zhí)行點膠機(jī)器人在加工部件四維的平面上行走的相關(guān)動作；
2)算法算法是點膠機(jī)器人的靈魂，點膠機(jī)器人必須采用一定的智能算法才能準(zhǔn)確快速的從ー點到達(dá)另外一點，形成點對點，或曲線軌跡的運動；
3)微處理器微處理器是點膠機(jī)器人的核心部分，是點膠機(jī)器人的大腦。點膠機(jī)器人所有的信息，包括膠點大小，位置信息，和電機(jī)狀態(tài)信息等都需要經(jīng)過微處理器處理并做出相應(yīng)的判斷。點膠機(jī)器人結(jié)合了多學(xué)科知識，對于提升在校學(xué)生的動手能力、團(tuán)隊協(xié)作能力和創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生課堂知識的消化和擴(kuò)展學(xué)生的知識面都非常有幫助，點膠機(jī)器人技術(shù)的開展可以培養(yǎng)大批相關(guān)領(lǐng)域的人才，進(jìn)而促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。但是由于國內(nèi)研發(fā)此機(jī)器人的単位較少，相對研發(fā)水平比較落后，研發(fā)的四軸點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，如圖1，長時間運行發(fā)現(xiàn)存在著很多安全問題，即
(I)作為點膠機(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)突然停電時會使整個點膠運動失?。?br> (2)作為點膠機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用的多是步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)常會遇到丟失脈沖造成電機(jī)失步現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致對位置的記憶出現(xiàn)錯誤；
(3)由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得機(jī)體發(fā)熱比較嚴(yán)重，有的時候需要進(jìn)行散熱；
(4)由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的機(jī)械噪聲大 大增加，不利于環(huán)境保護(hù)；
(5)由于采用步進(jìn)電機(jī)，其電機(jī)本體一般都是多相結(jié)構(gòu)，控制電路需要采用多個功率管，使得控制電路相對比較復(fù)雜，并且増加了控制器價格；
(6)由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得系統(tǒng)一般不適合在速度較高的場合運行，高速運動時容易產(chǎn)生振動,導(dǎo)致點膠失??；
(7)由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得系統(tǒng)的カ矩相對較小。(8)由于控制不當(dāng)?shù)脑?，?dǎo)致有的時候步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生共振；
(9)由于點膠機(jī)器人要頻繁的關(guān)閉和啟動，加重了單片機(jī)的工作量，単一的單片機(jī)無法滿足點膠機(jī)器人快速啟動和停止的要求；
(10)相對采用的都是ー些體積比較大的插件元器件，使得點膠機(jī)器人控制系統(tǒng)占用較大的空間，重量相對都比較重；
(11)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)常會出現(xiàn)異常，引起點膠機(jī)器人失控，抗干擾能力較差；
(12)對于四軸點膠機(jī)器人的點膠過程來說，一般要求其四個電機(jī)的PWM控制信號要同步，由于受單片機(jī)計算能力的限制，単一單片機(jī)伺服系統(tǒng)很難滿足這一條件，使得點膠機(jī)器人點膠量不一致，特別是對于快速行走時情況更糟糕；
(13)由于受單片機(jī)容量和算法影響，點膠機(jī)器人對已經(jīng)點膠的膠點信息沒有存儲，當(dāng)遇到掉電情況或故障重啟時所有的信息將消失，這使得整個點膠過程要重新開始；
(14)點膠系統(tǒng)一旦開始，就要完成整個點膠運動，中間沒有任何暫?；蚓彌_的點。因此，需要對現(xiàn)有的基于單片機(jī)控制的四軸點膠機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計，尋求ー種經(jīng)濟(jì)適用的中低速四軸點膠伺服系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中點膠機(jī)器人失控和抗干擾能力較差的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是提供一種四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，包括電池、交流電源、第一信號處理器、第二信號處理器、處理器單元、第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)、第四高速直流電機(jī)以及點膠機(jī)器人，所述的第一信號處理器通過交流電源或者電池單獨提供電流驅(qū)動所述的處理器単元，所述的處理器單元分別發(fā)出第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號，所述的第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號分別控制所述的第二高速直流電機(jī)、第一高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)和第四高速直流電機(jī)，通過所述的第一高速直流電機(jī)的第二控制信號、通過所述的第二高速直流電機(jī)的第一控制信號、通過所述的第三高速直流電機(jī)的第三控制信號和通過所述的第四高速直流電機(jī)的第四控制信號經(jīng)過第二信號處理器合成之后，控制點膠機(jī)器人的運動，其中，所述的處理器單元為ー雙核處理器，包括單片機(jī)和LM629芯片，且單片機(jī)和LM629芯片之間實時進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用，所述的LM629芯片包括第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629芯片和第四LM629芯片。在本發(fā)明ー個較佳實施例中，所述的處理器單元還包括設(shè)于單片機(jī)和LM629芯片的上位機(jī)系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)，所述的上位機(jī)系統(tǒng)包括人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)模塊以及在線輸出模塊，所述的運動控制系統(tǒng)包括四軸伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/o控制模塊，其中，單片機(jī)用于控制人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)模塊、在線輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/o控制模塊，LM629芯片用于控制伺服控制模塊。在本發(fā)明ー個較佳實施例中，所述的LM629芯片內(nèi)部還包括運動梯形圖發(fā)生器，所述的運動梯形圖發(fā)生器用于生成速度運動梯形圖，其包含的面積就是點膠機(jī)器人兩個馬達(dá)要運行的距離。
在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的LM629芯片內(nèi)部還包括電機(jī)位置解碼器，所述的電機(jī)位置解碼器用于解讀點膠機(jī)器人的位置數(shù)據(jù)。在本發(fā)明ー個較佳實施例中，所述的LM629芯片內(nèi)部還包括閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器，所述的閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)點膠機(jī)器人的驅(qū)動功率。在本發(fā)明ー個較佳實施例中，所述的高速直流電機(jī)上還安裝有光碼盤，所述的光碼盤用于輸出點膠機(jī)器人的位置信號。在本發(fā)明ー個較佳實施例中，所述的單片機(jī)為エ業(yè)級的C8051F120單片機(jī)。本發(fā)明的四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，為了提高運算速度，保證四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，本發(fā)明在單片的單片機(jī)中引入LM629芯片，形成基于單片機(jī)+LM629的雙核處理器,充分考慮電池在這個系統(tǒng)的作用，把四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)中工作量最大的四軸伺服系統(tǒng)交給LM629芯片控制，充分發(fā)揮LM629芯片數(shù)據(jù)處理速度較快的特點，而人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)模塊、在線輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊等功能交給單片機(jī)控制，這樣就實現(xiàn)了單片機(jī)與LM629芯片的分エ，把單片機(jī)從繁重的工作量中解脫出來，防止點膠機(jī)器人失控，抗干擾能力大大增強(qiáng)。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中四軸點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的原理 圖2為本發(fā)明較佳實施例的四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的原理 圖3為圖2中處理器単元的的方框 圖4為本發(fā)明較佳實施例的四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框 圖5為點膠機(jī)器人的速度運動曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。單片機(jī)自20世紀(jì)70年代末誕生至今，經(jīng)歷了單片微型計算機(jī)SCM、微控制器MCU及片上系統(tǒng)SOC三大階段，前兩個階段分別以MCS-51和80C51為代表。隨著在嵌入式領(lǐng)域中對單片機(jī)的性能和功能要求越來越高，以往的單片機(jī)無論是運行速度還是系統(tǒng)集成度等多方面都不能滿足新的設(shè)計需要，這時Silicon Labs公司推出了 C8051F系列單片機(jī),成為SOC的典型代表。C8051F具有上手快(全兼容8051指令集)、研發(fā)快(開發(fā)工具易用，可縮短研發(fā)周期)和見效快(調(diào)試手段靈活)的特點，其性能優(yōu)勢具體體現(xiàn)在以下方面
1)高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP-51內(nèi)核(100MIPS或50MIPS);
2)全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接ロ(片內(nèi))；
3)真正12位或10位、100ksps的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開關(guān)；
4)真正8位500ksps的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開關(guān)； 5)兩個12位DAC，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式(僅C8051F12X)；
6)2周期的16 X 16乘法和累加引擎；
7)128KK或64KB可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲器；
8)8448 (8K+256)字節(jié)的片內(nèi) RAM ；
9)可尋址64KB地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲器接ロ；
10)硬件實現(xiàn)的SPI、SMBus/I2C和兩個UART串行接ロ ；
11)5個通用的16位定時器；
12)具有6個捕捉/比較模塊的可編程計數(shù)器/定時器陣列；
13)片內(nèi)看門狗定時器、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器。LM629芯片是National semiconductor生產(chǎn)的一款用于精密運動控制的專用芯片，有24腳和28腳ニ種表面安裝式封裝，在一個芯片內(nèi)集成了數(shù)字式運動控制的全部功能，使得設(shè)計ー個快速、準(zhǔn)確的運動控制系統(tǒng)的任務(wù)變得輕松、容易，它有以下特性
1)工作頻率為6MHz和8MHz，工作溫度范圍為-40°C +85°C，使用5V電源；
2)32位的位置、速度和加速度存器；
3)8位分辨率的PWM脈寬調(diào)制輸出；
4)16位可編程數(shù)字PID控制器；
5)內(nèi)部的梯形速度發(fā)生器；
6)該芯片可實時修改速度、目標(biāo)位置和PID控制參數(shù)；
7)實時可編程中斷；可編程微分項采樣間隔；
8)對增量碼盤信號進(jìn)行四倍頻；
9)可設(shè)置于速度或位置伺服兩種工作狀態(tài)。上述特點使得LM629芯片特別適合伺服控制系統(tǒng)中。如圖2所示，為本發(fā)明較佳實施例的四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的原理圖。本實施例中，四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)包括電池、交流電源、第一信號處理器、第二信號處理器、處理器単元、第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)、第四高速直流電機(jī)以及點膠機(jī)器人。其中，所述電池為鋰離子電池，是ー種供電裝置，為整個系統(tǒng)的工作提供工作電壓。本發(fā)明中，所述的第一信號處理器通過交流電源或者電池單獨提供電流驅(qū)動所述的處理器単元，所述的處理器單元分別發(fā)出第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號，所述的第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號分別控制所述的第二高速直流電機(jī)、第一高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)和第四高速直流電機(jī)，通過所述的第一高速直流電機(jī)的第二控制信號、通過所述的第二高速直流電機(jī)的第一控制信號、通過所述的第三高速直流電機(jī)的第三控制信號和通過所述的第四高速直流電機(jī)的第四控制信號經(jīng)過第二信號處理器合成之后，控制點膠機(jī)器人的運動，其中，所述的處理器單元為一雙核處理器，包括單片機(jī)和LM629芯片，且單片機(jī)和LM629芯片之間實時進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用，所述的LM629芯片包括第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629芯片和第四LM629芯片。本發(fā)明為克服単一的單片機(jī)不能滿足四軸點膠機(jī)器人行走的穩(wěn)定性和快速性的要求，舍棄了國產(chǎn)點膠機(jī)器人所采用的單片的單片機(jī)的工作模式，提供了單片機(jī)+LM629芯片的全新控制模式，控制板以LM629芯片為處理核心，實現(xiàn)數(shù)字信號的實時處理，把單片機(jī)從復(fù)雜的工作當(dāng)中解脫出來，實現(xiàn)部分的信號處理算法和LM629芯片的控制邏輯，并響應(yīng)中斷，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和存儲實時信號。請參閱圖3，所述處理器單元為一雙核處理器，其包括單片機(jī)以及LM629芯片，ニ者可相互通訊，實時進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。所述的處理器單元還包括設(shè)于單片機(jī)和LM629 芯片的上位機(jī)系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)，所述的上位機(jī)系統(tǒng)包括人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)模塊以及在線輸出模塊，所述的運動控制系統(tǒng)包括四軸伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊。其中，單片機(jī)用于控制人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)模塊、在線輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊，LM629芯片用于控制四軸伺服控制模塊。上位機(jī)系統(tǒng)包括人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)模以及在線輸出模塊。人機(jī)界面模塊包括開始/重啟按鍵及功能選擇鍵；路徑讀取模塊用于讀書已經(jīng)已經(jīng)預(yù)設(shè)好的速度，加速度，位置等參數(shù)設(shè)置；軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)模塊用于預(yù)先設(shè)置點膠機(jī)器人的路徑軌跡；在線輸出模塊用于提示點膠機(jī)器人的工作狀態(tài)，比如是點膠機(jī)器人工作過程中或到站狀態(tài)提示。運動控制系統(tǒng)包括四軸伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊。其中，數(shù)據(jù)存儲模塊模塊為一存儲器；1/0控制模塊包括RS-232串行接ロ、ICE端ロ等。對于處理器單元為一雙核處理器，在電源打開狀態(tài)下，點膠機(jī)器人先進(jìn)入自鎖狀態(tài)，然后把點膠機(jī)器人的點膠閥放在廢膠回收裝置處，打開點膠閥門然后膠體自動流出，等均勻后開始移動到起始點，點膠機(jī)器人把儲存的實際路徑傳輸參數(shù)給控制器中的單片機(jī)，單片機(jī)把這些環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)化為點膠機(jī)器人在指定運動軌跡下第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)和第四高速直流電機(jī)要運行的距離、速度和加速度，然后與LM629芯片通訊，LM629芯片根據(jù)這些參數(shù)轉(zhuǎn)處理四個獨立電機(jī)的伺服控制，并把處理數(shù)據(jù)通訊給單片機(jī)，由單片機(jī)繼續(xù)處理后續(xù)的運行狀態(tài)。結(jié)合以上描述，上位機(jī)系統(tǒng)包括人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)模塊、在線輸出模塊等功能；運動控制系統(tǒng)包括四軸伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、I/o控制模塊等功能。其中工作量最大的四軸伺服控制模塊交給LM629芯片控制，其余的包括上位機(jī)系統(tǒng)交給單片機(jī)控制，這樣就實現(xiàn)了單片機(jī)與LM629芯片的分エ，同時二者之間也可以進(jìn)行通訊，實時進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。請參閱圖4，為本發(fā)明較佳實施例的四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。包括單片機(jī)、第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片、第一電機(jī)驅(qū)動器、第二電機(jī)驅(qū)動器、第三電機(jī)驅(qū)動器、第四電機(jī)驅(qū)動器、第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)和第四高速直流電機(jī)，所述的單片機(jī)與第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629芯片和第四LM629芯片通訊，所述的第一 LM629芯片、第ニ LM629芯片、第三LM629芯片和第四LM629芯片通訊分別發(fā)出控制信號至第一電機(jī)驅(qū)動器、第二電機(jī)驅(qū)動器、第三電機(jī)驅(qū)動器和第四電機(jī)驅(qū)動器，由所述的第一電機(jī)驅(qū)動器控制第一高速直流電機(jī)，所述的第二電機(jī)驅(qū)動器控制第二高速直流電機(jī)、所述的第三電機(jī)驅(qū)動器控制第三高速直流電機(jī)和所述的第四電機(jī)驅(qū)動器控制第四高速直流電機(jī)。上述中，所述的第一 LM629芯片和第一高速直流電機(jī)之間還連接有第一編碼器，所述的第二 LM629芯片和第二高速直流電機(jī)之間還連接有第二編碼器，所述的第三LM629芯片和第三高速直流電機(jī)之間還連接有第三編碼器，所述的第四LM629芯片和第四高速直流電機(jī)之間還連接有第四編碼器；所述的單片機(jī)通過數(shù)據(jù)總線分別與第一 LM629芯片、第
三LM629芯片和第四LM629芯片進(jìn)行通訊，所述的單片機(jī)通過控制總線與第二 LM629芯片進(jìn)行通訊。
本發(fā)明中，所述的第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629芯片和第四LM629芯片內(nèi)部均包括接ロ、運動梯形圖發(fā)生器、電機(jī)位置解碼器和閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器。所述的接ロ為I/O ロ，用于連接數(shù)據(jù)總線和控制總線；所述的運動梯形圖發(fā)生器用于生成速度運動梯形圖，其包含的面積就是點膠機(jī)器人四個馬達(dá)要運行的距離；所述的電機(jī)位置解碼器用于解讀點膠機(jī)器人的位置數(shù)據(jù)；所述的閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)點膠機(jī)器人的驅(qū)動功率。本發(fā)明中四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)具體的功能實現(xiàn)如下
I)操作人員把加工部件安裝在夾具上。2)打開電源，在打開電源瞬間單片機(jī)會對電源電壓來源進(jìn)行判斷，當(dāng)確定是電池供電時，如果電池電壓低壓的話，將禁止LM629芯片工作，第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)和第四高速直流電機(jī)不能工作，同時電壓傳感器將工作，控制器會通過信號燈塔發(fā)出低壓報警信號；
3)啟動機(jī)器人自動控制程序，通過控制器232串ロ輸入任務(wù)或者從硬盤裝載任務(wù)；
4)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)(包括膠刷和出膠頭)移動到起始點上方，調(diào)整好位姿；
5)出膠信號有效,延時一段時間準(zhǔn)備點膠；
6)為了能夠驅(qū)動四軸點膠機(jī)器人進(jìn)行運動，本控制系統(tǒng)引入了四片LM629芯片，為了減少數(shù)據(jù)總線占用的ロ地址，第三高速直流電機(jī)和第四高速直流電機(jī)采用相同的數(shù)據(jù)總線，通過不同的命令采用分步驟的方式啟動第三高速直流電機(jī)和第四高速直流電機(jī)，來完成點膠閥的垂直距離和傾斜角度的設(shè)定；
7)對于基于LM629芯片的系統(tǒng)來說，“忙”狀態(tài)的檢測是整個伺服系統(tǒng)設(shè)計的首要部分，在處理器向LM629芯片寫命令或者讀寫數(shù)字后，“忙”狀態(tài)位會被立刻置位，此時，會忽略ー切命令數(shù)據(jù)傳輸，直至“忙”狀態(tài)被復(fù)位，所以在每次運動之前先檢測此狀態(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；
8)對于基于LM629芯片的系統(tǒng)來說，復(fù)位也是LM629芯片伺服系統(tǒng)操作中重要的ー個環(huán)節(jié)，復(fù)位后，查看LM629芯片的狀態(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芯片不可以正常工作；9)在點膠機(jī)器人運動過程中，單片機(jī)會時刻儲存所經(jīng)過的距離或者是經(jīng)過的點膠點，井根據(jù)這些距離信息計算并確定對下一個膠點自動點膠機(jī)器人第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)要運行的距離、速度和加速度，單片機(jī)然后與LM629芯片通訊，傳輸這些參數(shù)給LM629芯片，然后由LM629芯片生成速度運動梯形圖，如圖5所示，這個梯形包含的面積就是自動點膠機(jī)器人第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)要運行的距離；
10)在自動點膠機(jī)器人一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)在ニ維平面上運動過程中，單片機(jī)根據(jù)膠點需要傾斜的角度，使控制第四高速直流電機(jī)的LM629芯片工作，單片機(jī)把點膠閥傾斜角度需要運行的角度、角速度和角加速度送給LM629芯片，然后LM629芯片生成第四高速直流電機(jī)速度運動梯形圖，這個梯形包含的面積就是自動點膠機(jī)器人第四高速直流電機(jī)和要運行的角度，然后第四高速直流電機(jī)自鎖，保持點膠閥傾斜的角度，設(shè)置第四高速直流電機(jī)的LM629芯片狀態(tài)為“忙”，使其不能和總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，達(dá)到釋放數(shù)據(jù)總線的目的，然后對第三高速直流電機(jī)的LM629芯片“忙”進(jìn)行復(fù)位，使得其可以與數(shù)據(jù)總線通訊，單片機(jī)把決定點膠點膠量大小的第三高速直流電機(jī)運動的距離、速度、加速度信號傳輸給LM629芯片，然后由LM629芯片生成速度運動梯形圖，這個梯形包含的面積就是自動點膠機(jī)器人第三高速直流電機(jī)和要運行的距離；
11)在運動過程中如果自動點膠機(jī)器人控制器發(fā)現(xiàn)無論第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)和第四高速直流電機(jī)膠點距離求解出現(xiàn)死循環(huán)將向單片機(jī)發(fā)出中斷請求，單片機(jī)會對中斷做第一時間響應(yīng)，如果單片機(jī)的中斷響應(yīng)沒有來得及處理，點膠機(jī)器人的第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)和第四高速直流電機(jī)將原地自鎖，并儲存當(dāng)前信息，等待故障排除后，二次開啟時重新調(diào)取點膠信息，繼續(xù)執(zhí)行未完成的任務(wù)；
12)裝在第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)和第四高速直流電機(jī)上的光碼盤會輸出其位置信號A和位置信號B，光碼盤的位置信號A脈沖和B脈沖邏輯狀態(tài)每變化一次，LM629芯片內(nèi)的位置寄存器會根據(jù)電第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)和第四高速直流電機(jī)的運行方向加I或者是減I ;
13)光碼盤的位置信號A脈沖和B脈沖和Z脈沖同時為低電平吋，就產(chǎn)生ー個INDEX信號給LM629芯片，記錄電機(jī)的絕對位置，然后換算成自動點膠機(jī)器人在XYZU四維空間中的具體位置；
14)單片機(jī)根據(jù)自動點膠機(jī)器人在XYZU四維空間中的具體位置，送相應(yīng)的加速度、速度和位置數(shù)據(jù)等給相應(yīng)的LM629芯片的梯形圖發(fā)生器作為參考值，由梯形圖此計算出自動點膠機(jī)器人需要更新的第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)和第四高速直流電機(jī)實際加速度、速度和位置信號；
15)如果點膠機(jī)器人在運行過程中遇到突然斷電時，蓄電池會自動開啟立即對點膠機(jī)器人進(jìn)行供電，當(dāng)?shù)谝桓咚僦绷麟姍C(jī)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)和第四高速直流電機(jī)中的任何一個運動電流超過設(shè)定值時，LM629芯片的中斷命令LPES將會向控制器發(fā)出中斷請求，此時控制器會立即控制所有LM629芯片停止工作，既防止了蓄電池大電流放電的發(fā)生，又防止了點膠過程中故障發(fā)生對點膠點膠量的影響；
16)如果在點膠過程中讀到了人機(jī)界面上輸入的自動暫停點，單片機(jī)會控制LM629芯片以最大的加速度停車使第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)和第三高速直流電機(jī)暫停在設(shè)置點，并存儲當(dāng)前坐標(biāo)信息，直到控制器讀到再次按下“開始”按鈕信息才可以使LM629芯片重新工作，并調(diào)取存儲信息使點膠機(jī)器人從自動暫停點可以繼續(xù)工作；
17)在運動過程中，如果檢測到任何一個電機(jī)的轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)脈動，控制器會自動補(bǔ)償，減少了電機(jī)轉(zhuǎn)矩對點膠過程的影響；
18)點膠機(jī)器人在運行過程會時刻檢測電池電壓，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)低壓時，傳感器會通知控制器開啟并發(fā)出報警提示，有效地保護(hù)了電池；
19)當(dāng)完成整個加工部件的點膠運動后，點膠閥會停止出膠，經(jīng)過一定延時，然后走出運動軌跡；
20)點膠機(jī)器人重新設(shè)定位置零點，等待下一周期。本發(fā)明四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)具有的有益效果是
1:在運動過程中，充分考慮了電池在這個系統(tǒng)中的作用，基于單片機(jī)+LM629控制器時刻都在對點膠機(jī)器人的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和運算，當(dāng)遇到交流電源斷電時，電池會立即提供能源，避免了自動點膠系統(tǒng)伺服系統(tǒng)運動的失敗，并且在電池提供電源的過程中，時刻對電池的電流進(jìn)行觀測并保護(hù)，避免了大電流的產(chǎn)生，所以從根本上解決了大電流對電池的沖擊，避免了由于大電流放電而引起的電池過度老化現(xiàn)象的發(fā)生；
2:由LM629芯片處理自動點膠機(jī)器人的四只高速直流電機(jī)的獨立伺服控制，使得控制比較簡單，大大提高了運算速度，解決了現(xiàn)有技術(shù)中單片機(jī)運行較慢的瓶頸，縮短了開發(fā)周期短，并且程序可移植能力強(qiáng)；
3:基本實現(xiàn)全貼片元器件材料，實現(xiàn)了單板控制，不僅節(jié)省了控制板占用空間，而且有利于點膠機(jī)器人體積和重量的減輕；
4:為了提高運算速度和精度，本點膠機(jī)器人采用了高速直流電機(jī)替代了傳統(tǒng)系統(tǒng)中常用的步進(jìn)電機(jī)，使得運算精度大大提聞;
5:由于本控制器采用LM629芯片處理大量的數(shù)據(jù)與算法，把單片機(jī)從繁重的工作量中解脫出來，有效地防止了點膠機(jī)器人失控，抗干擾能力大大增強(qiáng)。6 :由LM629芯片輸出PWM調(diào)制信號和方向信號，通過驅(qū)動電路可以直接驅(qū)動電機(jī)，不僅減輕了單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，簡化了接ロ電路，而且省去了單片機(jī)內(nèi)部編寫位置、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；
7:在點膠機(jī)器人運行過程中，控制器會對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行在線辨識并利用電機(jī)カ矩與電流的關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償，減少了電機(jī)轉(zhuǎn)矩抖動對點膠機(jī)器人快速行走的影響；
8:在控制中，單片機(jī)可以根據(jù)機(jī)器人外圍運行情況適時調(diào)整LM629芯片內(nèi)部的PID參數(shù)，實現(xiàn)分段P、PD、PID控制和非線性PID控制，使系統(tǒng)滿足中低速運行時速度的切換；
9:由于具有存儲功能，這使得點膠機(jī)器人掉電后可以輕易的調(diào)取已經(jīng)涂膠好的路徑信息，即使出現(xiàn)故障后也可以輕易的二次點膠；
10LM629芯片的PID控制及運動控制類指令采用雙緩沖結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)首先寫入主寄存器，只有在寫入相關(guān)命令后主寄存器的數(shù)據(jù)才能進(jìn)ー步裝入工作寄存器，這樣很容易實現(xiàn)三軸伺服運動的同步；
11:由于采用的單片機(jī)是エ業(yè)級的C8051F120單片機(jī)，在滿足實用性的同時，其內(nèi)核就是傳統(tǒng)的8051的內(nèi)核，使得編程者可以很好的二次開發(fā)；
12:由于采用単獨的兩軸控制點膠的膠量和方向，這樣膠量大小粗細(xì)、涂膠速度、點膠時間、停膠時間以及焊接方向皆可任意設(shè)定，可以滿足任何膠點不一致的要求；
13:在整個點膠過程中，加入了暫停點設(shè)定，這樣有利于在運動過程中目測已經(jīng)點膠好的位置，提前發(fā)現(xiàn)點膠問題。以上所述僅為本發(fā)明的實施例，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
1.一種四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，包括電池、交流電源、第一信號處理器、第二信號處理器、處理器単元、第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)、第四高速直流電機(jī)以及點膠機(jī)器人，所述的第一信號處理器通過交流電源或者電池單獨提供電流驅(qū)動所述的處理器単元，所述的處理器單元分別發(fā)出第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號，所述的第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號分別控制所述的第二高速直流電機(jī)、第一高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)和第四高速直流電機(jī)，通過所述的第一高速直流電機(jī)的第二控制信號、通過所述的第二高速直流電機(jī)的第一控制信號、通過所述的第三高速直流電機(jī)的第三控制信號和通過所述的第四高速直流電機(jī)的第四控制信號經(jīng)過第二信號處理器合成之后，控制點膠機(jī)器人的運動，其中，所述的處理器單元為一雙核處理器，包括單片機(jī)和LM629芯片，且單片機(jī)和LM629芯片之間實時進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用，所述的LM629芯片包括第一 LM629芯片、第ニ LM629芯片、第三LM629芯片和第四LM629芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的處理器單元還包括設(shè)于單片機(jī)和LM629芯片的上位機(jī)系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)，所述的上位機(jī)系統(tǒng)包括人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)模塊以及在線輸出模塊，所述的運動控制系統(tǒng)包括四軸伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊，其中，單片機(jī)用于控制人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)模塊、在線輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊，LM629芯片用于控制伺服控制模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的LM629芯片內(nèi)部還包括運動梯形圖發(fā)生器，所述的運動梯形圖發(fā)生器用于生成速度運動梯形圖，其包含的面積就是點膠機(jī)器人四個馬達(dá)要運行的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的LM629芯片內(nèi)部還包括電機(jī)位置解碼器，所述的電機(jī)位置解碼器用于解讀點膠機(jī)器人的位置數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的LM629芯片內(nèi)部還包括閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器，所述的閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)點膠機(jī)器人的驅(qū)動功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的高速直流電機(jī)上還安裝有光碼盤，所述的光碼盤用于輸出點膠機(jī)器人的位置信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的單片機(jī)為エ業(yè)級的C8051F120單片機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明在單片的單片機(jī)中引入LM629芯片，形成基于單片機(jī)+LM629的雙核處理器，充分考慮電池在這個系統(tǒng)的作用，把四軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)中工作量最大的四軸伺服系統(tǒng)交給LM629芯片控制，充分發(fā)揮LM629芯片數(shù)據(jù)處理速度較快的特點，而人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)模塊、在線輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊等功能交給單片機(jī)控制，這樣就實現(xiàn)了單片機(jī)與LM629芯片的分工，把單片機(jī)從繁重的工作量中解脫出來，防止點膠機(jī)器人失控，抗干擾能力大大增強(qiáng)。
文檔編號B05C5/00GK102841559SQ20121036193
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者張好明, 王應(yīng)海, 袁麗娟 申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院