專利名稱：一種單軸中低速全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種單軸中低速全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及自動(dòng)床領(lǐng)域，具體涉及一種單軸中低速全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控 制器。
背景技術(shù)：
[0002]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(dòng)化生產(chǎn)將成 為新世紀(jì)接受市場(chǎng)挑戰(zhàn)的重要方式。自動(dòng)化不僅是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的手段，對(duì)企業(yè)未來(lái)的 長(zhǎng)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(dòng)化的主要工具，工業(yè)機(jī)器人及其 應(yīng)用工程的開(kāi)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(duì)市 場(chǎng)的適應(yīng)能力方面顯示出極大的優(yōu)越性。同時(shí)它將人從惡劣危險(xiǎn)的工作環(huán)境中替換出來(lái)， 進(jìn)行文明生產(chǎn)，這對(duì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步都具有重大意義。隨著制造業(yè)對(duì)機(jī)器人裝備 的需求及綠色環(huán)保和改善勞動(dòng)者的工作環(huán)境要求越來(lái)越高，專門(mén)對(duì)流體進(jìn)行控制，并將流 體點(diǎn)滴、涂覆于產(chǎn)品表面或產(chǎn)品內(nèi)部的自動(dòng)化機(jī)器點(diǎn)膠機(jī)器人隨即產(chǎn)生。單軸點(diǎn)膠機(jī)器人 主要用于產(chǎn)品工藝中的膠水、油漆以及其他液體精確點(diǎn)、注、涂、點(diǎn)滴到每個(gè)產(chǎn)品精確位置， 可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)打點(diǎn)、畫(huà)線等功能。這種機(jī)器人只有一個(gè)動(dòng)力，只能做一種動(dòng)作，比如說(shuō)，一個(gè) 方向上的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，或者一個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有組合運(yùn)動(dòng)。單軸機(jī)器人一般可能指 的是直線運(yùn)動(dòng)單元。一臺(tái)完整的單軸點(diǎn)膠機(jī)器人大致分為以下幾個(gè)部分[0003]I)高速直流電機(jī)執(zhí)行高速直流電機(jī)是點(diǎn)膠機(jī)器人的動(dòng)力源，它根據(jù)微處理器的 指令來(lái)執(zhí)行點(diǎn)膠機(jī)器人在直線上行走的相關(guān)動(dòng)作。[0004]2)算法算法是點(diǎn)膠機(jī)器人的靈魂。點(diǎn)膠機(jī)器人必須采用一定的智能算法才能準(zhǔn) 確快速的從一點(diǎn)到達(dá)另外一點(diǎn)，形成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。[0005]3)微處理器微處理器是點(diǎn)膠機(jī)器人的核心部分，是點(diǎn)膠機(jī)器人的大腦。點(diǎn)膠機(jī) 器人所有的信息，包括膠點(diǎn)大小，位置信息，和高速直流電機(jī)狀態(tài)信息等都需要經(jīng)過(guò)微處理 器處理并做出相應(yīng)的判斷。[0006]單軸自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人結(jié)合了多學(xué)科知識(shí)，對(duì)于提升在校學(xué)生的動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié) 作能力和創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生課堂知識(shí)的消化和擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面都非常有幫助。自動(dòng)點(diǎn) 膠機(jī)器人技術(shù)的開(kāi)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(guó)內(nèi)研發(fā)此機(jī)器人的單位較少，相對(duì)研發(fā)水平比較落后，研發(fā)的自動(dòng)點(diǎn)膠 機(jī)器人結(jié)構(gòu)如圖1，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行發(fā)現(xiàn)存在著很多安全問(wèn)題，即[0007]( I)在點(diǎn)膠初期，都是人工運(yùn)動(dòng)點(diǎn)膠閥到起始位置，然后僅僅依靠人眼進(jìn)行初始位 置的校正，使得精確度大大降低。[0008](2)作為自動(dòng)點(diǎn)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(shí)會(huì)使整個(gè)點(diǎn)膠運(yùn)動(dòng)失敗。[0009](3)作為自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用的是步進(jìn)高速直流電機(jī)，經(jīng)常會(huì)遇到丟 失脈沖的問(wèn)題出現(xiàn)，導(dǎo)致對(duì)位置的記憶出現(xiàn)錯(cuò)誤。[0010](4)由于采用步進(jìn)高速直流電機(jī)，使得機(jī)體發(fā)熱比較嚴(yán)重，有的時(shí)候需要進(jìn)行散熱。[0011]( 5 )由于采用步進(jìn)高速直流電機(jī)，使得系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械噪聲大大增加，不利于環(huán)境 保護(hù)。[0012]( 6 )由于采用步進(jìn)高速直流電機(jī)，其高速直流電機(jī)本體一般都是多相結(jié)構(gòu)，控制電 路需要采用多個(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。[0013]( 7 )由于采用步進(jìn)高速直流電機(jī)，使得系統(tǒng)一般不適合在速度較高的場(chǎng)合運(yùn)行，高 速運(yùn)動(dòng)時(shí)容易產(chǎn)生振動(dòng)，導(dǎo)致高速直流電機(jī)失敗。[0014](8)由于采用步進(jìn)高速直流電機(jī)，使得系統(tǒng)的力矩相對(duì)較小。[0015](9)由于控制不當(dāng)?shù)脑?，?dǎo)致有的時(shí)候步進(jìn)高速直流電機(jī)產(chǎn)生共振。[0016]( 10)相對(duì)采用的都是一些體積比較大的插件元器件，使得自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人控制系 統(tǒng)占用較大的空間，重量相對(duì)都比較重。[0017](11)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，引起自動(dòng) 點(diǎn)膠機(jī)器人失控，抗干擾能力較差。[0018](12)由于受單片機(jī)容量和算法影響，自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人對(duì)膠點(diǎn)的信息沒(méi)有存儲(chǔ)，當(dāng) 遇到掉電情況時(shí)所有的信息將消失，這使得整個(gè)點(diǎn)膠過(guò)程要重新開(kāi)始。[0019](13)點(diǎn)膠系統(tǒng)一旦開(kāi)始，就要完成整個(gè)點(diǎn)膠運(yùn)動(dòng)，中間沒(méi)有任何暫?；蚓彌_的點(diǎn)。[0020](14)由于自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人要頻繁的剎車(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)法滿足自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人頻繁的啟動(dòng)和停止的要求。[0021](15)在所有的點(diǎn)膠過(guò)程中，沒(méi)有對(duì)點(diǎn)膠過(guò)的結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)和補(bǔ)償，有的時(shí)候 使得整個(gè)曲線上膠量不一致，然后采用人工二次補(bǔ)膠。[0022]因此，需要對(duì)現(xiàn)有的基于單片機(jī)控制的單軸點(diǎn)膠機(jī)器人控制器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，尋 求一種經(jīng)濟(jì)適用的中低速單軸全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人伺服系統(tǒng)。實(shí)用新型內(nèi)容[0023]本實(shí)用新型的目的在于提供一種點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，其基于單片機(jī)+LM629 單軸中低速全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器。[0024]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，一種單軸中低速全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，包括 單片機(jī)、LM629芯片、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及高速直流電機(jī)，所述的單片機(jī)與所述的LM629芯片通 訊連接，所述的LM629芯片發(fā)出控制信號(hào)至所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制所 述的高速直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)，所述的單片機(jī)包括圖像采集及處理模塊。[0025]在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的LM629芯片和高速直流電機(jī)之間還連接有一編碼器。[0026]在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的單片機(jī)與LM629芯片通過(guò)數(shù)據(jù)總線通訊 連接，所述的LM629芯片內(nèi)部包括接口，所述的接口用于連接數(shù)據(jù)總線。[0027]在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的LM629芯片內(nèi)部還包括運(yùn)動(dòng)梯形圖發(fā)生 器，所述的運(yùn)動(dòng)梯形圖發(fā)生器用于生成高速直流電機(jī)的速度運(yùn)動(dòng)梯形圖，其包含的面積就 是點(diǎn)膠機(jī)器人高速直流電機(jī)要運(yùn)行的距離。[0028]在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)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(diǎn)膠機(jī)器人的位置數(shù)據(jù)。[0029]在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)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(diǎn)膠機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)功率。[0030]在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的高速直流電機(jī)上裝有光碼盤(pán)，所述的光 碼盤(pán)用于輸出高速直流電機(jī)的位置信號(hào)。[0031]本實(shí)用新型所述為一種單軸中低速全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，加入了圖形采 集和處理單元，可以幫助自動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)定位和發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，自動(dòng)化程度大大提高。在初 期運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由自動(dòng)裝置把點(diǎn)膠閥門(mén)推到初始位置，然后圖像采集系統(tǒng)開(kāi)啟，幫助點(diǎn)膠閥 門(mén)對(duì)準(zhǔn)初始位置，使得初始位置定位極其精確。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，充分考慮了電池在這個(gè)系統(tǒng) 中的作用，基于單片機(jī)+LM629控制器時(shí)刻都在對(duì)自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和 運(yùn)算，當(dāng)遇到交流電源斷電時(shí)，鋰離子電池會(huì)立即提供能源，避免了自動(dòng)點(diǎn)膠系統(tǒng)伺服系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)的失敗，并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，所以從根本上解決了大電流對(duì)鋰離子電池的沖擊，避免了由于大電流放電而 引起的鋰離子電池過(guò)度老化現(xiàn)象的發(fā)生。由LM629處理自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人的單軸高速直流電 機(jī)的獨(dú)立伺服控制，使得控制比較簡(jiǎn)單，大大提高了運(yùn)算速度，解決了單片機(jī)軟件運(yùn)行較慢 的瓶頸，縮短了開(kāi)發(fā)周期短，并且程序可移植能力強(qiáng)。本實(shí)用新型基本實(shí)現(xiàn)全貼片元器件材 料，實(shí)現(xiàn)了單板控制，不僅節(jié)省了控制板占用空間，而且有利于自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人體積和重量 的減輕。為了提高運(yùn)算速度和精度，本自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人采用了高速直流高速直流電機(jī)替代 了傳統(tǒng)系統(tǒng)中常用的步進(jìn)高速直流電機(jī)，使得運(yùn)算精度大大提高，效率也有一定程度的提 高。由于本控制器采用LM629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(lái)，有效地防止了程序的“跑飛”，抗干擾能力大大增強(qiáng)。由LM629根據(jù)單片機(jī)的位置、速度 和加速度給定以及光嗎盤(pán)信息輸出PWM調(diào)制信號(hào)和方向信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路可以直接驅(qū)動(dòng) 高速直流電機(jī)，不僅減輕了單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，簡(jiǎn)化了接口電路，而且省去了單片機(jī)內(nèi)部編寫(xiě)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(jiǎn)單。在自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人運(yùn) 行過(guò)程中，控制器會(huì)對(duì)高速直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行在線辨識(shí)并利用高速直流電機(jī)力矩與電流 的關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償，減少了高速直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩抖動(dòng)對(duì)自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人快速探索的影響。在控 制中，單片機(jī)可以根據(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、 H)、PID控制和非線性PID控制，使系統(tǒng)滿足中低速運(yùn)行時(shí)速度的切換。由于具有存儲(chǔ)功能， 這使得點(diǎn)膠機(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)涂膠好的路徑信息， 然后可以輕易的從故障點(diǎn)二次點(diǎn)膠完成未完成的任務(wù)。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)首先寫(xiě)入主寄存器，只有在寫(xiě)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。在整個(gè)點(diǎn)膠過(guò)程中，如 果圖像采集系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有任何位置或任何膠點(diǎn)出現(xiàn)點(diǎn)膠問(wèn)題，控制器會(huì)對(duì)上述位置或點(diǎn)膠點(diǎn) 進(jìn)行二次補(bǔ)償。由于采用的單片機(jī)是工業(yè)級(jí)的C8051F120，在滿足實(shí)用性的同時(shí)，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(kāi)發(fā)。


[0032]圖1為現(xiàn)有單片機(jī)控制的單軸點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器的原理圖；[0033]圖2為本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例的原理圖；[0034]圖3為圖2中處理器單元的方框圖；[0035]圖4為本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例的框圖；[0036]圖5為本實(shí)用新型的速度曲線圖；[0037]圖6為本實(shí)用新型的工作原理圖。
具體實(shí)施方式
[0038]下面對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本實(shí)用新型的優(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)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。[0039]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(jì)算機(jī)SCM、微控制器MCU 及片上系統(tǒng)SOC三大階段，前兩個(gè)階段分別以MCS-51和80C51為代表。隨著在嵌入式領(lǐng)域 中對(duì)單片機(jī)的性能和功能要求越來(lái)越高，以往的單片機(jī)無(wú)論是運(yùn)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(jì)需要，這時(shí)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(kāi)發(fā)工具易用， 可縮短研發(fā)周期)和見(jiàn)效快(調(diào)試手段靈活)的特點(diǎn)，其性能優(yōu)勢(shì)具體體現(xiàn)在以下方面[0040]I)高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP-51內(nèi)核(100MIPS或50MIPS)；[0041]2)全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口(片內(nèi))；[0042]3)真正12位或10位、100 ksps的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開(kāi)關(guān)；[0043]4)真正8位500ksps的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開(kāi)關(guān)；[0044]5)兩個(gè)12位DAC，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式(僅C8051F12X);[0045]6) 2周期的16x16乘法和累加引擎；[0046]7) 128KK或64KB可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲(chǔ)器；[0047]8) 8448 (8K+256)字節(jié)的片內(nèi) RAM ；[0048]9)可尋址64KB地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口 ；[0049]10)硬件實(shí)現(xiàn)的SP1、SMBus/I2C和兩個(gè)UART串行接口 ；[0050]11) 5個(gè)通用的16位定時(shí)器；[0051]12)具有6個(gè)捕捉/比較模塊的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列；[0052]13)片內(nèi)看門(mén)狗定時(shí)器、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器。[0053]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，它有以下特性[0054]I)工作頻率為6MHz和8MHz，工作溫度范圍為_(kāi)40°C +85°C，使用5V電源。[0055]2) 32位的位置、速度和加速度存器；[0056]3) 8位分辨率的PWM脈寬調(diào)制輸出；[0057]4) 16位可編程數(shù)字PID控制器；[0058]5)內(nèi)部的梯形速度發(fā)生器；[0059]6)該芯片可實(shí)時(shí)修改速度、目標(biāo)位置和PID控制參數(shù)；[0060]7)實(shí)時(shí)可編程中斷；可編程微分項(xiàng)采樣間隔；[0061]8)對(duì)增量碼盤(pán)信號(hào)進(jìn)行四倍頻；[0062]9)可設(shè)置于速度或位置伺服兩種工作狀態(tài)。[0063]上述特點(diǎn)使得LM629特別適合伺服運(yùn)動(dòng)控制中。[0064]參見(jiàn)圖2，包括交流電源、鋰離子電池、多個(gè)信號(hào)處理器、處理器單元、多個(gè)高速直 流高速直流電機(jī)以及點(diǎn)膠機(jī)器人，所述的交流電源與鋰離子電池通過(guò)信號(hào)處理器合成，驅(qū) 動(dòng)所述的處理器單元，所述的處理器單元發(fā)出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述高速直流高速直流電機(jī)， 所述的高速直流高速直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，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。[0065]如圖3所示，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(yùn)動(dòng)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)模塊及 在線輸出模塊，所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括單軸伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、I/O控制模塊 以及圖像采集及處理模塊，其中，單片機(jī)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(chǔ)模塊、I/o控制模塊以及圖像采集及處理模塊，LM629芯片控 制單軸伺服控制模塊，且單片機(jī)和LM629芯片之間實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。[0066]如圖4所示，包括單片機(jī)、LM629芯片、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及高速直流電機(jī)，所述的單片 機(jī)與所述的LM629芯片通訊連接，所述的LM629芯片發(fā)出控制信號(hào)至所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所 述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制所述的高速直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)，所述的單片機(jī)包括圖像采集及處理模塊。 所述的LM629芯片和高速直流電機(jī)之間還連接有一編碼器。所述的單片機(jī)與LM629芯片通 過(guò)數(shù)據(jù)總線通訊連接。所述的LM629芯片內(nèi)部包括接口，所述的接口用于連接數(shù)據(jù)總線。所 述的LM629芯片內(nèi)部還包括運(yùn)動(dòng)梯形圖發(fā)生器，所述的運(yùn)動(dòng)梯形圖發(fā)生器用于生成高速直 流電機(jī)的速度運(yùn)動(dòng)梯形圖如圖5所示，其包含的面積就是點(diǎn)膠機(jī)器人高速直流電機(jī)要運(yùn)行 的距離。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(diǎn)膠機(jī)器人的位置數(shù)據(jù)。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(diǎn)膠機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)功率。所述的高速直流電機(jī)上裝有光碼盤(pán)，所述的光碼 盤(pán)用于輸出高速直流電機(jī)的位置信號(hào)。[0067]對(duì)于本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的單片機(jī)+LM629芯片控制器，如圖6所示，X軸對(duì)應(yīng)高速直 流電機(jī)，在電源打開(kāi)狀態(tài)下，自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人先進(jìn)入自鎖狀態(tài)，高速直流電機(jī)工作將執(zhí)行機(jī) 構(gòu)(包括膠刷和出膠頭)自動(dòng)移動(dòng)到廢膠回收處，然后自動(dòng)打開(kāi)點(diǎn)膠閥門(mén)膠體自動(dòng)流出，等 均勻后將執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到起始點(diǎn)，此時(shí)圖像采集系統(tǒng)開(kāi)啟，自動(dòng)校正出膠頭與起始點(diǎn)的對(duì) 準(zhǔn)位置。自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人把儲(chǔ)存的實(shí)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)化為自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人在指定運(yùn)動(dòng)軌跡下高速直流電機(jī)要運(yùn)行的距離、速度和加 速度，單片機(jī)然后與LM629芯片通訊連接，然后由LM629芯片根據(jù)這些參數(shù)轉(zhuǎn)化處理高速直 流電機(jī)的伺服控制，并把處理數(shù)據(jù)通訊連接給單片機(jī)，由單片機(jī)繼續(xù)處理后續(xù)的運(yùn)行狀態(tài)。[0068]本實(shí)用新型的具體功能實(shí)現(xiàn)如下[0069]I)打開(kāi)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。[0070]2)在打開(kāi)電源瞬間單片機(jī)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，將禁止LM629芯片工作，高速直流電機(jī)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)。[0071]3)啟動(dòng)機(jī)器人自動(dòng)控制程序，通過(guò)控制器232串口輸入任務(wù)或者從硬盤(pán)裝載任務(wù)。[0072]4)高速直流電機(jī)工作將執(zhí)行機(jī)構(gòu)(包括膠刷和出膠頭)移動(dòng)到廢膠回收出，開(kāi)始 開(kāi)啟閥門(mén)，然后調(diào)整膠體到均勻狀態(tài)，然后自動(dòng)移動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)到點(diǎn)膠起始點(diǎn)上方，此時(shí)圖像采集系統(tǒng)開(kāi)啟，然后通過(guò)圖像采集結(jié)果校正點(diǎn)膠頭對(duì)準(zhǔn)初始位置，系統(tǒng)開(kāi)始準(zhǔn)備點(diǎn)膠。[0073]5)在出膠信號(hào)有效條件下，延時(shí)一定時(shí)間，使點(diǎn)膠機(jī)器人準(zhǔn)備開(kāi)始工作。[0074]6)為了能夠驅(qū)動(dòng)單軸自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)動(dòng)，本控制系統(tǒng)引入了 LM629芯片， 但是通過(guò)I/O 口與單片機(jī)進(jìn)入實(shí)時(shí)通訊連接，由單片機(jī)控制其開(kāi)通和關(guān)斷。[0075]7)對(duì)于基于LM629芯片的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，“忙”狀態(tài)的檢測(cè)是整個(gè)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要 部分，在處理器向LM629芯片寫(xiě)命令或者讀寫(xiě)數(shù)字后，“忙”狀態(tài)位會(huì)被立刻置位，此時(shí)，會(huì)忽 略一切命令數(shù)據(jù)傳輸，直至“忙”狀態(tài)被復(fù)位，所以在每次運(yùn)動(dòng)之前先檢測(cè)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)通訊連接。[0076]8)對(duì)于基于LM629芯片的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，復(fù)位也是LM629芯片伺服系統(tǒng)操作中重要的 一個(gè)環(huán)節(jié)，復(fù)位后，查看LM629芯片的狀態(tài)字，如果不等于84H或者C4H，說(shuō)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。[0077]9)在自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，單片機(jī)會(huì)時(shí)刻儲(chǔ)存所經(jīng)過(guò)的距離或者是經(jīng)過(guò)的 點(diǎn)膠點(diǎn)，并根據(jù)這些距離信息計(jì)算得到相對(duì)下一個(gè)膠點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人單軸高速直流電機(jī) 要運(yùn)行的距離、速度和加速度，單片機(jī)然后與LM629芯片通訊連接，傳輸這些參數(shù)給LM629 芯片，然后由LM629芯片分別生成高速直流電機(jī)的速度運(yùn)動(dòng)梯形圖，這個(gè)梯形包含的面積 就是自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人高速直流電機(jī)要運(yùn)行的距離。[0078]10)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中如果自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人發(fā)現(xiàn)膠點(diǎn)距離求解出現(xiàn)死循環(huán)將向單片機(jī) 發(fā)出中斷請(qǐng)求，單片機(jī)會(huì)對(duì)中斷做第一時(shí)間響應(yīng)，如果單片機(jī)的中斷響應(yīng)沒(méi)有來(lái)得及處理， 自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人的高速直流電機(jī)將原地自鎖，防止系統(tǒng)誤操作。[0079]11)裝在高速直流電機(jī)上的光碼盤(pán)會(huì)輸出其位置信號(hào)A和位置信號(hào)B，光碼盤(pán)的位 置信號(hào)A脈沖和B脈沖邏輯狀態(tài)每變化一次，LM629芯片內(nèi)的位置寄存器會(huì)根據(jù)高速直流 電機(jī)的運(yùn)行方向加I或者是減I ;[0080]12)光碼盤(pán)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芯片寄存器，記錄高速直流電機(jī)的絕對(duì)位置，然后換算成自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器 人在點(diǎn)膠部件中的具體位置。[0081]13)在點(diǎn)膠過(guò)程中，如果圖像采集系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有任何位置的點(diǎn)膠出現(xiàn)問(wèn)題，存儲(chǔ)器記 錄下當(dāng)前位置信息，然后單片機(jī)根據(jù)自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人在點(diǎn)膠部件的具體位置，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芯片的梯形圖發(fā)生器作為參考值，由梯形圖 計(jì)算出自動(dòng)點(diǎn)膠機(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)，然后控制高速直 流電機(jī)進(jìn)行二次點(diǎn)膠補(bǔ)償，然后在回到存儲(chǔ)器當(dāng)初寄存下的位置，重新繼續(xù)原有的工作。[0082]14)在整個(gè)點(diǎn)膠過(guò)程中，由梯形圖發(fā)生器結(jié)合高速直流電機(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)和高速直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)信號(hào)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 點(diǎn)膠機(jī)器人系統(tǒng)高速直流電機(jī)的伺服控制。[0083]15)如果自動(dòng)點(diǎn)膠機(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)點(diǎn)膠機(jī)器人進(jìn)行供電，當(dāng)高速直流電機(jī)的運(yùn)動(dòng)電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，LM629芯片的中斷命令 LPES將會(huì)向控制器發(fā)出中斷請(qǐng)求，此時(shí)控制器會(huì)立即控制LM629芯片停止工作并存取下當(dāng) 期的點(diǎn)膠信息，不僅有效地避免了電池大電流放電的發(fā)生的，而且也保存了點(diǎn)膠數(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。[0084]16)為了方便點(diǎn)膠工作系統(tǒng)加入了從人機(jī)界面上的自動(dòng)暫停點(diǎn)，如果在點(diǎn)膠過(guò)程中讀到了自動(dòng)暫停點(diǎn)，單片機(jī)會(huì)控制LM629芯片以最大的加速度停車(chē)使加工過(guò)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(kāi)始”按鈕信息才可以使LM629芯片重新 工作，并調(diào)取存儲(chǔ)信息使點(diǎn)膠機(jī)器人從自動(dòng)暫停點(diǎn)可以繼續(xù)工作。[0085]17)自動(dòng)點(diǎn)膠機(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)通知控制器開(kāi)啟并發(fā)出報(bào)警提示，有效地保護(hù)了鋰離子電池。[0086]18)當(dāng)完成整個(gè)加工部件的點(diǎn)膠運(yùn)動(dòng)后，點(diǎn)膠閥會(huì)停止出膠，然后控制點(diǎn)膠機(jī)器人 走出運(yùn)動(dòng)軌跡。[0087]19)點(diǎn)膠機(jī)器人根據(jù)新的工作部件具體位置，重新設(shè)定位置零點(diǎn)，等待下一周期新 的工作。[0088]綜上所述，本實(shí)用新型為克服單一單片機(jī)不能滿足自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人行走的穩(wěn)定性 和快速性的要求，舍棄了國(guó)產(chǎn)自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人所采用的單一單片機(jī)工作模式，在吸收國(guó)外 先進(jìn)控制思想的前提下，自主實(shí)用新型了基于單片機(jī)+LM629芯片的全新控制模式?？刂瓢?以LM629芯片為處理核心，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)處理，把單片機(jī)從復(fù)雜的工作當(dāng)中解脫出 來(lái)，實(shí)現(xiàn)部分的信號(hào)處理算法和LM629芯片的控制邏輯，并響應(yīng)中斷，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和存儲(chǔ) 實(shí)時(shí)信號(hào)。[0089]本實(shí)用新型所述為一種單軸中低速全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，加入了圖形采 集和處理單元，可以幫助自動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)定位和發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，自動(dòng)化程度大大提高。在初 期運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由自動(dòng)裝置把點(diǎn)膠閥門(mén)推到初始位置，然后圖像采集系統(tǒng)開(kāi)啟，幫助點(diǎn)膠閥 門(mén)對(duì)準(zhǔn)初始位置，使得初始位置定位極其精確。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，充分考慮了電池在這個(gè)系統(tǒng) 中的作用，基于單片機(jī)+LM629控制器時(shí)刻都在對(duì)自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和 運(yùn)算，當(dāng)遇到交流電源斷電時(shí)，鋰離子電池會(huì)立即提供能源，避免了自動(dòng)點(diǎn)膠系統(tǒng)伺服系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)的失敗，并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，所以從根本上解決了大電流對(duì)鋰離子電池的沖擊，避免了由于大電流放電而 引起的鋰離子電池過(guò)度老化現(xiàn)象的發(fā)生。由LM629處理自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人的單軸高速直流電 機(jī)的獨(dú)立伺服控制，使得控制比較簡(jiǎn)單，大大提高了運(yùn)算速度，解決了單片機(jī)軟件運(yùn)行較慢 的瓶頸，縮短了開(kāi)發(fā)周期短，并且程序可移植能力強(qiáng)。本實(shí)用新型基本實(shí)現(xiàn)全貼片元器件材 料，實(shí)現(xiàn)了單板控制，不僅節(jié)省了控制板占用空間，而且有利于自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人體積和重量 的減輕。為了提高運(yùn)算速度和精度，本自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人采用了高速直流高速直流電機(jī)替代 了傳統(tǒng)系統(tǒng)中常用的步進(jìn)高速直流電機(jī)，使得運(yùn)算精度大大提高，效率也有一定程度的提 高。由于本控制器采用LM629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(lái)，有效地防止了程序的“跑飛”，抗干擾能力大大增強(qiáng)。由LM629根據(jù)單片機(jī)的位置、速度 和加速度給定以及光嗎盤(pán)信息輸出PWM調(diào)制信號(hào)和方向信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路可以直接驅(qū)動(dòng) 高速直流電機(jī)，不僅減輕了單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，簡(jiǎn)化了接口電路，而且省去了單片機(jī)內(nèi)部編寫(xiě)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(jiǎn)單。在自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人運(yùn) 行過(guò)程中，控制器會(huì)對(duì)高速直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行在線辨識(shí)并利用高速直流電機(jī)力矩與電流 的關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償，減少了高速直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩抖動(dòng)對(duì)自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人快速探索的影響。在控 制中，單片機(jī)可以根據(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、 H)、PID控制和非線性PID控制，使系統(tǒng)滿足中低速運(yùn)行時(shí)速度的切換。由于具有存儲(chǔ)功能， 這使得點(diǎn)膠機(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)涂膠好的路徑信息，然后可以輕易的從故障點(diǎn)二次點(diǎn)膠完成未完成的任務(wù)。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)首先寫(xiě)入主寄存器，只有在寫(xiě)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。在整個(gè)點(diǎn)膠過(guò)程中，如 果圖像采集系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有任何位置或任何膠點(diǎn)出現(xiàn)點(diǎn)膠問(wèn)題，控制器會(huì)對(duì)上述位置或點(diǎn)膠點(diǎn) 進(jìn)行二次補(bǔ)償。由于采用的單片機(jī)是工業(yè)級(jí)的C8051F120，在滿足實(shí)用性的同時(shí)，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(kāi)發(fā)。[0090]以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于 此，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng) 想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍 應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種單軸中低速全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，包括單片機(jī)、LM629芯片、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及高速直流電機(jī)，其特征在于所述的單片機(jī)與所述的LM629芯片通訊連接，所述的 LM629芯片發(fā)出控制信號(hào)至所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制所述的高速直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)，所述的單片機(jī)包括圖像采集及處理模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單軸中低速全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，其特征在于所述的LM629芯片和高速直流電機(jī)之間還連接有一編碼器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單軸中低速全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，其特征在于所述的單片機(jī)與LM629芯片通過(guò)數(shù)據(jù)總線通訊連接，所述的LM629芯片內(nèi)部包括接口，所述的接口用于連接數(shù)據(jù)總線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單軸中低速全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，其特征在于所述的LM629芯片內(nèi)部還包括運(yùn)動(dòng)梯形圖發(fā)生器，所述的運(yùn)動(dòng)梯形圖發(fā)生器用于生成高速直流電機(jī)的速度運(yùn)動(dòng)梯形圖，其包含的面積就是點(diǎn)膠機(jī)器人高速直流電機(jī)要運(yùn)行的距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單軸中低速全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，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(diǎn)膠機(jī)器人的位置數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單軸中低速全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，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(diǎn)膠機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單軸中低速全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，其特征在于所述的高速直流電機(jī)上裝有光碼盤(pán)，所述的光碼盤(pán)用于輸出高速直流電機(jī)的位置信號(hào)。
專利摘要本實(shí)用新型揭示了一種單軸中低速全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，包括單片機(jī)、LM629芯片、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及高速直流電機(jī)，所述的單片機(jī)與所述的LM629芯片通訊連接，所述的LM629芯片發(fā)出控制信號(hào)至所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制所述的高速直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)，所述的單片機(jī)包括圖像采集及處理模塊。本實(shí)用新型在形成基于單片機(jī)+LM629的雙核處理器，把單片機(jī)從繁重的工作量中解脫出來(lái)，抗干擾能力大大增強(qiáng)。
文檔編號(hào)B05C5/00GK202837913SQ201220494158
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者王應(yīng)海, 張好明, 貢亞麗 申請(qǐng)人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院