專利名稱：雙核單自由度中速錫焊機器人伺服控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及了錫焊機器人領域，特別是涉及了一種雙核單自由度中速錫焊機器人伺服控制系統(tǒng)。
背景技術：
在高技術迅猛發(fā)展的今天，人們開始使用錫焊機器人來進行錫焊作業(yè)，但是普通的錫焊機器人通常采用了步進電機來進行伺服工作，但是步進電機性能不穩(wěn)定，容易丟失數(shù)據(jù)，而且控制電路比較復雜提高了成本，也降低了動態(tài)性能。另外，普通的控制芯片的計算能力不強、容量小，無法滿足自動錫焊機器人快速啟動和停止的要求，而且，在錫焊過程中，常常忽略了對焊接頭的清洗，經(jīng)常導致因為殘錫而產(chǎn)生焊接不良或焊點污穢的情況發(fā)生。隨著現(xiàn)代制造工藝的技術發(fā)展，普通的錫焊機器人已經(jīng)不能滿足人們的需求，所以人們需要更加符合人們要求的錫焊機器人控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是針對現(xiàn)在市場的要求，提供了一種具有功能多樣、準確高效的雙核單自由度中速錫焊機器人伺服控制系統(tǒng)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術方案:
本發(fā)明提供了一種雙核單自由度中速錫焊機器人伺服控制系統(tǒng)，其包括控制芯片單元、溫度控制單元、運動控制單元和電源單元，所述電池單元包括交流電源、電池和電源檢測裝置，所述控制芯片單元包括數(shù)字信號處理芯片和數(shù)字式專用運動控制芯片，所述溫度控制單元包括溫度監(jiān)測裝置、出錫管、焊接頭和加熱裝置，所述運動控制單元包括速度監(jiān)測裝置、運動控制電機和出錫控制電機，所述電源檢測裝置、所述溫度監(jiān)測裝置、所述加熱裝置和所述速度監(jiān)測裝置與所述數(shù)字信號處理芯片進行數(shù)據(jù)連接，所述運動控制電機和出錫控制電機與所述數(shù)字式專用運動控制芯片進行數(shù)據(jù)連接，所述數(shù)字信號處理芯片和所述數(shù)字式專用運動控制芯片進行信息通訊，所述出錫管與所述出錫控制電機相連接，所述焊接頭與所述運動控制電機相連接。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述控制芯片單元包括兩片數(shù)字式專用運動控制芯片。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述運動控制電機和所述出錫控制電機采用了帶有512線光電編碼盤的永磁直流伺服電機。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述電池采用了鋰離子電池。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述雙核單自由度中速錫焊機器人伺服控制系統(tǒng)采用了貼片式元器件。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明所述的雙核單自由度中速錫焊機器人伺服控制系統(tǒng)，可以提高機器人的工作效率和動作的精準度，為產(chǎn)品的質(zhì)量提供了一定保證。


圖1是本發(fā)明雙核單自由度中速錫焊機器人伺服控制系統(tǒng)一較佳實施 例的結構不意 附圖中各部件的標記如下:1、電源，2、電池，3、電源檢測裝置，4、數(shù)字信號處理芯片，5、數(shù)字式專用運動控制芯片，6、溫度監(jiān)測裝置，7、出錫管，8、焊接頭，9、加熱裝置，10、速度監(jiān)測裝置10，11、運動控制電機，12、出錫控制電機12。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。請參閱圖1，圖1是本發(fā)明雙核單自由度中速錫焊機器人伺服控制系統(tǒng)一較佳實施例的結構示意圖。本發(fā)明提供了一種雙核單自由度中速錫焊機器人伺服控制系統(tǒng)，其包括控制芯片單元、溫度控制單元、運動控制單元和電源單元，所述電池單元包括交流電源1、電池2和電源檢測裝置3，所述控制芯片單元包括數(shù)字信號處理芯片4和數(shù)字式專用運動控制芯片5，所述溫度控制單元包括溫度監(jiān)測裝置6、出錫管7、焊接頭8和加熱裝置9，所述運動控制單元包括速度監(jiān)測裝置10、運動控制電機11和出錫控制電機12，所述電源檢測裝置3、所述溫度監(jiān)測裝置6、所述加熱裝置9和所述速度監(jiān)測裝置10與所述數(shù)字信號處理芯片4進行數(shù)據(jù)連接，所述運動控制電機11和出錫控制電機12與所述數(shù)字式專用運動控制芯片5進行數(shù)據(jù)連接，所述數(shù)字信號處 理芯片4和所述數(shù)字式專用運動控制芯片5進行信息通訊，所述出錫管7與所述出錫控制電機12相連接，所述焊接頭8與所述運動控制電機11相連接。所述數(shù)字信號處理芯片4的運行時鐘可達150MHz，處理性能可達150MIPS，每條指令周期6.67ns，IO 口豐富，對用戶一般的應用來說足夠了，兩個串口。具有12位的(Γ3.3v的AD轉換等。具有片內(nèi)128kX16位的片內(nèi)FLASH，18K X 16位的SRAM，一般的應用系統(tǒng)可以不要外擴存儲器。加上獨立的算術邏輯單元，擁有強大的數(shù)字信號處理能力。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計，降低系統(tǒng)成本和系統(tǒng)復雜度，也大大提高了數(shù)據(jù)的存儲處理能力，在控制中，數(shù)字信號處理芯片4根據(jù)機器人外圍運行情況適時調(diào)整數(shù)字式專用運動控制芯片5內(nèi)部的PID參數(shù)，實現(xiàn)分段P、H)、PID控制和非線性PID控制，使系統(tǒng)滿足中速運行時速度的切換。所述數(shù)字式專用運動控制芯片5是用于精密運動控制的專用芯片，有24腳和28腳二種表面安裝式封裝，在一個芯片內(nèi)集成了數(shù)字式運動控制的全部功能，使得設計一個快速、準確的運動控制系統(tǒng)的任務變得輕松、容易，它有以下特性:工作頻率為6MHz和8MHz，工作溫度范圍為-40°C到85°C，使用5V電源；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；內(nèi)部的梯形速度發(fā)生器；該芯片可實時修改速度、目標位置和PID控制參數(shù)；實時可編程中斷；可編程微分項采樣間隔；對增量碼盤信號進行四倍頻；可設置于速度或位置伺服兩種工作狀態(tài)。這樣一方面把數(shù)字信號處理芯片4從復雜的伺服算法中解脫出來，大大提高了運算速度，另外一方面也使得控制器設計比較簡單，縮短了開發(fā)周期短。
由于控制芯片單元具有存儲功能，這使得錫焊機器人掉電后或遇到故障重啟時系統(tǒng)可以輕易的調(diào)取已經(jīng)點焊好的路徑信息，然后可以輕易的從故障點二次點焊完成未完成的任務。所述控制芯片單元包括兩片數(shù)字式專用運動控制芯片5。所述運動控制電機11和所述出錫控制電機12采用了帶有512線光電編碼盤的永磁直流伺服電機，使得調(diào)速范圍比較寬，調(diào)速比較平穩(wěn)，也使得運算精度大大提高，效率也相對較高。所述電池2采用了鋰離子電池，控制芯片單元通過電源檢測裝置3時刻都在對電源狀態(tài)進行監(jiān)測，當遇到交流電源斷電時，鋰離子電池會立即提供能源，避免了錫焊系統(tǒng)伺服系統(tǒng)運動的失敗，并且在電池2提供電源的過程中，時刻對電池2的電流進行觀測并保護，避免了大電流的產(chǎn)生，所以從根本上解決了大電流對鋰離子電池的沖擊。所述雙核單自由度中速錫焊機器人伺服控制系統(tǒng)采用了貼片式元器件，實現(xiàn)了單板控制，不僅節(jié)省了控制板占用空間，而且有利于錫焊機器人體積和重量的減輕。所述速度監(jiān)測裝置10和溫度監(jiān)測裝置6隨時的對運動控制電機11、出錫控制電機12的速度和焊接頭8的溫度進行監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)字信號處理芯片4進行處理，方便及時的對下一個動作和焊接點進行計算和調(diào)整。在錫焊過程中，焊接頭8通過加熱裝置9進行溫度的調(diào)節(jié)，可根據(jù)實際工作速度需要，工作溫度在200°C -480°C之間調(diào)節(jié)，滿足高速運轉融化焊錫需要。當使用所述雙核單自由度中速錫焊機器人伺服控制系統(tǒng)時，在電源打開狀態(tài)下，自動錫焊機器人先進入自鎖狀態(tài)，然后自動加熱焊接頭8到一恒定溫度，自動焊錫機器人開始運動到起始點，自動錫焊機器人把儲存的實際路徑參數(shù)和焊點大小信息傳輸給控制器中的數(shù)字信號處理芯片4，數(shù)字信號處理芯片4把這些參數(shù)轉化為自動錫焊機器人在指定運動軌跡下運動控制電機11和出錫控制電機12要運行的距離、速度和加速度以及出錫系統(tǒng)要出錫的參數(shù)，數(shù)字信號處理芯片4然后與數(shù)字式專用運動控制芯片5通訊，由數(shù)字式專用運動控制芯片5根據(jù)這些參數(shù)處理運動控制電機11和出錫控制電機12的伺服控制，并把處理數(shù)據(jù)通訊給數(shù)字信號處理芯片4，系統(tǒng)時刻監(jiān)控焊接頭8溫度和焊錫機器人運行速度，更新出錫系統(tǒng)的預設參數(shù)。具體的內(nèi)容包括:
I)操作人員把加工部件安裝在夾具上。2)打開電源，在打開電源瞬間數(shù)字信號處理芯片4會對電源電壓來源進行判斷，當確定是蓄電池供電時，如果電池電壓低壓的話，將禁止數(shù)字式專用運動控制芯片工作，電機不能工作，同時電壓傳感器將工作，控制器會發(fā)出低壓報警信號。3)啟動機器人自動控制程序，通過控制器232串口輸入錫焊任務。4)將錫焊機器人移動到起始點上方，調(diào)整好位姿。5)檢測數(shù)字式專用運動控制芯片5的狀態(tài)位，判斷是否為“忙”，如果是“忙”要進行軟件復位，使系統(tǒng)可以進行數(shù)據(jù)通訊，復位后，查看數(shù)字式專用運動控制芯片5的狀態(tài)字，如果不等于84H或者C4H，說明硬件復位失敗，必須重新復位，否則數(shù)字式專用運動控制芯片5不可以正常工作。6)在自動錫焊機器人運動過程中，數(shù)字信號處理芯片4會時刻儲存所經(jīng)過的距離或者是經(jīng)過的焊點，并根據(jù)這些距離信息由數(shù)字信號處理芯片4計算得到相對下一個焊點自動錫焊機器人運動控制電機要運行的距離、速度和加速度，數(shù)字信號處理芯片4然后與數(shù)字式專用運動控制芯片5通訊，傳輸這些參數(shù)給數(shù)字式專用運動控制芯片5，然后由數(shù)字式專用運動控制芯片5生成速度運動梯形圖，這個梯形包含的面積就是錫焊機器人運動控制電機11要運行的距離，然后再根據(jù)光電編碼盤信息生成控制運動控制電機運行的PWM波和運動方向信號。7)當?shù)竭_預定焊點位置后，焊接頭8在設定時間內(nèi)開始對焊點進行加熱，在加熱期間，數(shù)字信號處理芯片4會對焊點信息和焊接頭8溫度進入二次確認，然后轉化為出錫控制電機需要運行的距離、速度和加速度以及PID等預設參數(shù)，數(shù)字信號處理芯片4把這些參數(shù)傳輸給出錫系統(tǒng)的數(shù)字式專用運動控制芯片5，然后由數(shù)字式專用運動控制芯片5生成出錫速度運動梯形圖，這個梯形包含的面積就是錫焊機器人出錫控制電機12要運行的距離，然后再根據(jù)光電編碼盤信息生成出錫控制電機運行的PWM波和運動方向信號。裝在運動控制電機11和出錫控制電機12上的光電編碼盤會輸出其位置信號A和位置信號B，光電編碼盤的位置信號A脈沖和B脈沖邏輯狀態(tài)每變化一次，數(shù)字式專用運動控制芯片5內(nèi)的位置寄存器會根據(jù)運動控制電機11和出錫控制電機12的運行方向加I或者是減I ;
光電編碼盤的位置信號A脈沖和B脈沖和Z脈沖同時為低電平時，就產(chǎn)生一個INDEX信號給數(shù)字式專用運動控制芯片寄存器，記錄電機的絕對位置，然后換算成自動錫焊機器人在焊點中的具體位置和出錫的實際長度。這樣不僅簡化了接口電路，而且省去了數(shù)字信號處理芯片編寫位置、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。當完成出錫系統(tǒng)的伺服后，為了防止焊接頭8溫度過高引起焊錫的再次融化，出錫控制電機12 —般在數(shù)字式專用運動控制芯片5的控制下反向運動把焊錫頭8拉回一個小的距離，并記錄此值，然后立即自鎖。然后焊接頭8和出錫系統(tǒng)一起在運動控制電機11的作用下向下一個錫焊點移動。在運動過程中，如果檢測到電機的轉矩出現(xiàn)脈動，控制器會自動補償，減少了電機轉矩對錫焊過程的影響，而如果自動錫焊機器人發(fā)現(xiàn)焊點距離或者是出錫伺服系統(tǒng)求解出現(xiàn)死循環(huán)將向數(shù)字信號處理芯片發(fā)出中斷請求，數(shù)字信號處理芯片4會對中斷做第一時間響應，如果數(shù)字信號處理芯片4的中斷響應沒有來得及處理，自動錫焊機器人的運動控制電機和出錫控制電機將原地自鎖，防止誤操作。為了能夠目測焊點質(zhì)量和清洗焊接頭頭上的殘錫，可以在人工操作的界面上加入自動暫停功能，如果啟動暫停點，數(shù)字信號處理芯片4會控制數(shù)字式專用運動控制芯片5以最大的加速度停車并存儲當前信息，直到控制器讀到再次按下“開始”按鈕信息才可以使數(shù)字式專用運動控制芯片重新工作，并調(diào)取存儲信息使錫焊機器人從暫停點可以繼續(xù)工作。本發(fā)明所述的雙核單自由度中速錫焊機器人伺服控制系統(tǒng)，可以提高機器人的工作效率和動作的精準度，為產(chǎn)品的質(zhì)量提供了一定保證。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)容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種雙核單自由度中速錫焊機器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于:包括控制芯片單元、溫度控制單元、運動控制單元和電源單元，所述電池單元包括交流電源、電池和電源檢測裝置，所述控制芯片單元包括數(shù)字信號處理芯片和數(shù)字式專用運動控制芯片，所述溫度控制單元包括溫度監(jiān)測裝置、出錫管、焊接頭和加熱裝置，所述運動控制單元包括速度監(jiān)測裝置、運動控制電機和出錫控制電機，所述電源檢測裝置、所述溫度監(jiān)測裝置、所述加熱裝置和所述速度監(jiān)測裝置與所述數(shù)字信號處理芯片進行數(shù)據(jù)連接，所述運動控制電機和出錫控制電機與所述數(shù)字式專用運動控制芯片進行數(shù)據(jù)連接，所述數(shù)字信號處理芯片和所述數(shù)字式專用運動控制芯片進行信息通訊，所述出錫管與所述出錫控制電機相連接，所述焊接頭與所述運動控制電機相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙核單自由度中速錫焊機器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制芯片單元包括兩片數(shù)字式專用運動控制芯片。
3.根據(jù)權利要求1所述的雙核單自由度中速錫焊機器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述運動控制電機和所述出錫控制電機采用了帶有512線光電編碼盤的永磁直流伺服電機。
4.根據(jù)權利要求1所述的雙核單自由度中速錫焊機器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電池采用了鋰離子電池。
5.根據(jù)權利要求1所述的雙核單自由度中速錫焊機器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述雙核單自由度中速錫焊機器人伺服控制系統(tǒng)采用了貼片式元器件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙核單自由度中速錫焊機器人伺服控制系統(tǒng)，其包括控制芯片單元、溫度控制單元、運動控制單元和電源單元，所述控制芯片單元包括數(shù)字信號處理芯片和數(shù)字式專用運動控制芯片，溫度控制單元包括溫度監(jiān)測裝置、出錫管、焊接頭和加熱裝置，運動控制單元包括速度監(jiān)測裝置、運動控制電機和出錫控制電機，溫度監(jiān)測裝置、加熱裝置和所述速度監(jiān)測裝置與所述數(shù)字信號處理芯片進行數(shù)據(jù)連接運動控制電機和出錫控制電機與所述數(shù)字式專用運動控制芯片進行數(shù)據(jù)連接，數(shù)字信號處理芯片和所述數(shù)字式專用運動控制芯片進行信息通訊。通過上述方式，本發(fā)明提供的雙核單自由度中速錫焊機器人伺服控制系統(tǒng)，可以更加準確的控制錫焊機器人的動作，使得錫焊工作更加精確高效。
文檔編號B23K3/00GK103197587SQ20131012903
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月15日 優(yōu)先權日2013年4月15日
發(fā)明者張好明, 王應海 申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術學院